不同RAP掺量Sasobit温拌再生混合料适用性研究

不同RAP掺量Sasobit温拌再生混合料适用性研究

冯 需

(西安思源学院， 陕西 西安 710038)

[摘 要] 研究了RAP掺量对Sasobit温拌再生混合料低温抗裂性以及水温耦合作用下长期使用性能的影响，建立了RAP掺量与温拌再生混合料路用性能之间的回归关系式；并根据我国气候分区特点推荐了不同气候分区内温拌再生混合料最大的RAP掺量，试验结果表明：在进行温拌再生方案决策时，不仅要考虑温拌再生技术的适用性，同时也要通过室内试验并结合气候分区分析其具体的适用性。

[关键词] 温拌再生混合料； 路用性能； 长期使用性能； 气候分区

0 引言

温拌再生沥青混合料(Wam—Recycling Mixture Asphalt，WRMA)是一种“绿色环保型”道路新兴材料，其不仅拌和与压实温度相对较低、能源消耗和温室气体排放相对较小，还可在新混合料中掺加一定比例的RAP(Recycled Asphalt Pavement)，减少集料开采、低碳环保和节能减排[1-3]。在日益提倡节能减排、绿色公路和可持续发展的今天，WRMA无疑是一种十分值得提倡的道路建设新技术[4-6]。北京建筑大学研究了温拌再生混合料与热再生混合料路用性能的差异，结果表明：随着RAP掺量的增加，热拌及温拌再生沥青混合料的路用性能除高温性能有所提高外，低温抗裂性能和水稳定性能均有不同程度的降低[7]；同济大学采用AC-13 和AC-25 两种级配，对Evo therm 温拌沥青混合料( E-WMA)的各项性能指标进行了研究，并与相同级配的热拌沥青混合料( HMA)进行对比分析，结果表明：Evotherm 温拌沥青混合料在高温稳定性、低温抗裂性能等方面与相同级配的热拌沥青混合料相当，水稳定性稍逊，而疲劳性能则明显占优[8]；大连理工大学研究了拌再生改性沥青SMA混合料的路用性能和疲劳性能，在降低拌合温度的情况下，温拌再生沥青混合料的力学性能和路用性能可以满足规范要求[9]；河北工业大学研究了温拌再生沥青混合料的路用性能，结果表明：Sasobit可显著降低沥青的黏度，从而降低沥青混合料的拌和与压实温度，温拌再生沥青混合料的各项技术指标均满足规范的要求[10]；重庆交通大学研究了RAP掺量对Evotherm温拌再生沥青混合料路用性能的影响，结果表明，在RAP掺量为40%时温拌再生混合料的低温抗裂性、水稳定性均出现峰值，基于沥青混合料路用性能考虑，推荐依托工程的最佳RAP掺量为40%[1]。

从目前国内研究成果来看，温拌再生沥青混合料性能研究的有些结论并不一致，尤其是低温抗裂性，缺乏对温拌再生混合料铺筑的路面进行长期性能跟踪评测，特别是长期使用性能的不确定性，更没有建立温拌再生过程中RAP掺量与气候分区的关系。

1 试验计划

为了对比研究RAP掺量对Sasobit温拌再生混合料路用性能的影响，首先对6种不同旧料添加比例的再生沥青混合料进行配合比设计，旧料添加量分别为0%、10%、20%、30%、40%、50%(10%代表在除过RAP中沥青之后，RAP中旧集料占沥青混合料整个集料的10%，其他的掺配比例依此类推)。为了试验减少级配对再生沥青混合料性能的影响，通过调节新集料比例，使六种再生沥青混合料级配一致，均为AC-20中值级配。分别进行温拌再生混合料高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性及水温耦合作用下疲劳性能方面的评价，并结合我国的气候分区特点建立不同气候分区内温拌再生混合料最大的RAP掺量，从而探讨温拌技术对提高热拌再生沥青混合料中RAP掺配比例的可行性。

2 混合料配合比设计

2.1 试验材料性能及检测

① RAP：RAP来源于陕西某段公路铣刨旧料，将从现场取回的RAP分为0～3、3～10、10～25 mm共3档，通过抽提及回收试验获得RAP中老化沥青[11]，RAP具体规格、技术性质如表1、图1所示。

② 沥青：从表1中可知：RAP老化程度虽较严重，但仍满足热拌再生条件。按lgPmix=algPnew +(1-a)lgPold 确定新沥青标号，计算本文所用新沥青为SK90#石油沥青，经检测新沥青各项技术指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》的要求。

