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摘 要

針對(duì)回收瀝青路面材料(RAP)存在較大變異性而影響熱再生瀝青混合料路用性能的問(wèn)題，運(yùn)用變異系數(shù)CV定量分析了RAP的變異性，采用控制關(guān)鍵篩孔的方法確定了RAP的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并研究了RAP分級(jí)對(duì)熱再生瀝青混合料路用性能變異性的影響。研究結(jié)果表明，RAP細(xì)料的油石比和集料級(jí)配均具有較大的變異性，結(jié)合NCHRP報(bào)告和RAP篩分工藝確定了RAP粗料、細(xì)料分級(jí)的關(guān)鍵篩孔分別為12、5mm;RAP分級(jí)后集料級(jí)配和油石比的變異性均得到了有效控制，其4.75mm關(guān)鍵篩孔處的變異系數(shù)下降幅度達(dá)80%上;RAP分級(jí)可以提升再生瀝青混合料的路用性能，有效降低動(dòng)穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比的變異性，對(duì)最大彎拉應(yīng)變的變異性影響較小。

關(guān)鍵詞  RAP | 分級(jí) | 熱再生瀝青混合料 | 變異性 | 路用性能

概述

瀝青路面養(yǎng)護(hù)面臨著環(huán)境保護(hù)形勢(shì)嚴(yán)峻、基礎(chǔ)建設(shè)原材料緊缺與大量RAP廢棄的多重矛盾，RAP的高效再生利用將成為公路養(yǎng)護(hù)必然的發(fā)展趨勢(shì)[1-4]瀝青網(wǎng)sinoasphalt.com。再生瀝青混合料生產(chǎn)過(guò)程中由于缺乏對(duì)RAP變異性的精細(xì)化考慮，導(dǎo)致再生混合料存在較大的變異性[5-6]，影響再生混合料的路用性能。HONG[7]等通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)表明RAP中的材料變異性會(huì)導(dǎo)致使用再生路面性能發(fā)生不同程度的變異。MCDANIEL[8]等也認(rèn)為控制RAP的變異性是保持再生混合料性能穩(wěn)定的關(guān)鍵點(diǎn)。張明杰[9]等提出了采用分層銑刨的方式來(lái)降低RAP的變異性，但是降低的幅度有限且影響施工效率。因此本文首先分析RAP的變異性，采用控制關(guān)鍵篩孔的方式對(duì)RAP進(jìn)行分級(jí)，然后研究分級(jí)后RAP級(jí)配和油石比的變化規(guī)律，最后分析RAP分級(jí)對(duì)熱再生瀝青混合料路用性能及其變異性的影響。

原材料與評(píng)價(jià)方法

原材料

RAP采用某高速使用年限為11a的上面層SMA-13銑刨料，RAP性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

試驗(yàn)方法

(1)再生混合料制備方法

再生瀝青混合料中RAP摻量為30%，RAP、再生劑分別保溫至130℃和120℃，將再生劑均勻噴灑到RAP上，在175℃的拌鍋中拌和90s，加入新集料與新瀝青后拌和90s，即制得熱再生瀝青混合料。

(2)再生混合料制備方法

采用全自動(dòng)抽提儀對(duì)RAP和再生瀝青混合料進(jìn)行抽提，測(cè)定混合料的油石比和級(jí)配。

(3)路用性能試驗(yàn)

依照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE20-2011)，采用高溫車轍試驗(yàn)、低溫小梁彎曲試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)分別測(cè)試再生瀝青混合料的高低溫性能和水穩(wěn)定性。

RAP變異性計(jì)算方法

RAP的變異性包含RAP級(jí)配、RAP中集料級(jí)配與油石比的變異性，其中RAP級(jí)配是指將路面銑刨所得RAP直接篩分測(cè)定的級(jí)配，RAP中集料級(jí)配是指將RAP進(jìn)行抽提后篩分集料測(cè)定的級(jí)配。為了定量評(píng)價(jià)RAP的變異性，本文引入變異系數(shù)CV來(lái)衡量RAP中級(jí)配和油石比的變異程度。變異系數(shù)的計(jì)算方法見(jiàn)式(1)~式(3)。

