不同壓實(shí)溫度下溫拌再生瀝青混合料性能研究

梁勝超

(重慶交通大學(xué)，重慶　400074)

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不同壓實(shí)溫度下溫拌再生瀝青混合料性能研究

梁勝超

(重慶交通大學(xué)，重慶400074)

文章采用Sasobit溫拌劑拌制再生瀝青混合料，并通過(guò)高溫車(chē)轍試驗(yàn)、低溫劈裂試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)，對(duì)混合料在壓實(shí)溫度為130 ℃、120 ℃、110 ℃、100 ℃下的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性展開(kāi)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：各溫度下Sasobit溫拌再生瀝青混合料高溫性能均表現(xiàn)良好；隨著壓實(shí)溫度降低，低溫性能不斷增加。當(dāng)溫度下降到120℃及120℃以下，混合料的性能指標(biāo)變化較少，同時(shí)混合料的水穩(wěn)定性能呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，其性能指標(biāo)總體偏低。

溫拌再生瀝青混合料；壓實(shí)溫度；高溫穩(wěn)定性；低溫抗裂性；水穩(wěn)定性

0　引言

隨著我國(guó)公路建設(shè)事業(yè)的飛速發(fā)展，20世紀(jì)90年代以后建成的高速公路已陸續(xù)進(jìn)入大中修期[1]。傳統(tǒng)的瀝青路面再生方式主要為熱拌再生和冷拌再生。熱拌再生技術(shù)的性能比較好，但是嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境，施工過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)高溫度會(huì)加速瀝青材料的老化與硬化，從而影響再生混合料的低溫及抗疲勞性能，進(jìn)一步嚴(yán)重影響瀝青路面的使用壽命。冷拌再生技術(shù)一定程度上克服了此缺點(diǎn)，但較低的

施工溫度使冷拌再生瀝青混合料的性能相對(duì)較差，不能滿(mǎn)足高等級(jí)路面的要求[2]。溫拌技術(shù)通過(guò)添加溫拌劑，能很大限度降低混合料的拌合溫度，使其易于壓實(shí)成形及在氣溫較低時(shí)施工。其不但能確保瀝青混合料的路用性能，而且可以大幅度節(jié)省燃料、降低生產(chǎn)過(guò)程中的老化和減少排放[3]。目前，熱拌和冷拌再生混合料的壓實(shí)溫度對(duì)混合料路用性能的研究較多[4-8]，但是有關(guān)壓實(shí)溫度對(duì)溫拌再生瀝青混合料路用性能的影響研究較少。因此本文選用Sasobit作為溫拌劑，主要從高溫性能、低溫性能、水穩(wěn)定性三方面展開(kāi)壓實(shí)溫度對(duì)溫拌再生瀝青混合料路用性能影響的研究。

1　原材料的選擇與性能檢測(cè)

1.1集料

試驗(yàn)所用舊料來(lái)源于重慶某高速公路段上面層，原路面上面層為AC-13結(jié)構(gòu)層。采用銑刨方式回收，回收后進(jìn)行人工破碎。以4.75作為關(guān)鍵篩孔，將回收RAP分成<4.75和>4.75兩檔。利用抽提法分離出瀝青和集料，舊集料為石灰?guī)r，通過(guò)篩分各檔級(jí)配見(jiàn)表1。新集料采用石灰?guī)r，經(jīng)測(cè)定，新舊集料各項(xiàng)技術(shù)主要指標(biāo)見(jiàn)表2～3，經(jīng)檢驗(yàn)均滿(mǎn)足規(guī)范[9]要求。

表1　抽提后舊料級(jí)配表

表2　舊集料主要技術(shù)指標(biāo)表

表3　新集料主要技術(shù)指標(biāo)表

1.2瀝青

新瀝青采用70#基質(zhì)石油瀝青，按規(guī)范測(cè)定新舊瀝青的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，結(jié)果如表4所示。

表4　新舊瀝青技術(shù)指標(biāo)表

1.3溫拌劑

Sasobit溫拌技術(shù)屬于有機(jī)添加劑類(lèi)降粘溫拌技術(shù)。通過(guò)向?yàn)r青中加入Sasobit，起到降低瀝青高溫時(shí)的黏度和施工拌和溫度的效果，達(dá)到增強(qiáng)路用性能的目的。本文選用重慶某技術(shù)公司提供的Sasobit溫拌劑，其外觀為2～4 mm大小的白色顆粒球狀體，是一種合成直鏈脂肪族炭氫化合物。

2　溫拌再生瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

2.1級(jí)配設(shè)計(jì)