③ Sasobit温拌剂：本文选用的Sasboit为淡黄色小颗粒，滴熔点为105 ℃，闪点290 ℃，由于熔点低，当温度升高时Sasobit便率先熔化从而极大降低了沥青粘度，增大了沥青混合料的和易性，降低了混合料生产施工温度。Sasobit采用干法或湿法添加工艺均可，掺量为沥青粘结剂的1%-3%，本文选择2%，采取干法添加。

表1 RAP技术性质试验结果汇总表Table1RAPtechnicalpropertytestresults项目检测项目要求试验方法AC16含水率/%实测036RAP级配实测见图1RAP沥青含量/%实测JTGF41-2008附录A42砂当量/%>5583理论最大密/(g·cm-3)实测2568针入度/(01mm)>2034RAP中的沥青软化点/℃实测抽提，《公路工程沥青及沥青混合料实验规程》6810℃延度/cm实测59RAP中的粗集料针片状颗粒含量、压碎值实测抽提，《公路工程集料试验规程》2365

图1 RAP经过燃烧后集料级配
Figure 1 RAP aggregate gradation after burning

2.2 确定最佳沥青用量

根据马歇尔试验方法确定温拌再生再混合料的最佳油石比，控制RAP预热温度为120 ℃，温拌沥青混合料拌和温度约为135 ℃，压实温度约为130 ℃[12]，假定RAP材料添加到沥青混合料中，旧沥青砂浆层与新沥青或者再生剂100%融合，马歇尔试验结果如表2所示。

表2 AC-20温拌再生混合料马歇尔体积指标汇总Table2 TheoptimumproportionofmarshallindexofWRMA温拌再生混合料类型OMA/%γf/(g·cm-3)VV/%VMA/%VFA/%WMA-0%RAP41224754001318713WMA-20%RAP40224654221390722WMA-30%RAP39424724101350705WMA-40%RAP49024654201345677WMA-50%RAP38424574101240693规范要求——3～6≥1365～75

相同级配情况下，沥青混合料的最佳油石比随着RAP掺量变大而逐渐减少，分析原因：RAP表面都被老化沥青裹附，相应的吸油能力下降，再者，新旧集料融合后RAP表面的沥青部分甚至全部被还原，可起到新沥青的作用，因此当RAP掺量增大时其最佳沥青用量减少了[7,8]；相同级配不同RAP掺量情况下，Sasobit温拌再生混合料γf、VV、VMA、VFA等体积指标的变化规律并不明显，这可能与不同RAP条件下新旧沥青融合程度不同有关。

3 温拌再生混合料抗裂性

3.1 低温抗裂性

沥青混合料作为一种粘弹性材料，温度变化对其路用性能影响很大。JTG F40-2004以小梁低温弯曲试验破坏强度、破坏应变、破坏劲度模量，并按照应力应变曲线的形状来评价沥青混合料的低温抗裂性能。大量研究结果表明，沥青混合料的低温性能不仅与低温变形能力有关，也和低温时的温度荷载大小有关，仅用单一的荷载指标或者变形指标无法全面反映沥青混合料的低温性能。由于沥青混合料都具有一定的能量储存能力，这种储存容量可直接用试验的方法确定，简称破坏能，说如果沥青混合料试件破坏时消耗的能量越大，那么其低温抗裂性能就越好[13]而能量指标可以综合应力和应变两个指标。根据沥青混合料的破坏根据沥青混合料的破坏能的定义，可以将其单位体积的破坏能表示为：

式中：εc为最大应力所对应的应变值。

根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)中的要求成型车辙板，切割尺寸为30 mm×35 mm×250 mm的小梁试件，试验温度-10 ℃，采用单点加载方式，支点间距200 mm，加载速率为50 mm/min，试验结果如表3所示。

表3 AC-20温拌沥青混合料小梁低温弯曲试验结果Table3 LowtemperaturetrabecularbendtestresultsofAC-20WRMA混合料类型最大弯拉应变/με弯曲劲度模量/MPa破坏应变能/kPaWMA-0%RAP2505643540922755WMA-10%RAP2335873704442555WMA-20%RAP2273474597492411WMA-30%RAP2005424825101968WMA-40%RAP1867035477461721WMA-50%RAP1764706663961665

