再生瀝青混凝土在自行車道透水路面的應(yīng)用

蘇志翔

（同濟大學建筑設(shè)計研究院（集團）有限公司，上海 200082）

0 引言

目前，我國每年約產(chǎn)生3 000萬噸廢舊瀝青混凝土（以下簡稱“舊料”）[1]，隨著越來越多的瀝青路面進入大中修階段，舊料產(chǎn)生量會越來越多。舊料不僅會造成資源的浪費，還會占用大量土地，并導(dǎo)致環(huán)境污染。近年來，工程研究人員將舊料作為一種可再生資源進行利用，已經(jīng)在道路建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。但因其性能原因，當前更多應(yīng)用于基層、中下面層等部位[2-3]，上面層因其直接經(jīng)受荷載及外界條件作用而應(yīng)用較少。透水路面具有抗滑、降噪、調(diào)節(jié)地表溫度等優(yōu)點，因此，作為海綿城市的重要組成部分得到了廣泛應(yīng)用。近年來，透水路面在自行車道也開始有所應(yīng)用。自行車道交通量和交通荷載均遠低于機動車道，對瀝青混凝土性能要求也更低。如果將舊料用于自行車道再生瀝青混凝土，一方面可以滿足自行車道交通荷載的需要，另一方面還可以實現(xiàn)舊料的二次利用。因此，本文研究再生瀝青混凝土在自行車道透水路面的應(yīng)用。

1 試驗材料

1.1 瀝青

透水路面通常采用高黏瀝青作為瀝青膠結(jié)料，本研究采用自制的高黏瀝青，其性能試驗結(jié)果見表1。

表1 高黏瀝青性能試驗結(jié)果

表1 續(xù)

1.2 舊料和再生劑

自行車道透水路面擬采用PAC-10瀝青混凝土，因此選用的舊料采用0～10mm檔，舊料性能結(jié)果見表2。對舊料進行抽提以及瀝青回收。抽提篩分結(jié)果及回收舊瀝青的性能指標分別見表3和表4。再生劑采用自制再生劑，其指標滿足《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 5521—2019）RA-75再生劑技術(shù)要求。

表2 舊料性能結(jié)果

表3 舊料抽提篩分結(jié)果

表4 回收瀝青性能指標

2 再生劑摻量確定

確定再生劑摻量一般采用調(diào)配后的60℃動力黏度或者針入度（25℃）作為評價指標，由于透水路面采用高黏瀝青，回收瀝青為基質(zhì)瀝青，添加再生劑無法使再生瀝青60℃動力黏度達到新瀝青水平，該指標是不合適的。因此，選用針入度（25℃）確定最終摻量。分別按回收后舊瀝青質(zhì)量的2%，6%和10%添加再生劑，并測試再生后瀝青的針入度（25℃）、軟化點和延度（15℃），結(jié)果見表5。三大指標隨再生劑摻量變化趨勢如圖1所示。

表5 再生瀝青技術(shù)指標

圖1 再生瀝青三大指標隨摻量變化圖

由圖1可知，軟化點隨再生劑摻量的增加而降低，針入度和延度則呈相反趨勢。針入度采用內(nèi)插法得到再生劑的摻量，即8.4%。

3 配合比設(shè)計

在再生劑摻量確定的情況下，采用馬歇爾設(shè)計方法進行再生瀝青混凝土配合比設(shè)計。舊料摻量分別為0、10%、30%、50%，并確定最佳瀝青用量。

本研究透水路面目標級配選用《透水瀝青路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 190—2012）規(guī)定的PAC-10級配中值，見表6。本研究為室內(nèi)研究，新料采用小檔料，因此分別計算不同摻量舊料條件下各檔新料添加量，保證不同摻量舊料條件下級配的統(tǒng)一。本研究PAC-10目標空隙率為20%，在新舊料比例確定的情況下確定最佳瀝青用量。0、10%、30%、50%摻量舊料條件下，最佳瀝青用量分別為6%、5.8%、5.6%、5.5%?？梢园l(fā)現(xiàn)，最佳瀝青用量隨舊料摻量的增加而減少，這說明舊料中的瀝青得到了再生，但是最佳瀝青用量在舊料摻量為50%時也僅降低了5%，說明舊瀝青沒有得到完全再生利用。