試驗(yàn)結(jié)果與分析

RAP分級(jí)關(guān)鍵篩孔的確定

(1)RAP的變異性分析

將RAP進(jìn)行6次抽提平行試驗(yàn)，RAP的集料級(jí)配平均值與變異系數(shù)見(jiàn)圖1。

從圖1可以看出，RAP抽提集料的篩孔通過(guò)率均超出了級(jí)配規(guī)范上限，說(shuō)明原路面集料在長(zhǎng)期車輛荷載作用和冷銑刨作用下發(fā)生了一定細(xì)化，尤其4.75mm篩孔處通過(guò)率變化幅度最大。集料級(jí)配的變異系數(shù)隨篩孔尺寸的增加先增大后降低，細(xì)集料的變異系數(shù)顯著大于粗集料，4.75mm篩孔處變異系數(shù)達(dá)最大值。4.75mm作為SMA瀝青混合料支撐骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵篩孔，其變異程度最大，說(shuō)明篩孔處的RAP質(zhì)量較難控制，波動(dòng)性較大。RAP的油石比平均值為6.7%，變異系數(shù)為8.17，油石比的變異程度遠(yuǎn)大于集料級(jí)配，從而導(dǎo)致RAP的變異性增加。

(2)RAP細(xì)料關(guān)鍵篩孔的確定

參考美國(guó)NCHRPSYNTHESIS-495報(bào)告中對(duì)RAP級(jí)配及油石比變異性的控制標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定RAP細(xì)料分級(jí)的關(guān)鍵篩孔[10]，由圖1可知抽提集料在2.36、4.75mm篩孔的變異性較大，初選與集料粒徑相近的3、5mm作為RAP細(xì)料分級(jí)的關(guān)鍵篩孔，0~3、0~5mm檔RAP的級(jí)配通過(guò)率、變異系數(shù)見(jiàn)表2、表3。

由表2可以看出，0~5mm檔RAP的破碎篩分效果良好，4.75mm篩孔的通過(guò)率達(dá)97%以上，該檔RAP在充分篩分后可以全部通過(guò)4.75mm篩孔。0~3mm檔RAP在充分篩分后2.36mm篩孔的篩上含量仍有30%，RAP破碎篩分效果不佳，主要原因?yàn)檩^小粒徑的RAP極易在篩孔處結(jié)團(tuán)聚集，振篩機(jī)很難將RAP篩分完全。

從RAP級(jí)配變異系數(shù)來(lái)看，0~5mm檔RAP細(xì)集料的級(jí)配和油石比變異系數(shù)均滿足NCHRP再生報(bào)告的控制標(biāo)準(zhǔn)，0~3mm檔RAP易結(jié)團(tuán)導(dǎo)致油石比變異性偏大，據(jù)此將RAP細(xì)料分級(jí)的關(guān)鍵篩孔定為5mm。

(3)RAP粗料關(guān)鍵篩孔的確定

RAP分級(jí)關(guān)鍵篩孔的確定主要考慮分檔后各檔RAP質(zhì)量的均衡性及變異性控制效果。由于RAP粗料變異性較小，主要考慮各檔RAP的質(zhì)量均衡性確定RAP粗料的分級(jí)關(guān)鍵篩孔，RAP的通過(guò)率見(jiàn)表4。

基于各檔RAP均衡性的原則，每檔RAP粗料占總量的比例應(yīng)不得低于30%。從表4可以看出，RAP粗料在13.2mm處的篩上含量約為7%，9.5mm處的篩上含量約為28%，因此RAP粗料分級(jí)關(guān)鍵篩孔應(yīng)分布在9.5~13.2mm，結(jié)合RAP篩分的施工工藝，將RAP粗料的關(guān)鍵篩孔定為12mm。根據(jù)關(guān)鍵篩孔將RAP分為以下3級(jí)(見(jiàn)圖2)。

分級(jí)對(duì)RAP集料級(jí)配及油石比變異性的影響

(1)分級(jí)對(duì)集料級(jí)配及油石比的影響

分別選取6組分檔后的RAP進(jìn)行抽提篩分，分級(jí)前后RAP的集料級(jí)配與油石比結(jié)果分別見(jiàn)圖3和圖4。

從分級(jí)前后的集料級(jí)配和油石比可以看出，分級(jí)后RAP粗料質(zhì)量較為穩(wěn)定，細(xì)料的波動(dòng)性仍較大，分級(jí)對(duì)降低RAP粗料變異性的效果顯著。

(2)分級(jí)對(duì)RAP變異性控制效果的影響

采用變異系數(shù)對(duì)分級(jí)前后各檔RAP的變異性進(jìn)行量化分析，集料通過(guò)率和油石比變異系數(shù)分別見(jiàn)圖5、圖6。

