可变RAP材料含量热拌沥青的马歇尔性能和抗车辙性能.pdf

72 建筑机械SURVEYING专题论述可变RAP材料含量热拌沥青的马歇尔性能和 抗车辙性能宋 军，顾新玲（中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710075）摘要热拌沥青回收是将RAP材料与新材料结合生产热拌沥青混合料的过程。本文详细介绍了一项实验室研究，评估了不同RAP材料含量对热回收混合料性能的影响。为了评价含不同比例RAP材料的沥青混合料的马歇尔性能和抗车辙性能，采用马歇尔配合比设计方法，确定了RAP材料含量分别为0%、15%、25%和35%的4种沥青混合料的最佳粘结剂含量。同时进行了体积分析，以确保试验结果符合规范要求。最后采用弹性模量试验测定了混合料的刚度，采用沥青混合料车辙试验评价了混合料的抗车辙性能。试验结果表明，再生沥青混合料与传统热拌沥青混合料在体积特性、稳定特性、刚度特性、回弹模量和抗车辙性能方面无显著差异。再生沥青混合料满足规范要求，可以大力推广。关键词热拌沥青；RAP材料；马歇尔性能；抗车辙性能中图分类号TU528.42 文献标识码B 文章编号1001-554X（2023）09-0072-04Marshall properties and rutting resistance of hot mix asphalt with variable RAP contentSONG Jun，GU Xin-ling长期以来，为了秉持可持续发展的战略，道路建设行业一直强调需要利用从老化路面获得的再生沥青路面（RAP）材料，这些材料仍具有用于铺面层的性能，但是RAP材料的用量受到很大的限 制1，2。随着资源供应的减少和材料成本的快速上升，使用RAP材料能够大大推进节约资源和保护环境。同时，沥青材料价格的上涨，促使道路建设行业使用更高百分比含量的RAP材料，以降低道路工程的成本。增加RAP材料的使用可以提高再生路面的价值，并减少废物的排放。RAP材料在沥青混合料中的使用也符合路面可持续发展方案的要求，既环保又经济3，4。在沥青混合料中添加RAP材料使得生产对环境的影响能够降低大约23%。此外，RAP材料还显著降低了材料成本。大多数道路管理部门允许在热拌沥青中掺入不超过30%的RAP材料，以避免对混合料性能产生不利的影响。允许热拌沥青中RAP材料含量为多少取决于给定道路上的交通水平。RAP材料通常被认为是一种硬度比较高的材料，它在使用寿命期间暴露在环境中，经历了氧化、硬化和其他老化机制。因此，RAP材料的刚度比较大，可能会导致路面产生各种形式的开裂，从而阻止生产商和道路管理部门进一步增加混合料中RAP材料的含量。当混合料中使用不超过20%的RAP材料时，不需要改变沥青的等级。然而，对于RAP材料含量超过20%的混合料，则建议降低一级，以补偿氧化粘结剂的较高粘度5。马歇尔配合比设计方法能够确定必要的配合比设计特性（如稳定性、流量和空隙含量）6，7。为了评价含不同比例RAP材料的沥青混合料的马歇尔性能和抗车辙性能，本文采用马歇尔配合比设计方法，确定了RAP材料含量分别为0%、15%、25%和35%的4种沥青混合料的最佳粘结剂含量（OBC）。同时进行了体积分析，以确保试验结果符合规范要求。最后采用弹性模量试验测定了混合料的刚度，采用沥青混合料车辙试验评价了混合料的抗车辙性能。DOI:10.14189/ki.cm1981.2023.09.008收稿日期2023-02-08通讯地址宋军，陕西省西安市高新区科技二路63号CONSTRUCTION MACHINERY 732023/09总第571期1 试验简介再生沥青混合料与传统热拌沥青混合料的试样根据符合公路沥青路面设计规范的马歇尔混合料设计方法制备，配合比设计符合城市道路工程设计规范的要求，粘结剂含量的范围为4.0%6.0%8，9。制备15个试样，分别用于传统热拌沥青混合料（100%原始集料）和按重量计算RAP材料含量分别为15%（RAP材料15）、25%（RAP材料25）和35%（RAP材料35）的再生沥青混合料。