采用AC-20結(jié)構(gòu)型，級(jí)配選擇在中值的基礎(chǔ)上作調(diào)整，使級(jí)配曲線(xiàn)呈接近S型。級(jí)配設(shè)計(jì)值見(jiàn)表5。

表5　AC-20型瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)表

2.2試驗(yàn)條件及試件制備

混合料在拌制時(shí)，為避免RAP進(jìn)一步老化，加熱溫度和加熱時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)過(guò)大。加熱溫度保持在110 ℃左右，加熱時(shí)間為2 h左右。先將RAP、粗細(xì)新集料裝入預(yù)熱的拌合機(jī)預(yù)拌30 s，然后添加新瀝青拌合60 s，倒入加熱的礦粉，繼續(xù)拌合90 s，最后以120 ℃成型試件[10]。舊料摻配比例為20%。

2.3最佳瀝青用量確定

初定3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%五種油石比，采取普通熱拌瀝青混合料的要求成型馬歇爾試件，測(cè)定馬歇爾試件的基本參數(shù)并進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)測(cè)定其穩(wěn)定度和流值。其技術(shù)指標(biāo)如表6所示。通過(guò)試驗(yàn)確定AC-20型瀝青混合料的最佳油石比為4.6%。

表6　馬歇爾試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)表

3　溫拌再生瀝青混合料路用性能

3.1高溫穩(wěn)定性

國(guó)內(nèi)用于評(píng)價(jià)高溫性能的試驗(yàn)方法較多，主要有單軸無(wú)側(cè)限加載試驗(yàn)、三軸試驗(yàn)、單軸無(wú)側(cè)限蠕變[11]。車(chē)轍試驗(yàn)運(yùn)用較廣，用以評(píng)價(jià)混合料在規(guī)定的溫度下，抵抗塑性流動(dòng)變形的能力。本試驗(yàn)車(chē)轍試件分為四組，分別在對(duì)應(yīng)100 ℃、110 ℃、120 ℃、130 ℃溫度下壓實(shí)成型。參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)。其試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表7所示。

表7　不同壓實(shí)溫度下車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果表

從表7分析可得，隨著壓實(shí)溫度遞減，溫拌再生混合料的DS值先增大后減小，當(dāng)壓實(shí)溫度為120 ℃時(shí)，到達(dá)最大值。原因在于剛開(kāi)始130 ℃的壓實(shí)溫度比較高，再生混合料中的老化瀝青進(jìn)一步老化，瀝青整體的黏附能力降低。而后降低到120 ℃，老化現(xiàn)象大大減弱，其動(dòng)穩(wěn)定度值增加。當(dāng)溫度持續(xù)降低，溫拌改性瀝青黏度下降，瀝青與集料間的粘聚力降低，壓實(shí)出的試件空隙率繼續(xù)變大。集料間的嵌擠力下降，整體強(qiáng)度降低，其DS指標(biāo)下降。但因?yàn)閾郊覴AP，RAP中老化瀝青在高溫下黏度較大且沒(méi)有完全與新瀝青混溶，使得溫拌再生結(jié)合料的抗剪強(qiáng)度有所提高。因此總的來(lái)說(shuō)，溫拌再生結(jié)合料表現(xiàn)出較好的高溫特性。

3.2低溫抗裂性

低溫劈裂試驗(yàn)是間接評(píng)價(jià)混合料低溫性能的一種方法，本文選用其來(lái)評(píng)價(jià)結(jié)合料的低溫性能。采用與高溫性能相同的分組，參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)，分別研究不同壓實(shí)溫度下的性能表現(xiàn)。其數(shù)據(jù)如表8所示。

表8　不同壓實(shí)溫度下低溫劈裂試驗(yàn)結(jié)果表

從表8分析可得，隨著壓實(shí)溫度從130 ℃降低到100 ℃，試件的勁度模量和劈裂強(qiáng)度指標(biāo)總體不斷下降，120 ℃及其以下溫度時(shí)變化趨勢(shì)較緩。原因在于隨著壓實(shí)溫度持續(xù)降低，混合料VV和VMA不斷增大，其試件呈現(xiàn)出作用更加明顯的骨架結(jié)構(gòu)。同時(shí)其礦料顆粒之間有充足的空間適應(yīng)低溫作用下的變形，使其低溫應(yīng)力松弛能力增強(qiáng)，低溫抗開(kāi)裂性能增加。當(dāng)溫度降低到120 ℃以下，此時(shí)集料間的相互作用效果變化不明顯，導(dǎo)致混合料對(duì)應(yīng)的勁度模量和劈裂強(qiáng)度變化平緩，不斷趨于穩(wěn)定。