表6 PAC-10級配中值

4 路用性能研究

根據(jù)上節(jié)確定的配合比成型不同舊料摻量條件下的瀝青混凝土試件，分別進行車轍試驗、低溫彎曲試驗、凍融劈裂試驗、肯塔堡飛散試驗、間接拉伸試驗、滲水試驗，從而評價再生瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性能、抗水損害性能、抗剝落性能、疲勞性能以及滲水性能。

4.1 高溫穩(wěn)定性

不同舊料摻量再生瀝青混凝土車轍試驗結(jié)果見表7和圖2。

表7 車轍試驗結(jié)果

圖2 動穩(wěn)定度和舊料摻量的關(guān)系

由表7可知，4種摻量條件下，動穩(wěn)定度均大于3 500次/mm，因此，均滿足透水瀝青混凝土高溫性能技術(shù)要求。由圖2可知，再生瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性隨著舊料摻量的增加線性提升，相關(guān)系數(shù)為0.9963，因此說明，摻加舊料可以明顯提升再生瀝青混凝土的高溫性能。其主要原因是瀝青對瀝青混凝土高溫性能有重要影響，而舊料中的舊瀝青未被完全再生，舊瀝青經(jīng)過長時間老化，針入度低，軟化點高，黏度增加，因此會提升瀝青混凝土的高溫抗變形能力。

4.2 低溫抗裂性

低溫彎曲試驗溫度為-10℃，加載速率為50mm/min，不同舊料摻量再生瀝青混凝土低溫彎曲試驗結(jié)果見表8。

表8 低溫彎曲試驗結(jié)果

由表8可知，隨著舊料摻量的增加，再生瀝青混凝土小梁彎拉破壞應(yīng)變隨之減小。說明舊料的摻加有損再生瀝青混凝土的低溫抗裂性能。主要原因有兩個方面，一是舊料中的舊瀝青未完全再生，本身低溫性能較差，導(dǎo)致瀝青混凝土低溫性能受損；另一方面是因為舊料中存在團粒結(jié)構(gòu)，即原舊料存在結(jié)團問題，使其成為薄弱點，由此也導(dǎo)致再生瀝青混凝土低溫性能變差。

4.3 抗水損害性能

不同舊料摻量再生瀝青混凝土凍融劈裂試驗結(jié)果見表9。

表9 凍融劈裂試驗結(jié)果

由表9可知，凍融劈裂殘留強度比（TSR）隨舊料摻量的增加而減小。并且，舊料摻量為0～30%時TSR均大于85%，滿足規(guī)范要求，舊料摻量為50%時TSR小于85%，不滿足規(guī)范要求。舊料摻量為30%時，TSR為85.2%，略高于規(guī)范要求，從抗水損害角度出發(fā)，舊料摻量最高不宜超過30%。瀝青黏附性能、瀝青混凝土的壓實性能均會影響再生瀝青混凝土的水穩(wěn)定性。由于部分瀝青未被再生，由此導(dǎo)致該部分瀝青與集料的黏附性較差；此外，盡管瀝青混凝土空隙率達到了目標空隙率，但是由于團粒結(jié)構(gòu)的存在，瀝青混凝土空隙率存在不均勻的情況，由此導(dǎo)致部分區(qū)域空隙率較大。以上因素均會導(dǎo)致再生瀝青混凝土性能變差，且隨著舊料摻量的增加，上述情況占比會增大，從而使TSR愈加減小。

4.4 抗剝落性能

再生瀝青混凝土肯塔堡飛散試驗結(jié)果見表10。

表10 肯塔堡飛散試驗結(jié)果

由表10可知，肯塔堡飛散損失隨著舊料摻量的增大而增大。并且，舊料摻量為0～30%時肯塔堡飛散損失均小于15%，滿足規(guī)范要求，舊料摻量為50%時，肯塔堡飛散損失為18.1%，不滿足規(guī)范要求。從集料抗剝落的角度出發(fā)，舊料摻量應(yīng)小于50%。影響瀝青混凝土抗剝落性能的因素主要是瀝青與集料的黏附性。如前所述，舊料中存在部分舊瀝青和團粒結(jié)構(gòu)，因此，隨著舊料摻量的增加，再生瀝青混凝土抗剝落性能越差。