使用马歇尔压实机对所有试样表面进行75次压实，同时进行了体积特性分析，以确定传统热拌沥青混合料和再生沥青混合料的OBC。采用OBC制备沥青混合料车辙试验试样。根据车辙试验机标准进行沥青混合料车辙试验10，评价高温下混合料的车辙敏感性。用于该试验的设备是沥青路面分析仪。试验以钢轮50次/min的速度运行，负载为70522N。该试验一直进行到最大次数达到8000次或最大车辙深度值达到20mm为止。2 试验结果及讨论本文进行了初步的实验室试验，以确定所用材料的物理性能。通过马歇尔配合比设计及马歇尔试验，确定了传统热拌沥青混合料和再生沥青混合料的马歇尔性能和OBC。将弹性模量试验和沥青混合料车辙试验结果作为性能试验在传统热拌沥青混合料和再生沥青混合料之间进行了比较。2.1 RAP材料集料和原始集料性能的比较再生骨料和原始骨料的集料磨损值、集料冲击值、集料破碎值和比重结果见表1。再生骨料的LA磨损值、骨料冲击值、骨料破碎值和比重均高于传统骨料。这是由于再生骨料长时间暴露在交通荷载下，降低了骨料的强度。但试验结果表明，再生骨料和原始骨料的性能均在规范要求范围内，这表明RAP材料骨料适合用于制备沥青混合料。2.2 马歇尔试验进行马歇尔试验以确定混合料的体积特性，测定的体积特性包括体积比重、空气空隙、填充沥青的空隙（VFB）、稳定性和流动性。传统热拌沥青混合料和再生沥青混合料的OBC由堆积密度、空隙率、沥青填充空隙率（VFA）、稳定性、流量和沥青含量百分比确定。表1 传统骨料和RAP材料骨料的基本性质聚合物属性RAP材料骨料传统 骨料规范 要求LA磨损值/%25.0023.0025总影响值/%21.8019.4025骨料破碎值/%24.3122.2425体积比重Gsb/（g/cm）2.6252.648-表观比重Gsa/（g/cm）2.7112.705-吸水率/%1.0630.6262.0在沥青混合料中加入RAP材料对混合料的马歇尔属性有显著影响。马歇尔试验结果表明，随着RAP材料含量的增加，沥青混合料的马歇尔流量、VFA和Gsb增大，而沥青混合料的马歇尔稳定值和空隙率在减小，结果如图1-图5所示。结果表明，传统热拌沥青混合料与再生沥青混合料之间的马歇尔性质变化不大，且均满足马歇尔试验的规范要求。Gsb/（g/cm）RAP0RAP15RAP25RAP35粘结剂含量/%3.52.2802.3002.3202.3402.3602.3802.4002.4204564.55.56.5图1 不同RAP材料含量再生沥青混合料的Gsb随粘结剂含量变化情况2.3 马歇尔属性及最佳粘结剂含量的测定传统热拌沥青混合料与再生沥青混合料的最佳粘结剂含量（OBC）是绘制的5条平滑曲线中粘结剂含量值的算术平均值，并根据规范要求的限值进行核验。表2显示了传统热拌沥青混合料与再生沥青混合料的OBC。随着RAP材料含量的增加，OBC降低。4组试样的OBC分别为5.34%、5.22%、5.10%和4.88%。结果表明，传统热拌沥青混合料与再生沥青混合料的马歇尔属性无明显差异。74 建筑机械SURVEYING专题论述空隙率/%RAP0RAP15RAP25RAP35粘结剂含量/%3.53.54.55.52.53.04.05.02.04564.55.56.5图2 不同RAP材料含量再生沥青混合料的空隙率 随粘结剂含量变化情况马歇尔稳定性/kN粘结剂含量/%RAP0RAP15RAP25RAP353.50.05.010.020.025.015.04564.55.56.5图3 不同RAP材料含量再生沥青混合料的马歇尔稳定性 随粘结剂含量变化情况VFB/%RAP0RAP15RAP25RAP35粘结剂含量/%3.568.070.072.074.076.078.080.082.04564.55.56.5图4 不同RAP材料含量再生沥青混合料的VFB随粘结剂 含量变化情况2.4 沥青混合料车辙试验不同RAP材料含量的沥青混合料车辙试验结果如图6所示，车辙深度随着沥青混合料RAP材料含量的增加而增加。