RAP掺量对冷再生沥青混合料性能的影响.pdf

交通世界TRANSPOWORLD收稿日期：2022-12-27作者简介：赵陆飞（1989），男，河北唐县人，研究方向为高速公路养护管理。RAP掺量对冷再生沥青混合料性能的影响赵陆飞（石家庄市交建高速公路建设管理有限公司西阜分公司，河北 石家庄 050000）摘要：为提高冷再生沥青路面的路用性能，依据实际工程，对不同RAP掺量的冷再生沥青混合料进行车辙试验、小梁弯曲试验、浸水马歇尔试验，研究沥青混合料的高温性能、低温性能及水稳定性。研究结果表明：RAP掺量的增加可以提高冷再生沥青混合料的高温性能，减少路面车辙；RAP掺量越大，冷再生沥青混合料的低温性能越差；随着RAP掺量的增加，冷再生沥青混合料的水稳定性能逐渐降低。关键词：高温车辙；小梁弯曲；浸水马歇尔；沥青路面中图分类号：U414.01文献标识码：A0 引言沥青路面超过一定使用年限或承受的车辆荷载超过设计承载能力时，会产生高温车辙、低温开裂、渗水等路面病害，严重影响路面性能1。传统路面养护方法存在资源消耗大、污染环境等问题，在可持续发展理念下，沥青路面冷再生技术被广泛应用于路面养护中。为进一步明确RAP掺量对冷再生沥青混合料性能的影响，本文将依托实际工程，对不同RAP掺量的冷再生沥青混合料的高温性能、低温性能及水温定性进行研究。1 工程概况某高速公路试验段为K258+000K260+000，路线总体走向为自西向东，双向四车道，路基宽24 m，路面宽8 m，设计车速为80 km/h，最大填挖高度为5.3 m，最小填挖高度为3.2 m。该路段经过多年使用之后出现大量路面病害，在不影响交通的情况下决定采用冷再生技术对其进行养护。路面结构层设计见表1。表1 路面结构层设计路面结构层再生沥青混凝土沥青石屑石灰稳定碎石天然砂砾厚度/cm4.51.8720202 原材料性能检测2.1 废弃沥青根据公路沥青及沥青混合料试验规程（JTG E202011），本文对废弃沥青的软化点、针入度、延度三大指标进行检测，判断是否可二次利用。检测结果见表2。表2 废弃沥青性能检测结果材料RAP中的沥青检测项目25 针入度/（0.1 mm）10 延度/cm15 延度/cm软化点/技术要求202010046检测结果515512748是否合格合格合格合格合格根据上述试验结果可以看出，所选废弃沥青可以二次利用。2.2 新沥青根据 公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTG E202011），对 90#基质沥青进行性能检测，结果见表3。表3 新沥青性能检测结果针入度（25,5 s,100 g）/（0.1 mm）软化点RB/延度（10）/cm延度（15）/cm闪点/15 密度/（g/cm3）溶解度（%）75.054.1481353051.02499.660804620100260实测结果99.5T0604T0606T0605T0605T0611T0603T0607检测项目检测结果技术要求试验方法29总653期2023年第23期（8月 中）RTFOT后残留物质量变化（%）残留针入度比（25）（%）残留延度（10）/cm残留延度（15）/cm-0.23821333-0.80.861615T0610T0604T0605T0605表3（续）检测项目检测结果技术要求试验方法根据上述试验结果，可看出所选90#号基质沥青满足施工要求。2.3 集料本文选择碱性石灰岩作为集料，按照 公路工程集料试验规程（JTG E422005）对集料性能进行检测，检测结果见表4、表5。可以看出，集料的各项性能指标满足规范要求。表4 粗集料性能检测结果试验项目石料压碎值（%）洛杉矶磨耗损失（%）表观相对密度毛体积相对密度吸水率（%）针片状颗粒含量（%）0.075 mm颗粒含量（水洗法）（%）与沥青黏附性（湿润区）1020 mm510 mm1020 mm510 mm1020 mm510 mm1020 mm510 mm检测结果22.827.52.7102.8332.7482.7120.340.4713.310.20.55技术要求28302.503.0151514试验方法T0316T0317T0304T0304T0304T0312T0316T0310T0616表5 细集料性能检测结果试验项目表观相对密度含泥量/%砂当量（%）棱角性（流动时间）/s35 mm03 mm检验结果2.5322.7112.38735.7技术要求2.536030试验方法T0328T0333T0334T03452.4 水泥再生混合料中加入少量的水泥，可提高沥青混合料早期强度2。本文采用PC32.5 水泥，按照公路水泥混凝土路面施工技术规范（JTG F302003）要求对其进行检测，检测结果见表6。可以看出，所选水泥各项性能指标均满足规范要求。表6 水泥性能检测结果检测项目细度80 m方孔筛筛余（负压筛分法）（%）标准稠度（标准法）（%）凝结时间/min安定性（标准法）初凝终凝检测结果5.227.7198372合格技术要求10.0实测值180360合格3 不同RAP掺量的冷再生沥青混合料性能研究3.1 高温稳定性沥青路面高温稳定性是指沥青路面在高温情况下抵抗路面变形的能力，通常采用车辙试验进行验证，以动稳定度DS作为评价指标，动稳定度越大说明沥青混合料的高温性能越好3。