張亙， 馮明林

(1.河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院有限公司， 河南 鄭州 450015；2.河南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司， 河南 鄭州 450018)

瀝青路面再生技術(shù)分為熱再生和冷再生，熱再生技術(shù)在對(duì)廢舊材料加工拌和中不僅消耗大量能源，還會(huì)造成環(huán)境二次污染，而冷再生技術(shù)針對(duì)回收瀝青路面材料(RAP)，通過(guò)加入一定比例新材料后拌和重組，能耗低、效率高、施工工藝簡(jiǎn)單。王瑛等針對(duì)廣東地區(qū)的地理氣候特征和路用材料特性，通過(guò)正交試驗(yàn)研究PF摻量、TLZS-B2摻量、RAP摻量對(duì)再生瀝青混合料高溫性能、水穩(wěn)定性能、疲勞性能的影響，結(jié)果表明當(dāng)PF摻量為0.25%、TLZS-B2摻量為6%、RAP摻量為50%時(shí)，熱再生瀝青混合料具有較優(yōu)的路用性能。程其瑜等基于馬歇爾試驗(yàn)方法和美國(guó)瀝青協(xié)會(huì)維姆混合料設(shè)計(jì)方法，結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以穩(wěn)定度、空隙率、礦料間隙率和有效瀝青飽和度為主要控制指標(biāo)，分析了RAP摻量對(duì)廠拌熱再生瀝青混合料馬歇爾指標(biāo)的影響。郭娟等為研究熱再生瀝青混合料在不同溫度區(qū)間的動(dòng)態(tài)流變性能，通過(guò)動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)，測(cè)定了不同溫度時(shí)動(dòng)態(tài)模量、相位角、疲勞因子和車轍因子隨加載頻率和RAP摻量的變化，結(jié)果表明RAP摻量為50%時(shí)，熱再生瀝青混合料具有良好的高溫性能，同時(shí)能兼顧較好的中低溫性能。目前對(duì)RAP特性對(duì)再生混合料整體性能的影響研究較少。為此，該文以RAP使用年限、瀝青品種及結(jié)構(gòu)層位為切入點(diǎn)，研究RAP特性對(duì)冷再生混合料性能的影響，為再生混合料技術(shù)發(fā)展提供參考。

1 配合比設(shè)計(jì)

以連續(xù)性級(jí)配AC-16C為研究基礎(chǔ)，混合料礦料全部采用RAP，對(duì)于銑刨的超粒徑RAP采用過(guò)篩處理，同時(shí)為提高混合料整體性能和結(jié)構(gòu)形態(tài)，添加3%的水泥。水泥的性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 水泥的性能指標(biāo)

在水摻量為2.5%的前提下，以間隔0.5%控制乳化瀝青用量變化范圍為3%～5%。混合料拌和完成后，馬歇爾擊實(shí)75次成型標(biāo)準(zhǔn)試件，將試件在60 ℃環(huán)境下養(yǎng)生3 d脫模，測(cè)試其最大干密度和浸泡在60 ℃水中30 min后的馬歇爾穩(wěn)定度，以最大干密度和穩(wěn)定度對(duì)應(yīng)的乳化瀝青用量為最佳用量。乳化瀝青的性能指標(biāo)見(jiàn)表2。然后以最佳乳化瀝青用量，間隔0.5%控制外摻水變化范圍為1.5%～3.5%，試件成型方法與前述相同，在相對(duì)濕度90%環(huán)境下養(yǎng)生3 d脫模，以其最大干密度對(duì)應(yīng)的含水量為最佳摻水量。RAP級(jí)配見(jiàn)圖1。

表2 乳化瀝青的性能指標(biāo) %

圖1 RAP級(jí)配曲線

2 RAP使用年限對(duì)冷再生混合料性能影響

2.1 乳化瀝青用量及用水量

采用標(biāo)準(zhǔn)方法成型不同使用年限RAP冷再生混合料試件進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，測(cè)試乳化瀝青和水的摻量，結(jié)果見(jiàn)圖2和圖3。

圖2 RAP不同使用年限下乳化瀝青用量

圖3 RAP不同使用年限下用水量

從圖2、圖3可看出：隨著RAP使用年限的增加，混合料最佳乳化瀝青用量及用水量增加，年遞增量均為0.06%～0.08%。RAP在瀝青路面冷再生過(guò)程中相當(dāng)于“黑色集料”，在常溫施工條件下，RAP使用年限增加，表面瀝青老化越嚴(yán)重，表面裹覆瀝青量減少。同時(shí)RAP礦料在長(zhǎng)時(shí)間交通荷載作用下，表面會(huì)產(chǎn)生一定裂痕。因此，在乳化瀝青破乳后，加大對(duì)瀝青的吸附和對(duì)水分的吸收方可達(dá)到冷再生混合料拌和均勻性。

