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    高RAP掺量厂拌热再生沥青混合料路用性能研究

    时间：2023-01-25 11:22:14来源：百花范文网本文已影响人

    赵 彩 马鲁宽

    (同济大学道路与交通工程教育部重点实验室 上海 201804)

    沥青路面厂拌热再生作为一种绿色、节能、环保的养护技术，实现了道路工程循环经济与低碳经济发展，在公路养护工程中得到了广泛应用[1-4]。目前，厂拌热再生研究的热点之一在于沥青混合料回收料(reclaimed asphalt pavement，RAP)的掺量问题。RAP掺量大小会显著影响到再生沥青混合料的路用性能与再生路面施工的经济性。调研结果显示大多数厂拌热再生实体工程RAP的掺量一般不高于30%[5-7]，且其性能基本可以达到新拌沥青混合料的技术要求。然而，综合考虑拌和设备的改造费用、旧路面的铣刨费用及RAP材料的运输费用，当RAP掺量较低时厂拌热再生路面工程的经济效益并不显著[8-9]，这从一定程度上限制了厂拌热再生的规模化应用。

    基于此，本文针对RAP高掺量情况，分别以30%，50%，70% RAP掺量设计厂拌热再生沥青混合料AC-20，通过马歇尔试验确定了高RAP掺量最佳油石比，采用车辙试验、小梁弯曲试验、浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验，综合分析其路用性能，并铺筑试验路进一步探索高RAP掺量的再生路面的性能特点，以期为高RAP掺量厂拌热再生的推广应用提供理论依据与参考。

    1.1 RAP

    本文用RAP为某高速公路维修路段铣刨回收料，按JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》对其技术进行检测，结果见表1。

    表1 RAP技术指标

    由表1可见，RAP中沥青针入度与延度较低，表明该路面经长期行车荷载及自然环境作用下沥青老化程度较高，因此需要添加再生剂以恢复其流变性能。

    1.2 再生剂

    本文选用上海某公司提供的石化油基再生剂，其技术指标见表2，经测试确定其掺量为RAP掺量的0.15%，此时再生沥青的技术指标见表3。

    表2 再生剂技术指标

    表3 再生沥青技术指标

    1.3 SBS改性沥青

    新加沥青为SBS改性沥青，其技术指标列于表4。

    表4 SBS改性沥青技术指标

    1.4 矿料

    矿料为石灰岩粗、细集料及矿粉，各档集料毛体积相对密度见表5。

    表5 矿料毛体积相对密度

    2.1 材料组成设计

    RAP经破碎、筛分、分档处理后，分别以30%、50%、70%RAP掺量设计再生沥青混合料AC-20的合成级配见图1。

    图1 再生沥青混合料配合比

    再生沥青混合料总沥青含量包括三部分：RAP中老化沥青、再生剂及新加SBS改性沥青。分别以3.8%，4.1%，4.4%，4.7%，5.0%油石比成型马歇尔试件，并测试空隙率、稳定度、毛体积密度等指标，计算得到各RAP掺量再生混合料最佳油石比。

    2.2 再生沥青混合料性能室内试验

    以最佳油石比分别成型各RAP掺量再生混合料试件，采用车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验分别评价再生沥青混合料高温抗车辙性能、低温抗裂性及抗水损坏性能。

    2.3 现场试验路试验

    根据室内试验研究结果，选择综合路用性能满足规范要求的RAP掺量进行试验路铺筑，分别进行钻芯取样、渗水试验测试其压实度、渗水系数。

    3.1 最佳油石比

    试验得不同RAP掺量下再生混合料最佳油石比见图2。

    图2 再生混合料最佳油石比

    由图2可见，随着RAP掺量的增加，再生混合料最佳油石比略有增高。这是因为，随着RAP掺量的增加，再生混合料总沥青用量中旧沥青占比增大，新加SBS改性沥青占比减少，而由于旧沥青受到再生剂软化调和并不充分，只有部分处于流动状态与新沥青共同填充矿料间隙，导致沥青饱和度较低，因而总沥青用量需要有所升高。