表3试验结果表明：对于AC-20温拌再生混合料，最大弯拉应变(U)、破坏应变能(P)、弯曲劲度模量(M)与RAP掺量(x)之间的回归关系式分别为U=2 509.588 57-15.369 34*x(R2=0.974)、P=27.788 1-0.239 86*x(R2=0.954)、M=3 289.999 52+60.462 49*x(R2=0.954)，表明RAP掺量的增大将会降低温拌再生混合料的低温性能。分析原因：RAP中含有大量的老化沥青，其四组分发生了变化，饱和酚和胶质的变化不大，而芳香芬的沥青质的含量变化比较大，其中芳香芬变少，沥青质变多，RAP掺量增大，新旧沥青交融后温拌再生混合料内部沥青砂浆低温劲度模量较大，柔性减弱，储存能量的能力变差，因此温拌再生混合料的低温性能随RAP掺量的增大会出现线性降低趋势，破坏应变能正好辅助证明了低温小梁弯曲试验结果是合理的。

3.2 水温耦合作用下温拌再生混合料耐久性

目前温拌再生混合料在我国的推广应用仍处于起步阶段，关于温拌再生混合料耐久性仍局限于室内小梁疲劳试验，缺乏对温拌再生混合料铺筑的路面进行长期性能跟踪评测，特别是长期性能有待进一步的研究。本文采用美国PMW公司生产的APA试验模拟水温耦合作用下温拌再生混合料的长期使用性能。

APA汉堡试验是将成型的沥青混合料连同模具一起放入APA试验台上，升起水箱并放水，保证水完全浸没试件。在设定温度水浴条件下，将沥青混合料试件保温若干小时。到达保温时间之后进行加载，在加载轮作用到试件某一点时，此处的水将会被挤走；当加载轮离开该点时，该点的压力变小，周围的水又重新涌入。当加载轮又回到该点时，又重复上述的过程，因此就模拟了在高温条件下动水重复冲刷的试验条件，沥青混合料将会出现沥青膜剥落、集料松散等破坏形式，最终使得沥青混合料中沥青粘结能力变差，混合料强度降低。

3.3 试验条件

① 试件制备：成型双层板，再切割尺寸为300 mm×125 mm×75 mm的标准尺寸。

② 试验温度：参考汉堡车辙试验条件，并结合栗培龙等人的汉堡试验条件研究成果[14]，综合考虑本次研究情况，最终确定APA汉堡试验试验温度采用60 ℃。

③ 钢轮运行频率以及轴载：APA汉堡车辙试验采用25 Hz，轴载采用158LB。

④ 试验终止条件：当用APA来实现汉堡车辙试验时，一般试验终止条件有2种：a.车辙深度达到14 mm；b.运行次数达到20 000次。实验过程中，两个条件中有一个满足了试验终止条件，试验过程就终止。

⑤ 评价指标：如图2所示，APA试验评价指标有蠕变速率、剥落拐点、车辙深度、剥落斜率和破坏次数。

图2 APA汉堡车辙标准曲线
Figure 2 APA Hamburg rut standard curve

3.4 试验结果及分析

按照3.3所示的试验条件进行试验，APA汉堡车辙试验结果见表4。

表4 汉堡车辙试验结果汇总表Table4 HamburgruttingtestresultssummaryRAP掺量/%蠕变斜率破坏次数/次剥落斜率0140E-036313226E-0310262E-037368342E-0320219E-0413786123E-0330339E-0417975346E-0440505E-0419602684E-0450259E-0420000761E-04剥落点破坏变形/mm车辙变形率65001400171E-0379001400347E-0395001235390E-04109801116893E-04125001056482E-0412750926427E-04

从以上试验结果可以得出：随着RAP掺量的增加，蠕变斜率逐渐减小，说明其高温抗车辙能力随着RAP掺量的增大逐渐变大，此处的结果与常规车辙试验结果一致。随着RAP掺量的增加，剥落斜率均随着RAP增加而变大，说明其抗水损害的能力有所下降，这与路用性能中对水稳定性的验证一致。但是剥落点规律相反，此处需要说明是剥落点代表破坏点，由于RAP掺量不同，其刚度相差较大，因此在一定荷载条件下，刚度大的破坏可能相对滞后一些。同时，由于基质沥青质地较软，在高温荷载作用下很快就破坏，水稳定性与添加RAP的热拌沥青混合料没有可比性。试验过程中发现，随着旧料掺量增加，泛浆的现象随之明显。分析原因，RAP材料在使用过程中，随着荷载的反复作用，其强度值不断下降，参考基础实验结果可知其压碎值均比较高。因此在施工中一定要严格控制RAP材料的力学性能，保证热再生材料的路用性能。