制作RAP掺量分别为20%、30%、40%、50%的冷再生沥青混合料试件进行车辙试验，试件尺寸为 300 mm300 mm50 mm，在 45 min（t1）和60 min（t2）时分别读取车辙变形d1及d2，并根据式（1）计算动稳定度，试验结果见表7。DDS=()t1-t2Nd2-d1C1C2（1）式（1）中：DDS为动稳定度，单位次/mm；d1为时间t1对应的变形量，单位 mm；d2为时间 t2对应的变形量，单位mm；C1、C2为系数，取1.0；N为试验轮每分钟往返碾压次数，取42次/min。表7 车辙试验结果RAP掺量（%）20304050动稳定度/（次/mm）试验13 5453 7044 3004 897试验23 5083 7234 3454 831试验33 5103 6824 3125 915均值3 5213 7034 3194 881规范要求2400由表7可知，当RAP掺量为20%时，冷再生沥青混合料动稳定度均值为3 521次/mm；当RAP掺量为30%时，冷再生沥青混合料动稳定度均值为 3 703 次/mm；当RAP掺量为40%时，冷再生沥青混合料动稳定度均值为4 319次/mm；当RAP掺量为50%时，冷再生沥青混合料动稳定度均值为4 881次/mm。由此可见，4种不同掺量的再生沥青混合料动稳定度均满足规范要求，并且随着RAP掺量从20%增加到50%，冷再生沥青混30交通世界TRANSPOWORLD合料的动稳定度提升了38.6%。由此可知，RAP掺量的增加可以提高再生沥青混合料的高温性能，减少路面车辙的产生。3.2 低温性能小梁弯曲试验是评价沥青混合料低温性能的常用方法。以弯拉应变作为评价指标，本文采用设计级配为 AC-20 的再生沥青混合料，RAP 掺量分别为 20%、30%、40%、50%，在0次、5次、10次和15次冻融次数下分别开展小梁弯曲试验，研究其低温性能。试验结果见表8。表8 小梁弯曲试验弯拉应变值（）RAP掺量（%）20304050冻融循环次数0次2 7322 5692 6032 5145次2 4882 3792 3152 13210次2 4092 3772 2541 93715次2 0241 8191 7491 537由表8可知，随着RAP掺量增加，再生沥青混合料弯拉应变逐渐降低：未进行冻融循环时，当RAP掺量为50%时，再生沥青混合料的弯拉应变为2 514（2 300），满足施工规范要求；当冻融循环次数为 5次、RAP掺量为50%时，以及当冻融循环次数为15次、RAP掺量为20%时，再生沥青混合料弯拉应变均低于规范值，说明其低温性能已不满足施工要求。由此可见，RAP 掺量越大，再生沥青混合料低温性能越差，受冻融循环作用影响越大。3.3 水稳定性沥青混合料水稳定性是指冷再生沥青混合料在低温情况下抵抗开裂的能力。本文采用浸水马歇尔试验，对RAP掺量分别为20%、30%、40%、50%的冷再生沥青混合料进行浸水马歇尔试验，计算公式见式（2），试验结果见表9。DMS0=DMS1DMS2 100（2）式（2）中：DMS0为试件的浸水残留稳定度（%）；DMS1为试件浸水48 h后的稳定度，单位kN；DMS2为试件浸水30 min后的稳定度，单位kN。表9 不同RAP掺量再生混合料水稳定性试验结果RAP掺量（%）20304050马歇尔稳定度/kN9.649.738.247.07浸水48h后稳定度/kN9.118.386.595.59残留稳定度（%）94.5086.1279.9779.01技术要求（%）80由表9可知，当RAP掺量为20%时，再生沥青混合料的残留稳定度为94.50%；当RAP掺量为30%时，再生沥青混合料残留稳定度为 86.12%；当 RAP 掺量为40%时，再生沥青混合料残留稳定度为 79.97%；当RAP 掺量为 50%时，再生沥青混合料残留稳定度为79.01%。由此可知，当RAP掺量为20%30%时，再生沥青混合料的水稳定性逐渐降低，但满足规范要求；当RAP掺量超过30%时，再生沥青混合料水稳定性已不满足规范要求。说明随着RAP掺量的增大，冷再生沥青混合料水稳定性能逐渐降低。4 结论1）通过高温车辙试验研究RAP掺量对再生沥青混合料高温性能的影响，试验结果表明，RAP掺量的增大可以提高再生沥青混合料的高温性能，减少路面车辙的产生。2）通过小梁弯曲试验研究RAP掺量对再生沥青混合料低温性能的影响，试验结果表明，RAP掺量越大，再生沥青混合料的低温性能越差，受冻融循环作用的影响也越大。3）通过浸水马歇尔试验研究RAP掺量对再生沥青混合料水稳定性能的影响，试验结果表明，随着RAP掺量的增大，冷再生沥青混合料的水稳定性能逐渐降低。参考文献：1 傅海彪，郭宽锐.温再生沥青混合料路用性能研究J.西部交通科技，2021（6）：32-34.2 汪凯旋.乳化沥青厂拌冷再生合料在寒冷地区的应用研究D.兰州：兰州理工大学，2021.3 张军.贵州高速公路乳化沥青冷再生混合料力学性能研究D.重庆：重庆交通大学，2015.31