4.5 疲勞性能

本研究采用間接拉伸試驗評價再生瀝青混凝土的疲勞性能[4]，試件采用馬歇爾試件，直徑為101.6mm，高度為63.5mm。采用應(yīng)力控制加載模式，應(yīng)力水平分別為0.3、0.4、0.5，加載波形為半正矢波，加載頻率為10Hz，試驗溫度為15℃。采用應(yīng)力控制加載模式時，首先需要對再生瀝青混凝土試件進行劈裂強度測試。試件同樣采用馬歇爾試件，試驗溫度也與間接拉伸試驗相同，加載頻率選擇50mm/min。不同舊料摻量再生瀝青混凝土試件的劈裂強度試驗和間接拉伸試驗結(jié)果分別見表11和表12。

表11 劈裂強度試驗結(jié)果

表12 間接拉伸試驗結(jié)果

由表11可知，再生瀝青混凝土劈裂強度隨舊料摻量的增加而增加，舊料摻量從0增加至50%，劈裂強度增加了近26%。說明摻加舊料可以提高再生瀝青混凝土劈裂強度。這是因為舊料中瀝青存在部分老化，使再生瀝青混凝土勁度模量得到提升，從而提高其抗變形能力，使劈裂強度提高。

由表12可知，隨著舊料摻量的增加，相同應(yīng)力水平條件下，再生瀝青混凝土疲勞壽命次數(shù)均隨之降低。說明摻加舊料會損害再生瀝青混凝土的抗疲勞性能。相同舊料摻量條件下，再生瀝青混凝土疲勞壽命次數(shù)與應(yīng)力水平呈現(xiàn)負相關(guān)。

在應(yīng)力控制模式下，再生瀝青混凝土的應(yīng)力水平σt與疲勞壽命Nf在雙對數(shù)坐標中為線性關(guān)系，按照公式（1）對其進行線性擬合。其中，系數(shù)k反映抗疲勞性能，k值越大，則抗疲勞性能越強；系數(shù)n反映瀝青混凝土疲勞壽命對應(yīng)力水平的敏感程度，n越大，則表示疲勞壽命對應(yīng)力水平越敏感[5]。

由表12可知，k值和n值均會隨舊料摻量的增加而減少，表明再生瀝青混凝土的疲勞壽命隨舊料摻量的增加而降低，疲勞壽命對應(yīng)力水平越不敏感。

4.6 滲水性能

再生瀝青混凝土滲水系數(shù)隨舊料摻量變化的結(jié)果見表13。

表13 滲水試驗結(jié)果

由表13可知，各舊料摻量條件下，滲水系數(shù)均大于800ml/15s，因此均滿足規(guī)范要求。隨著舊料摻量的增加，再生瀝青混凝土空隙率基本保持不變，連通空隙率卻隨之降低，滲水系數(shù)也隨之降低。說明再生瀝青混凝土滲水性能隨舊料摻量的增加變差。主要原因是舊料中存在團粒結(jié)構(gòu)，在瀝青混凝土部分區(qū)域空隙率存在不均勻情況，由此導(dǎo)致瀝青混凝土連通空隙率變小，而連通空隙率決定了再生瀝青混凝土的滲水性能。

5 結(jié)論與展望

本研究經(jīng)過試驗確定了再生劑摻量，并在此基礎(chǔ)上進行不同舊料摻量條件下再生瀝青混凝土的配合比設(shè)計，確定了最佳瀝青摻量，并分別成型試件，對再生瀝青混凝土路用性能進行研究。主要結(jié)論如下：

（1）隨著舊料摻量的增加，再生瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性隨之提升；

（2）再生瀝青混凝土低溫性能隨著舊料摻量的增加變差；

（3）再生瀝青混凝土抗水損害性能隨著舊料摻量的增加而降低，且在摻量為0～30%時，抗水損害性能滿足規(guī)范要求；

（4）隨著舊料摻量的增加，再生瀝青混凝土集料抗剝落性能降低，且在摻量為0～30%時，集料抗剝落性能滿足規(guī)范要求；

（5）摻加舊料可以提高再生瀝青混凝土劈裂強度，但是會降低其疲勞壽命。通過分析疲勞方程可以發(fā)現(xiàn)，摻加舊料會降低疲勞壽命對應(yīng)力水平的敏感度；

（6）隨著舊料摻量的增加，再生瀝青混凝土滲水性能下降；

（7）綜合各項路用性能，自行車道透水路面所用再生瀝青混凝土最大舊料摻量為30%。