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溫拌再生瀝青混合料性能研究
目前我國高速公路逐步進(jìn)入大、中修，在此過程中產(chǎn)生大量的廢料。隨著現(xiàn)代對(duì)環(huán)保及經(jīng)濟(jì)性的注重，廢舊瀝青混合料的循環(huán)再生是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。然而目前使用較多廠拌熱再生瀝青混合料技術(shù)不僅需要進(jìn)行二次加熱，使得瀝青的再度老化。同時(shí)經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保低碳的要求有待提高?；诖颂幙紤]本文研究再生與溫拌技術(shù)相結(jié)合得到溫拌再生瀝青混合料。
原材料及混合料設(shè)計(jì)
本文研究利用離心抽提儀對(duì)某高速回收的廢舊材料進(jìn)行抽提試驗(yàn)。
通過抽提試驗(yàn)檢測(cè)出回收后的瀝青混合料的油石比為4．95%，再生瀝青混合料需要新添加的瀝青為中油高富90號(hào)瀝青。
配置AC—20型的瀝青混合料，其中RAP的摻量分別為10%、20%、30%、40%。將回收的瀝青混合料通過抽提后將集料篩分成單一粒徑的集料，然后按照要求的摻量進(jìn)行回配，最終得到的新舊集料的合成級(jí)配得到統(tǒng)一。
本研究的目的是配置出再生瀝青混合料的油石比4．8%，通過對(duì)新舊集料、瀝青按照相應(yīng)的比例進(jìn)行混合，再通過旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀(SGC)成型。其溫拌劑為河南中交液體溫拌劑，再生劑采用撫順遠(yuǎn)達(dá)石油化工生產(chǎn)的LKW—Ⅱ型。SGC成型的主要原因是參照NCAT的研究，液體類的溫拌劑采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型的降溫幅度與現(xiàn)場(chǎng)較接近。
可以看出:當(dāng)RAP摻量增加，SGC成型后的瀝青混合料的孔隙率也隨著增加，這主要是由于新集料和新瀝青通過高溫后加入RAP中，使得舊瀝青的老化更加嚴(yán)重，降低了瀝青總體的流動(dòng)性，從而增加了壓實(shí)的困難，導(dǎo)致混合料的孔隙率增加。當(dāng)RAP得摻量達(dá)到40%后，其孔隙率大幅度增加，在相同的最大理論密度下，HRMA的孔隙率比WRMA明顯較大，說明WRMA的加熱穩(wěn)定性較好。
攪拌設(shè)備圖1
溫拌再生瀝青力學(xué)性能
溫拌再生瀝青混合料拉、壓力學(xué)性能
為研究溫拌再生瀝青的力學(xué)性能，利用壓力機(jī)和MTS材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)通過SGC成型的試件分別進(jìn)行抗壓強(qiáng)度及回彈模量的測(cè)試。
參照水泥混凝土抗壓強(qiáng)度測(cè)試方法，將HRMA、WRMA試件置于試驗(yàn)溫度條件下恒溫12h后，立即將試件置于壓力機(jī)上，以1mm/min的速率進(jìn)行加載，直至試件破壞，得到抗壓強(qiáng)度。參照T0738—2011試驗(yàn)進(jìn)行單軸壓縮動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)，得到相應(yīng)的溫度條件下的動(dòng)態(tài)模量?？紤]常溫條件下的力學(xué)性能，將試驗(yàn)溫度定為20℃。
通過上圖可以明顯看出:HRMA的抗壓強(qiáng)度和抗壓回彈模量隨RAP的增加逐步增加，增到一定值之后逐步下降。WRMA的抗壓強(qiáng)度則是隨著RAP摻量增加而增加，只是當(dāng)RAP摻量達(dá)到30%后，強(qiáng)度增加不顯著。WRMA的抗壓回彈模量則在RAP摻量為30%時(shí)出現(xiàn)了峰值后遞減，但是其模量還是顯著高于HRMA。這主要原因還是由于RAP摻量過大，使得老化的瀝青部分增加，導(dǎo)致壓實(shí)困難，使得空隙率增大，而影響彈性模量及強(qiáng)度。
當(dāng)摻量達(dá)到40%時(shí)，WRMA較HRMA的抗壓強(qiáng)度和回彈模量分別提高了14．3%、15．1%。說明通過溫拌再生后，當(dāng)RAP摻量較高時(shí)，瀝青混合料的抗壓性能顯著要優(yōu)于普通的再生瀝青混合料，這是由于溫拌劑使得廠拌再生時(shí)的瀝青老化降低。
為研究再生瀝青混合料的抗拉性能，使用間接抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。為研究常溫條件下的抗拉強(qiáng)度，將通過馬歇爾成型后的試件置于溫度定為15℃恒溫箱中6h，迅速將試件取出，參照T0716—2011瀝青混合料劈裂試驗(yàn)，以50mm/min速率加載至試件破換。
可以看出:當(dāng)RAP摻量較低時(shí)，常溫條件下HRMA、WRMA的抗拉強(qiáng)度隨RAP增加而增加。RAP摻量從10%增到40%時(shí)，HRMA、WRMA的劈裂強(qiáng)度分別增加20．4%、33．8%。這說明當(dāng)RAP摻量達(dá)到40%時(shí)，其WRMA的抗拉強(qiáng)度要明顯高于HRMA。
溫拌再生瀝青疲勞性