    3.2 高温稳定性

    图3为不同RAP掺量下再生混合料车辙试验结果。

    图3 再生混合料车辙试验结果

    由图3可见，再生混合料的动稳定度随着RAP掺量的增加呈线性增长趋势，表明再生混合料高温抗变形能力得到增强。这是因为RAP中的沥青老化变硬，抗变形能力增强，随着RAP掺量的增加而愈发凸显。当RAP掺量高于50%时，再生混合料的动稳定度均高于4 000次/mm，可以满足重交通路面的抗车辙要求。

    3.3 低温抗裂性

    图4为不同RAP掺量下再生混合料低温弯曲试验结果。

    图4 再生混合料小梁弯曲试验结果

    由图4可见，随着RAP掺量的增加，再生混合料最大弯拉应变加剧降低，说明再生混合料低温抗裂性变差。这是因为RAP中沥青老化变脆，且随着RAP掺量的增加，再生混合料中RAP容易分布不均，新旧材料界面处成为混合料薄弱环节，在低温条件下容易发生断裂破坏。行业规范要求冬寒区沥青混合料破坏应变不低于2 800×10-6，冬冷区不低于2 500×10-6[10]。本研究结果显示当RAP掺量分别为50%，70%时，再生混合料破坏应变分别为2 510×10-6，1 890×10-6，70%RAP掺量再生混合料低温抗开裂性能已不满足规范要求。

    3.4 水稳定性

    图5和图6分别为不同RAP掺量下再生混合料浸水马歇尔试验结果和冻融劈裂试验结果。

    图5 再生混合料浸水马歇尔试验结果

    图6 再生混合料冻融劈裂试验结果

    由图5、图6可见，再生混合料残留稳定度与冻融劈裂强度比随RAP掺量增加均呈下降趋势，表明RAP掺量越高，再生混合料的水稳定性越差。虽然3种掺量下再生混合料残留稳定度均高于85%，冻融劈裂强度比高于80%，符合规范使用要求。但不难发现，当RAP掺量达到70%时，再生混合料的抗水损坏能力下降幅度较大，且在冻融劈裂试验加载破坏阶段出现松散掉粒现象，这说明在冻融条件下其内部容易产生微裂纹，水分侵入裂隙中破坏了沥青与集料间的黏附性，使得混合料的水稳定性急剧降低。因此，需严格控制RAP掺量。

    3.5 现场应用

    依托某高速公路维修养护实体工程，分别以RAP掺量30%，50%铺筑200 m沥青路面上面层试验路段，并进行质量检验，结果见图7、表6。

    图7 现场钻芯取样结果

    表6 压实度与渗水系数

    由图7可见，当RAP掺量为30%时，集料分布均匀且间隙较小，再生混合料较为致密；
    当RAP掺量达到50%时，再生混合料接近路表部分出现明显孔隙，沥青与细集料出现团聚现象，再生混合料较为粗疏，这主要与新旧沥青融合较差有关。

    由表6可见，2种RAP掺量下再生沥青混合料的压实度与渗水系数均满足规范要求；
    但随着RAP掺量的增加，再生混合料压实度减小而渗水系数增加，表明RAP掺量越高越容易产生水损坏。因此，当RAP掺量较高时应适当增加压实遍数提高再生混合料密实度，从而增强其水稳定性。

    1)室内试验表明，随着RAP掺量的增加，厂拌热再生沥青混合料最佳油石比增加，再生沥青混合料高温抗车辙能力增强，低温抗裂性能和抗水损坏能力降低。根据路面层位功能要求，低RAP掺量宜应用路面表面层以保证其抗低温性能，高RAP掺量可应用于路面中/下面层以充分利用其抗变形能力。

    2)室内试验表明，当RAP掺量为50%时，再生混合料具有优秀的高温稳定性和水稳定性，良好的低温抗裂性能；
    但是当RAP掺量达到70%时，再生混合料低温性能已不满足规范要求。

    3)试验路试验表明，随着RAP掺量的增加，再生沥青混合料的均匀性变差，压实度降低，渗水系数升高，应适当增加压实遍数提高再生混合料密实度，从而增强其水稳定性。

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