4 不同RAP掺量温拌再生混合料适用性

由于沥青混合料的路用性能与气候环境有着直接关系，在不同的气候条件下，沥青混合料的性能表现有所不同，所以对沥青混合料的性能也有不同的要求。结合室内试验研究结果可以发现，RAP的掺加会对温拌沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、疲劳性能虽有显著影响，但影响程度并不尽相同，本文结合JTG F40-2004中不同气候分区对用的沥青混合料路用性能指标要求，就可以建立RAP掺量与气候分区的关系，不同RAP掺量温拌再生混合料使用分区如表5所示。

表5 不同RAP掺量AC20温拌再生沥青混合料使用分区Table5 DifferentRAPcontentAC20warmmixrecycledasphaltmixtureusingpartition气候区名RAP掺量/%3040501-1-4夏炎热冬严寒干旱×××1-2-2夏炎热冬寒湿润√××1-2-3、4夏炎热冬寒半干旱√××1-3-1、2夏炎热冬冷潮湿湿润√√×1-3-3、4夏炎热冬冷半干旱√√×1-4-1、2夏炎热冬温潮湿湿润√√×2-1-2夏炎热冬严寒湿润×××2-1-3、4夏热冬严寒湿润半干旱×××2-2-1、2夏热冬寒潮湿湿润√××2-2-3、4夏热冬寒半干旱√××2-3-1、2夏热冬冷潮湿湿润√√×2-3-3、4夏热冬冷半干旱√√×2-4-1、2夏热冬温潮湿湿润√√×2-4-3夏热冬温半干旱√√×3-2-1、2夏凉冬寒潮湿湿润√×× 注：“√”表示可以采用，“×”表示建议不要采用。

表5分区结果表明：添加了RAP的AC-20温拌再生混合料其适应性有很大缺陷，主要原因是其低温性能不能满足要求，即低温抗裂性能是制约温拌沥青混合料适用性的关键技术指标。当RAP掺量为30%以下时，除过低温1区，基本都能满足各个气候分区的要求，但是当掺量为40%时，能够满足的气候分区只有气温的3、4区，说明其适用性受到了很大的制约。当RAP掺量为50%，由于低温弯曲应变为1 764.70 με，不能满足规范中对低温弯曲应变值的最小要求，因此RAP掺量达到50%，可以断定这种掺量的厂拌热再生沥青混合料不能应用道路建设中。

5 结论

① 随着RAP掺量增加，温拌合再生混合料的最佳油石比减小，最佳油石比条件下的马歇尔体积指标均满足规范要求，可采用马歇尔法进行温拌再生混合料的配合比设计。

② 增大RAP掺量温拌再生混合料高温稳定性呈二次函数关系增大，最大弯拉应变、破坏应变能随RAP掺量增大线性减小，冻融劈裂强度比分别呈二次函数关系减小；RAP掺量大于20%时；RAP掺量对温拌再生混合料路用性能的影响更加显著。

③ 推荐了不同气候分区AC-20温拌再生混合料的最大RAP掺量，低温抗裂性能是制约温拌沥青混合料适用性的关键技术指标。

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Study on Applicability of Sasobit Warm Recycled Mixture under Different RAP Content

FENG Xv

(Xi’an Siyuan University，Xi’an， Shanxi 710038， China)

Abstract：This article studies the affect of RAP content on low temperature cracking resistance and coupling effect of water and temperature on long-term performance of warm recycled mixture，and regression the relationship between road performance and RAP content.Further，based on the characteristics of the climate zoning to recommended the largest RAPcontent of different climatic region.the test results show that：the regeneration scheme during warm mix decisions，to consider not only the applicability of warm recycle technologies，but also through laboratory experiments and analyze its specific binding climate partition applicability.

[Key words] warm mix recycled mixture； road performance； long-term performance； climate region

[收稿日期] 2015 — 07 — 20

[作者简介] 冯 需(1982 — )，女，陕西西安人，研究领域：专业为安全技术及工程。

[中图分类号] U 414.1

[文献标识码]A

[文章编号]1674 — 0610(2017)01 — 0233 — 04