我國評(píng)價(jià)瀝青混合料的疲勞主要是通過四點(diǎn)彎曲的疲勞壽命試驗(yàn)，當(dāng)彎曲勁度模量降低到初始進(jìn)度模量的1/2時(shí)認(rèn)定為發(fā)生疲勞破壞。但改性后的瀝青混合料韌性和彈性不盡相同，籠統(tǒng)依據(jù)初始勁度模量衰減一半的判斷方式存在弊端。
為確定兩種再生瀝青混合料的疲勞性能，采用T0739—2011四點(diǎn)彎曲疲勞壽命測(cè)試系統(tǒng)，試驗(yàn)溫度為15℃±0．5℃，通過恒應(yīng)變控制連續(xù)偏正弦加載模式，控制應(yīng)變水平為400×10－6，加載頻率為10±0．1Hz。但評(píng)價(jià)疲勞的標(biāo)準(zhǔn)參考美國AASHTOTP—8標(biāo)準(zhǔn)，使用歸一化勁度次數(shù)積來找到疲勞破壞的臨界點(diǎn)。
可以看出:疲勞壽命NNM隨著RAP摻量增加而減低，在相同RAP條件下HRMA的疲勞壽命要低于WRMA，特別是RAP摻量達(dá)到40%時(shí)，WMRA較HRMA的疲勞壽命增長一倍以上。HRMA混合料RAP的摻量從30%增加到40%時(shí)，其疲勞壽命減短了50%。而WRMA的疲勞壽命隨著RAP摻量增加疲勞壽命雖然也在縮短，但是其縮短的速率明顯要小于WRMA。這就說明了當(dāng)RAP摻量較大時(shí)，WRMA的抗疲勞性能體現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)。
我國瀝青混合料四點(diǎn)彎曲疲勞壽命試驗(yàn)評(píng)價(jià)是通過Sm/So達(dá)到50%。可以看出:Sm/So都小于50%，也就是說明參照美國AASHTOTP—8標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)疲勞臨界點(diǎn)時(shí)的勁度模量Sm大于國內(nèi)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。這就意味著我國的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)比較保守。
溫拌再生瀝青混合料溫度穩(wěn)定性評(píng)價(jià)
①高溫穩(wěn)定性
對(duì)不同摻量條件下的HRMA、WRMA按照JTGE20—2011中規(guī)定進(jìn)行車轍試驗(yàn)，車轍試件成型尺寸為300mm×300mm×50mm。將試件置60℃環(huán)境中，在0．7±0．5MPa輪壓下進(jìn)行試驗(yàn)。從所得的數(shù)據(jù)可以看出隨著RAP的增加，HRMA、WRMA的動(dòng)穩(wěn)定度也增加。在相同的ＲAP的條件下，WRMA的動(dòng)穩(wěn)定度要比HRMA高20%以上。
②低溫穩(wěn)定性
將成型后的車轍板切成250mm×30mm×35mm按照瀝青混合料彎曲蠕變?cè)囼?yàn)的要求在0℃環(huán)境下使用蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)測(cè)定其蠕變速率，用以評(píng)價(jià)再生瀝青的低溫抗變形能力。
可以看出:隨著RAP的摻量增加，HRMA和WRMA的蠕變速率都在下降。顯然HRMA的下降速率更快，特別是當(dāng)RAP的摻量達(dá)到40%時(shí)，其數(shù)值是摻30%的RAP時(shí)的蠕變速率的0．6倍。這樣的蠕變速率說明其低溫穩(wěn)定性很差。當(dāng)RAP摻量達(dá)到40%時(shí)的WRMA的蠕變速率接近于HRMA的2倍，這就說明當(dāng)RAP的摻量達(dá)到40%的高摻量時(shí)，WRMA的低溫性能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)要優(yōu)于HRMA。
結(jié)論
①當(dāng)RAP的摻量低于30%時(shí)，WRMA、HRMA的抗壓強(qiáng)度和抗壓回彈模量差距不是很大，其兩個(gè)指標(biāo)都是隨著RAP的增加而增加。但當(dāng)摻量達(dá)到40%時(shí)，此時(shí)HRMA的抗壓強(qiáng)度、抗壓回彈模量出現(xiàn)逆增長，使得RAP高摻量的HRMA的抗壓性能要低于WRMA近15%。而通過劈裂試驗(yàn)得到的抗拉強(qiáng)度WRMA雖然要優(yōu)于HRMA，但不顯著。
②參照AASHTOTP－8標(biāo)準(zhǔn)，得到的疲勞壽命NNM隨著RAP摻量增加而減低，在RAP摻量相同時(shí)，HRMA的疲勞壽命要低于WRMA，特別是RAP摻量達(dá)到40%時(shí)，HMRA的疲勞壽命僅是WRMA的1/2。
③隨著RAP摻量的增加，再生瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度也增加。但在相同的RAP摻量水平下，WMRA的動(dòng)穩(wěn)定要比HMRA高20%以上，說明WMRA有較好的高溫穩(wěn)定性。
④隨著RAP的增加，再生瀝青混合料的低溫性能降低。當(dāng)RAP摻量達(dá)到40%時(shí)，其HMRA的低溫蠕變速率較小，低溫性能較差。而WMRA的蠕變速率則較HRMA高47%，說明在低溫性能方面也存在較顯著的優(yōu)勢(shì)。
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