2.2 穩(wěn)定性及強(qiáng)度

在炎熱的夏季，高溫車轍是瀝青路面的主要病害。冷再生技術(shù)采用原路面的RAP，高溫穩(wěn)定性研究必不可少。在最佳乳化瀝青用量和最佳用水量的前提下，成型不同使用年限RAP冷再生混合料標(biāo)準(zhǔn)車轍試件進(jìn)行穩(wěn)定度試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖4。從圖4可看出：RAP使用年限增加，冷再生混合料的動(dòng)穩(wěn)定度呈遞減趨勢(shì)，平均遞減幅度為40～80次/mm。這是由于隨著RAP使用年限的增加，瀝青老化程度加強(qiáng)，混合料礦料顆粒流動(dòng)變形減小，冷再生混合料抵抗高溫行車荷載的能力降低，動(dòng)穩(wěn)定度減小。

圖4 RAP不同使用年限下冷再生混合料的動(dòng)穩(wěn)定度

為進(jìn)一步探究混合料強(qiáng)度機(jī)理，室內(nèi)成型不同使用年限RAP冷再生混合料馬歇爾試件，在15 ℃環(huán)境下進(jìn)行劈裂強(qiáng)度檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)圖5。從圖5可看出：隨著RAP使用年限的增加，冷再生混合料的劈裂強(qiáng)度整體變化不大。由于是常溫施工，雖然RAP不同使用年限下乳化瀝青用量有所變化，但在短時(shí)間內(nèi)乳化瀝青破乳滲透較難，混合料強(qiáng)度還是借助RAP礦料的鑲嵌作用。

圖5 RAP不同使用年限下冷再生混合料的劈裂強(qiáng)度

2.3 水穩(wěn)定性

采用浸水馬歇爾和凍融劈裂強(qiáng)度比對(duì)不同使用年限RAP冷再生混合料水穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 RAP不同使用年限下冷再生混合料的水穩(wěn)定性

從表3可看出：隨著RAP使用年限的增加，冷再生混合料的水穩(wěn)定性減小。在成型馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)試件時(shí)，由于RAP表面瀝青老化，瀝青質(zhì)增加，RAP表面帶有更多正電荷，受同種電荷相排斥的影響，作為陽(yáng)離子的乳化瀝青，親水基帶正電荷的陽(yáng)離子乳化劑不易在RAP表面吸附，一定程度上影響了乳化瀝青冷再生混合料的強(qiáng)度。隨著RAP使用年限的增加，表面老化不斷增強(qiáng)，瀝青質(zhì)增加，致使這一現(xiàn)象更明顯，水穩(wěn)定性有所降低。

3 RAP瀝青品種對(duì)冷再生混合料性能影響

不同路段即使使用年限相同，原路面瀝青品種也會(huì)有所不同。選取使用2年的不同瀝青品種RAP，通過(guò)試驗(yàn)分析其對(duì)冷再生混合料性能的影響，結(jié)果見(jiàn)圖6～9。試件成型方法與上述相同。

從圖6～9可看出：同種瀝青標(biāo)號(hào)下的RAP，不同廠家生產(chǎn)的瀝青在瀝青路面冷再生過(guò)程中，最佳乳化瀝青用量和最佳用水量相差不大；相同標(biāo)號(hào)70#瀝青的動(dòng)穩(wěn)定度為1 780～1 790次/mm，相差較??；殘留強(qiáng)度比和殘留穩(wěn)定度比差別不大，整體在80%以上。說(shuō)明雖然路面在使用過(guò)程中不同廠家生產(chǎn)的瀝青材料都會(huì)老化，但同種標(biāo)號(hào)瀝青的變化趨勢(shì)相同。從強(qiáng)度角度考慮，冷再生混合料在養(yǎng)護(hù)成型后，強(qiáng)度還是靠礦料間的鑲嵌形成的內(nèi)摩阻力及黏結(jié)材料形成的內(nèi)聚力。因此，在RAP使用選擇中，只要使用年限和瀝青標(biāo)號(hào)相同，不同RAP可根據(jù)工程實(shí)際需要交叉使用。

圖6 不同瀝青品種下乳化瀝青用量及用水量

圖7 不同瀝青品種下冷再生混合料的動(dòng)穩(wěn)定度

圖8 不同瀝青品種下冷再生混合料的劈裂強(qiáng)度

圖9 不同瀝青品種下冷再生混合料的水穩(wěn)定性

4 RAP路面層位對(duì)冷再生混合料性能影響

4.1 乳化瀝青用量及用水量

瀝青路面在使用過(guò)程中，不同路面層位瀝青老化程度不同。另外，受交通荷載的作用，礦料也會(huì)產(chǎn)生變化。為此，對(duì)RAP路面層位對(duì)冷再生混合料性能的影響展開(kāi)研究。將使用2年的不同層位RAP料，剔除超粒徑后成型試件(試件成型方法與上述相同)進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖10。

