2024-01-12
 
厂拌热再生沥青混合料性能试验研究
2024年01月12日   阅读量:372908

摘 要

设计四种RAP掺量的厂拌热再生沥青混合料,研究了其高温稳定性能、水稳定性能和压实规律。结果表明,厂拌热再生沥青混合料高温稳定性能随着RAP掺量增加而增强,水稳定性能未呈现明显规律。厂拌热再生混合料比非再生混合料容易压实,RAP掺量越大越容易压实沥青网sinoasphalt.com


关键词

道路工程 | 厂拌热再生 | 试验研究 | 性能 | 压实


0、引言


随着绿色环保理念日益推广,沥青路面厂拌热再生技术成为道路工程中的研究热点。RAP掺量方面,一般厂拌热再生混合料中回收沥青路面材料(RA)用量不超过30%。美国NCAT环道试验最新研究认为高RAP含量(45%)沥青混合料也能提供优良的抗车辙性能和耐久性能[1];西班牙韦斯卡省A-140高速公路维修甚至使用了RAP掺量高达60%的厂拌热再生混合料[2];也有采用低标号硬质沥青制备50%RAP掺量的热再生混合料取得了较好的性能[3];国内广东省广惠高速公路应用了RAP掺量45%的厂拌热再生混合料沥青路面,使用良好[4]。我国的热再生技术起步较晚,2008年颁布的《公路沥青路面再生技术规范》[5]仍建议RAP掺量在15%~30%。压实特性方面研究较少,有不同研究[6,7]分别采用旋转剪切试验机(GTM)和旋转压实仪(SGC)得出厂拌热再生混合料容易压实的特性。本文依托广东省S32高速公路养护工程,进行了不同RAP掺量的厂拌热再生沥青混合料设计及性能研究。


1、配合比设计


研究所用集料采用广东封开石场产闪长岩碎石;新沥青采用东莞市南粤佳富储运有限公司提供的泰国IRPC-70号基质沥青;RAP材料采用广东省S32高速公路沥青路面铣刨回收材料。RAP中旧沥青采用阿布森法回收并检测指标。新旧沥青相关指标见表1。采用马歇尔方法进行GAC-20型沥青混合料的配合比设计,结果见表2。

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从表1可以看出,RAP中旧沥青老化严重,针入度低、软化点高,粘度大。从表2可以看出,与非再生沥青混合料相比,采用马歇尔设计方法设计的厂拌热再生沥青混合料最佳油石比在合理范围内,各项体积指标均满足规范要求。


最佳油石比确定后,根据RAP比例计算热再生混合料中新旧沥青的比例,根据公式(1)和公式(2)分别计算混合沥青的针入度和软化点。

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由表3可知,随着RAP掺量提高,旧沥青在混合沥青中比例提高,混合沥青针入度逐渐降低,软化点逐渐升高,有利于改善混合料的高温稳定性能。


2、高温稳定性能


分别采用车辙试验[8]、GTM旋转压实试验[9,10]、单轴贯入试验[11]验证了厂拌热再生沥青混合料的高温稳定性能。试验结果见表4。


车辙试验按规程进行,试验温度60℃,试样尺寸为300mm×300mm×50mm。


GTM旋转压实试验:GTM(GyratoryTestingMachine)是美国工程兵于上世纪60年代为解决空军重型轰炸机机场跑道的设计而研究发明的试验系统,并于1978年列入了美国ASTM规范。GTM设计方法的核心指标是GSI和GSF。GSI又称旋转稳定系数,是表征试件受剪应力作用的变形稳定程度的参数;GSF又称抗剪安全系数,用来检验沥青混合料被压实到平衡状态时的抗剪切强度是否达到沥青路面所需的剪应力。沥青混合料合格标准:GSI≤1.05,GSF≥1.3。本次验证GTM试验机设计压强为0.7MPa,机器角为2°,试件尺寸为Φ100mm×100mm,沥青混合料压实至马歇尔标准密度时试验终止。


单轴贯入试验:单轴贯入试验由同济大学孙立军教授等人提出。其认为单轴贯入试验受力模式与路面一致,试件内部产生的剪切应力分布与实际路面在荷载作用下产生的剪应力分布相似,甚至可以重合。贯入压头直径大大小于试件直径,在加载过程中周边的材料将形成对压头下圆柱体的侧向约束,试件破坏意味着约束的破坏,能够准确反映沥青混合料抗剪强度的形成机理。与三轴试验相比,贯入试验能够直接测量沥青混合料的抗剪强度,试验方法简便易操作,数据直观[7]。试验设备为HYD-25型COOPER材料试验机,加载速率为1mm/min,贯入压头直径为28.5mm,试件尺寸为Φ100mm×100mm,试验温度为60℃。

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车辙试验表明,随着RAP掺量增加,沥青混合料抗车辙能力增强。GTM试验中,各种混合料GSI指标均≤1.00,说明混合料沥青用量选择合理;GSF总体上随着RAP掺量增加而增大,表明抗剪能力在不断提高。单轴贯入试验结果表明,厂拌热再生混合料抗剪强度随着RAP掺量提高而增大。三种试验方法均表明厂拌热再生混合料高温稳定性能优良。


3、水稳定性能


分别采用浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验验证了厂拌热再生沥青混合料的水稳定性能。试验结果见表5。

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结果表明厂拌热再生混合料水稳定性满足规范[12]要求。但两种试验方法中,厂拌热再生混合料水稳定性随着RAP掺量的增加而无规律变化,可能由于RAP材料变异、试验方法本身缺陷等多因素导致。


4、压实特性


GTM旋转压实试验同样可以用来研究混合料的压实特性。与国内相关研究计算压实曲线斜率评价混合料压实特性相比,本研究直接以热再生混合料的旋转压实次数评价压实特性,数据直观,易于理解。以马歇尔方法设计的混合料毛体积密度作为标准密度,采用GTM成型试件并实测其毛体积密度,以混合料达到标准密度时所需的旋转压实次数评价混合料压实速率。试验结果见表6。

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结果均表明,添加RAP的厂拌热再生混合料比未添加RAP的非再生混合料达到相应密度时所需压实次数少,更容易压实;随着RAP掺量提高,厂拌热再生混合料压实速率逐渐提高,压实变得越来越容易,越来越快。这与国内已有研究结论一致。


5、结论

(1)三种试验方法总体表明,厂拌热再生沥青混合料高温稳定性能随着RAP掺量提高而得到显著改善。

(2)两种试验方法总体表明,厂拌热再生沥青混合料水稳定性能满足规范要求,但未呈现明显规律。

(3)厂拌热再生沥青混合料压实速率随着RAP掺量提高而迅速加快,容易压实。


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