与含有RAP材料的混合料相比，传统热拌沥青混合料试样在8000轮道时表现出最高流动性/mmRAP0RAP15RAP25RAP35粘结剂含量/%3.54.52.51.53.04.02.03.54564.55.56.5图5 不同RAP材料含量再生沥青混合料的流动性随粘结剂含量变化情况表2 不同RAP材料含量再生沥青混合料的马歇尔配合比 设计结果性质对照组RAP15RAP25 RAP35 规范要求OBC/%5.345.225.104.88-Gsb/（g/cm）2.3882.3932.3992.401-空隙率/%444435VFB/%757575757080稳定性/kN221816188流动性/mm3.02.952.922.9524的抗车辙性能（车辙深度为3.4mm）。RAP15试样在8000轮道时车辙深度为3.7mm，RAP25和RAP35试样的车辙深度分别为4.2mm和4.4mm，RAP材料含量越高的混合料抗车辙性能越低。这是由于RAP材料中的粘结剂增加了混合料的变形，进而增加了车辙深度。车辙深度/mm传统沥青RAP15RAP20RAP15轮道/(60轮道/min)0.00.51.52.53.54.51.02.03.04.05.00.0005001000200030004000500060007000800035004500550065007500150025004.44.23.73.4图6 不同RAP材料含量的沥青混合料车辙试验车辙深度CONSTRUCTION MACHINERY 752023/09总第571期3 结论为了评价含不同比例RAP材料的沥青混合料的马歇尔性能和抗车辙性能，本文采用马歇尔配合比设计方法，确定了RAP材料含量分别为0%、15%、25%和35%的4种沥青混合料的最佳粘结剂含量；进行了体积分析，以确保试验结果符合规范要求；采用弹性模量试验测定了混合料的刚度；采用沥青混合料车辙试验评价了混合料的抗车辙性能。得出以下结论：传统热拌沥青混合料与再生沥青混合料相比，（1）实验室试验结果表明，本研究使用的材料的物理性能满足规范要求。由于RAP材料长期暴露在环境和交通负荷中，其强度低于传统集料。（2）马歇尔试验结果表明，含有RAP材料的混合料的OBC随着RAP材料含量的增加而降低，这是由于RAP材料中粘结剂的影响。使用高百分比含量的RAP材料会影响马歇尔配合比设计的性能。（3）沥青混合料车辙试验表明，随着RAP材料含量的增加，抗车辙性能随之降低，但是RAP材料混合料仍具有足够的抗车辙性能。同时，仍需要对更高RAP材料含量的沥青混合料进行详细的研究和调查，以确保符合规范要求。参考文献1孙连水，尹利洋，尹茂群，等.再生类沥青混合料路用性能研究对比J.中国水运（下半月），2023，23（01）：123-125.2李硕，傅羽，封志虎，等.21世纪以来中国RAP材料历程基于CiteSpace的定量分析J.价值工程，2023，42（01）：161-163.3杜军锋，舒杨.道路基层再生沥青路面骨料的性能分析J.建筑机械，2023（01）：109-113.4曹源文，黄兴生，李成，等.热再生沥青路面养护车RAP加热均匀性分析J.重庆交通大学学报（自然科学版），2022，41（11）：112-117+160.5徐建国.基于不同比例RAP-HMA的车辙损害评估J.建筑机械，2023（01）：52-55.6金韶霞，张敏花，张云莲.沥青混合料马歇尔虚拟仿真实验平台建设J.科技资讯，2022，20（24）：190-194.7肖庆一，宇锦涛，龚芳媛，等.厂拌热再生混合料平衡设计法与马歇尔设计法的对比研究J.公路交通科技，2022，39（11）：26-35.8JTG D50-2006.公路沥青路面设计规范S.9CJJ 37-2012.城市道路工程设计规范S.10JT/T 670-2006.车辙试验机S.2马凤辉，李春范.中国药芯焊丝行业现状J.焊接，2003（02）：5-8.3Karaoglu 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