圖10 RAP不同結(jié)構(gòu)層位下乳化瀝青用量及用水量

從圖10可看出：RAP層位越深，乳化瀝青和水的摻量愈小，上、下面層乳化瀝青用量和用水量相差0.1%～0.3%。上面層RAP老化嚴(yán)重，瀝青剝離量較多，表面瀝青含量較少，另外在交通荷載作用下，原集料會(huì)受到不同程度的開(kāi)裂或細(xì)化，冷再生過(guò)程中會(huì)大大增加對(duì)乳化瀝青的吸附。同時(shí)，在混合料拌和過(guò)程中，要滿足拌和均勻性，會(huì)促進(jìn)水分的吸收。而下面層受到上、中面層的間接保護(hù)，RAP表層瀝青老化和破損較小，對(duì)乳化瀝青和水的需求量減少。

4.2 穩(wěn)定性及強(qiáng)度

RAP不同結(jié)構(gòu)層位下冷再生混合料的穩(wěn)定性見(jiàn)圖11。從圖11可看出：隨著RAP路面層位的加深，乳化瀝青冷再生混合料的高溫抗車轍性能逐漸增強(qiáng)，在相同試驗(yàn)條件下，上、下面層的動(dòng)穩(wěn)定度相差200～300 次/mm。因?yàn)樯厦鎸覴AP受到更多外界的影響，老化程度高，瀝青與集料間的黏附性降低幅度較大，在高溫及外界車輛荷載作用下，集料顆粒會(huì)發(fā)生移位變形，動(dòng)穩(wěn)定度較小。

圖11 RAP不同結(jié)構(gòu)層位下冷再生混合料的動(dòng)穩(wěn)定度

將不同結(jié)構(gòu)層位RAP成型芯樣進(jìn)行劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖12。從圖12可看出：15 ℃劈裂強(qiáng)度與高溫抗車轍性能的變化趨勢(shì)相同。老化較嚴(yán)重的上面層，集料表面的老化瀝青與乳化瀝青相互滲透和交織困難，膠黏作用小，成型后的路面在環(huán)境影響下更易發(fā)生開(kāi)裂。

圖12 RAP不同結(jié)構(gòu)層位下冷再生混合料的劈裂強(qiáng)度

4.3 水穩(wěn)定性

在最佳乳化瀝青用量和最佳用水量的前提下，采用與上述相同的方法成型試件進(jìn)行水穩(wěn)定性試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖13、圖14。

從圖13、圖14可以看出：中、下面層的殘留穩(wěn)定度和殘留強(qiáng)度比上面層高4%～5%。上面層的水穩(wěn)定性雖然滿足JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的技術(shù)要求，但相對(duì)于中、下面層略低。受上面層的間接保護(hù)，中、下面層的老化程度相對(duì)較低，相同使用年限的RAP，在冷再生過(guò)程中，即使有水泥添加劑水化產(chǎn)物的“橋梁”作用，還是應(yīng)盡量選取中、下面層RAP。

圖13 RAP不同結(jié)構(gòu)層位下冷再生混合料的殘留穩(wěn)定度比

圖14 RAP不同結(jié)構(gòu)層位下冷再生混合料的殘留強(qiáng)度比

5 結(jié)論

(1) 隨著RAP使用年限的增加，冷再生混合料最佳乳化瀝青用量及用水量年遞增幅度為0.06%～0.08%，動(dòng)穩(wěn)定度年遞減幅度為40～80 次/mm，而15 ℃劈裂強(qiáng)度變化不大，水穩(wěn)定性有所下降。

(2) 不同廠家生產(chǎn)的同種瀝青標(biāo)號(hào)RAP對(duì)冷再生混合料最佳乳化瀝青用量和用水量、動(dòng)穩(wěn)定度、劈裂強(qiáng)度、水穩(wěn)定性的影響不大，即只要使用年限和瀝青標(biāo)號(hào)相同，同種層位的不同RAP可根據(jù)工程實(shí)際需要交叉使用。

(3) RAP選取層位越深，乳化瀝青和水的摻量愈小，摻量相差0.1%～0.3%；15 ℃劈裂強(qiáng)度與高溫抗車轍性能有所增強(qiáng)，其中上、下面層動(dòng)穩(wěn)定度相差200～300 次/mm；中、下面層殘留穩(wěn)定度和殘留強(qiáng)度比上面層高4%～5%。