由圖5各篩孔集料通過(guò)率的變異系數(shù)可以看出，隨著RAP分級(jí)粒徑的增加變異系數(shù)有所下降，4.75mm篩孔處的變異系數(shù)下降最為顯著，分級(jí)后的0~5、5~12、12~22mm相比于未分檔前分別下降了約100%、93%和80%，分級(jí)可以顯著降低4.75mm篩孔集料通過(guò)率的變異性。從油石比變異程度來(lái)看，分級(jí)后的0~5、5~12、12~22mm相比于未分檔前分別下降了36%、63%和75%，RAP細(xì)料的油石比變異性下降程度較小，主要原因?yàn)?~5mm檔RAP細(xì)料中含有較多的細(xì)集料和填料，其比表面積大，能夠吸附更多瀝青產(chǎn)生結(jié)團(tuán)現(xiàn)象。整體來(lái)看分級(jí)有助于降低RAP集料級(jí)配和油石比的變異性。

RAP分級(jí)對(duì)再生瀝青混合料路用性能的影響

(1)RAP分級(jí)對(duì)再生瀝青混合料變異性的影響

再生瀝青混合料的變異性來(lái)源于RAP和新瀝青混合料，且與兩者所占比例有較大關(guān)系。再生瀝青混合料的變異性計(jì)算如式(4)。

采用分級(jí)前后RAP的再生瀝青混合料級(jí)配及油石比見(jiàn)表5。

從表5可以看出使用未分級(jí)RAP的再生瀝青混合料級(jí)配和油石比均存在一定波動(dòng)性，油石比的偏差為0.386%，9.5mm的通過(guò)率偏差達(dá)3.955%，0.075mm的達(dá)2.042%，這3個(gè)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)均接近或者已經(jīng)不滿足NCHRP的規(guī)范偏差允許值;采用分級(jí)后RAP制備的再生瀝青混合料級(jí)配和油石比偏差均滿足規(guī)范允許值，可見(jiàn)再生混合料的級(jí)配和油石比均得到有效控制。

(2)RAP分級(jí)對(duì)再生瀝青混合料路用性能變異性的影響

a.高溫性能。

RAP分級(jí)前后動(dòng)穩(wěn)定度DS試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

再生瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度均遠(yuǎn)大于規(guī)范要求，高溫性能良好，RAP分級(jí)后動(dòng)穩(wěn)定度提升了6.5%，變異系數(shù)下降了59.3%，RAP分級(jí)后顯著降低了混合料高溫性能的變異性。再生瀝青混合料的高溫性能主要受優(yōu)良的骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)與老化瀝青流變特性的影響，RAP分級(jí)后集料級(jí)配和油石比變異性得到了有效控制，有助于降低高溫性能的變異性。

b.低溫性能。

低溫小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

從表7可以看出，RAP分級(jí)后再生瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變提升了4.8%，變異系數(shù)基本無(wú)變化，表明RAP分級(jí)對(duì)再生瀝青混合料的低溫性能及其變異性控制無(wú)明顯的改善效果。由于再生瀝青混合料的低溫性能主要受瀝青性能的影響[11]，再生瀝青混合料中RAP摻量?jī)H為30%，老化瀝青添加再生劑和新瀝青再生后性能基本可以達(dá)到新瀝青的水平，因此RAP分級(jí)對(duì)再生瀝青混合料低溫性能的影響較小。

c.水穩(wěn)定性。

研究表明[12-13]浸水馬歇爾試驗(yàn)不能有效反映實(shí)際路用性能的水穩(wěn)定性，采用凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性，RAP分級(jí)前后凍融劈裂強(qiáng)度比見(jiàn)表8。

RAP分級(jí)后再生瀝青混合料的TSR增加了3.4%，變異系數(shù)下降了34%，表明分級(jí)可以有效降低再生混合料水穩(wěn)定性的變異性。級(jí)配是影響瀝青混合料水穩(wěn)定性的主要因素[14-17]，RAP分級(jí)明顯降低了級(jí)配和油石比的變異性，從而有效控制再生混合料中4.75、9.5mm等關(guān)鍵篩孔的通過(guò)率，使再生混合料的級(jí)配更接近設(shè)計(jì)值。

結(jié)論

a.RAP細(xì)料的油石比和集料級(jí)配均具有較大的變異性，結(jié)合NCHRP報(bào)告和RAP篩分工藝確定了RAP粗料、細(xì)料分級(jí)的關(guān)鍵篩孔分別為12、5mm。

b.RAP分級(jí)可以有效控制集料級(jí)配和油石比的變異性，4.75mm關(guān)鍵篩孔處的變異系數(shù)下降幅度達(dá)80%以上;分級(jí)后RAP粗料的集料級(jí)配和油石比均比較穩(wěn)定，細(xì)料的波動(dòng)性仍較大，總體上RAP分級(jí)有助于降低級(jí)配和油石比的變異性。

c.RAP分級(jí)可以提升再生瀝青混合料的高溫性能、低溫性能和水穩(wěn)定性，有效降低了動(dòng)穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比的變異性，對(duì)最大彎拉應(yīng)變的變異性影響較小。