3.3水穩(wěn)定性

凍融劈裂試驗(yàn)具有比一般浸水試驗(yàn)條件更嚴(yán)格的要求，本文選用其來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性。仍將試件分成四組，每一溫度下又分成兩組。第一組在25℃下測(cè)定劈裂強(qiáng)度，第二組完成凍融循環(huán)。試驗(yàn)條件和方法參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)。不同壓實(shí)溫度下混合料的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表9。

表9　不同壓實(shí)溫度下凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果表

從表9分析可得，隨著壓實(shí)溫度從130 ℃降低到120 ℃，凍融劈裂試件的凍融劈裂強(qiáng)度比略有上升趨勢(shì)，但當(dāng)溫度從120 ℃下降至100 ℃時(shí)，其試件技術(shù)指標(biāo)不斷降低。除120 ℃具有較好的抗水損害能力外，其余溫度均表現(xiàn)不佳，并且100 ℃時(shí)不滿(mǎn)足規(guī)范要求。溫拌再生結(jié)合料的水穩(wěn)定性與空隙率有直接的關(guān)系，當(dāng)壓實(shí)溫度下降至120 ℃以下時(shí)，其壓實(shí)溫度偏低，空隙率不斷增加，瀝青與集料間的黏結(jié)力不足，導(dǎo)致水分子浸入混合料內(nèi)部置換包裹在集料周?chē)臑r青，從而導(dǎo)致部分集料剝落和性能下降。再生混合料抗水損害能力普遍較低的原因主要是在混合料拌制過(guò)程中，RAP中的舊瀝青與新瀝青混溶不充分，導(dǎo)致新瀝青與礦料間有部分舊瀝青介質(zhì)存在，其與礦料的接觸界面變小。而在凍融過(guò)程中相比新瀝青與礦料界面的黏結(jié)效果，新舊瀝青的黏結(jié)效果更差，從而影響整體凍融性能。

4　結(jié)語(yǔ)

(1)在設(shè)定的壓實(shí)溫度下，溫拌再生瀝青混合料高溫性能較好。隨著壓實(shí)溫度遞減，溫拌再生混合料的DS值先增大后減小，當(dāng)壓實(shí)溫度為120 ℃時(shí)，達(dá)到最大值。

(2)隨著壓實(shí)溫度降低，瀝青混合料空隙率增加，其勁度模量和劈裂強(qiáng)度下降。當(dāng)溫度下降到120 ℃及以下，混合料的模量和強(qiáng)度變化較小且不斷趨于穩(wěn)定。溫拌再生瀝青混合料在低溫破壞時(shí)具有較好的應(yīng)變能力，因此具有良好的低溫抗裂性能。

(3)隨著壓實(shí)溫度從130 ℃降低到120 ℃，凍融劈裂試件的凍融劈裂強(qiáng)度比略有上升趨勢(shì)，但當(dāng)溫度從120 ℃下降至100 ℃時(shí)，其試件技術(shù)指標(biāo)不斷降低。除120 ℃具有較好的抗水損害能力外，其余溫度均表現(xiàn)不佳，并且100 ℃時(shí)不滿(mǎn)足規(guī)范要求。綜合不同壓實(shí)溫度下的高溫、低溫和水穩(wěn)定性能，推薦采用120 ℃的壓實(shí)溫度。同時(shí)溫拌再生瀝青混合料較普通熱拌瀝青混合料水穩(wěn)定性能略差，為今后Sasobit溫拌再生瀝青混合料水穩(wěn)定性的改進(jìn)研究提供依據(jù)。

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Study on the Performance of Warm-mix Recycled Asphalt Mixture under Different Compaction Temperatures

LIANG Sheng-chao

(Chongqing Jiaotong University，Chongqing，400074)

This article used the Sasobit warm-mix agent to mix the recycled asphalt mixtures，and through high-temperature rutting test，low-temperature splitting test，and freeze-thaw test，it studied the high-temperature stability，low-temperature cracking resistance，and water stability of mixtures under the compaction temperature of 130℃，120℃，110℃ and 100℃.The results showed that：Sasobit warm-mix recycled asphalt mixture all showed the good high-temperature performance at each temperature；and with the decrease of compaction temperature，its low-temperature performance increased continually.When the temperature dropped to 120℃ and below，its performance index had less changes，while the water stability of mixtures showed the trend of increasing first and then decreasing，and its overall performance index was low.

Warm-mix recycled asphalt mixture；Compaction temperatures；High-temperature stability；Low-temperature cracking resistance；Water stability

U416.2

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.08.004

1673-4874(2016)08-0013-04

2016-06-08

梁勝超(1992—)，碩士研究生，主要從事路面結(jié)構(gòu)分析與破壞機(jī)理研究工作。