沥青路面回收混合料RAP再生性能研究

沥青路面回收混合料RAP再生性能研究

摘要：我国沥青路面日益增多，处置沥青路面维修改造工程中产生的大量旧沥青路面废料成为必须面对和解决的问题。为了提高沥青路面回收料（RAP）利用率，推广厂拌热再生技术需要进行多方面的研究。本文从回收的旧沥青性能以及旧集料的再生分析两个方面进行沥青路面回收混合料再生性能分析，为RAP厂拌热再生利用及相关规范的制定提供一定的技术支持。关键词：沥青路面;RAP;厂拌热再生技术;再生性能前言改革开放以来，我国交通事业发展迅速，至2011年底，高速公路总里程数已超8万公里。大规模发展的背后面临着路面老化问题，东部和中部高速公路陆续进入维修期，沥青路面维修工程不断增多，旧沥青路面材料的再生利用问题得到广泛的关注与重视，整体上我国的沥青路面再生技术还处于发展初期。厂拌热再生技术作为沥青路面再生技术的一种，具有适应性好实用性强的特点，经过严格的配合比调整能够得到技术指标不低于全部新料拌制沥青混合料的再生沥青混合料，而沥青路面回收料（RAP）再生性能分析对厂拌热再生沥青混合料配合比设计至关重要，影响着再生效果和再生混合料的性能，因此需要对沥青路面回收料（RAP）再生性能开展研究。1.RAP料中旧沥青性能分析1.1材料来源RAP料是厂拌热再生沥青混合料的重要组成材料，本文所用RAP料来源于南京兴建路铣刨的旧沥青混合料。兴建路位于南京市经济技术开发区恒通大道、尧新大道和栖霞大道三大主要干道之间，周边厂房林立，交通量中等，全长1.4公里，全线是沥青路面，该路改造重建后使用已经有10年。但由于大型货车和工程车较多，路面破坏严重。由于重载车辆较多，原路面主要有车辙、网裂、表面松散、坑槽、纵向裂缝等路面病害，所以对原路面改造必须要铣刨掉全部磨耗层和部分中面层，铣刨厚度在6～7cm。1.2RAP料中旧沥青含量的测定RAP料中的旧沥青的含量的测定方法有燃烧炉法、离心分离法、分别用这两种方法测试结果见下表2.1、2.2。表2.1破碎粗料旧沥青含量的测定结果表2.2破碎细料旧沥青含量的测定结果可以清楚地从表2.1中看出，离心分离法测定的粗RAP料旧沥青含量结果大于燃烧法测定值，取以上两种方法的六次结果，取平均值，得出粗RAP料含油量为2.5%。同理，从表2.2中看出，细RAP料含油量为5.2%原沥青路面面层含油量为5.3%，沥青含量降低主要有以下原因：第一，RAP料在长期的自然因素，如氧、温度、水、紫外线和荷载等的作用，发生一系列氧化、聚合，乃至内部结构变化造成沥青含量降低；第二，一部分沥青包裹在集料上，和集料粘结成一起，被集料吸附导致所测得的沥青含量降低。2.3旧沥青的性能回收后的老化沥青的评价对厂拌热再生沥青混合料配合比设计非常重要。目前，评价回收沥青性能的主要指标有：针入度、软化点、延度、闪点、60℃动力黏度。（1）针入度：针入度是表示沥青软硬程度和稠度、抵抗剪切破坏的能力，反映在一定条件下沥青的相对黏度的指标。针入度一定程度上能够反映沥青的温度敏感性以及高温性能，也就是沥青的粘性，针入度越小，沥青稠度越大，沥青再生技术规范中规定（JTGF41-2008），对于旧沥青混合料中回收的旧沥青针入度＜20(0.1mm)的要尽量不予使用。这个一方面是针入度＜20（0.1mm）的话，沥青老化很严重，这样沥青没有很好的再生性，而且容易与旧集料裹附在一起，在进行厂拌热再生生产拌合的时，旧沥青不容易与新沥青融合，从而不容易与新添加集料很好的融合。（2）软化点：沥青的软化点反映了沥青的黏度，同时也反映了沥青的温度敏感性。温度敏感性越好，沥青的软化点越高，回收的旧沥青软化点都比较高，热稳定性比较好，所以技术规范没有对回收沥青的软化点作要求，只作实测。（3）延度：沥青的延度（尤其是5℃延度）一定程度上能够反映沥青的柔韧性和低温性能，延度越好，低温抗裂性越好。沥青延度与含蜡量有关，较高的蜡含量会降低沥青的延度。旧沥青混合料中回收的旧沥青延度一般较低，一方面是沥青的老化丧失了沥青的柔韧性，另一方面回收的旧沥青里面含有杂质。（4）闪点：沥青的闪点是指沥青试样在规定尺寸的盛器内，在规定的加热条件下，沥青受热后，其轻质组分蒸发的气体，与周围的空气组成可燃性的混合气体，以火焰引之，在沥青试样表面发生一瞬即灭的闪光时的最低温度，以℃表示。旧沥青没有对闪点作要求，通常情况下，旧沥青的闪点都是超过360℃，超过规范要求的温度计量程。（5）60℃动力黏度：沥青动力粘度。一般认为动力粘度是反映沥青在盛夏季节耐热性能最理想的指标。在我国，夏季沥青路面的温度可达60℃以上，动力粘度可以真实地反映路面的实际使用情况，60℃是温度条件。动力粘度越小，低温流动性越好。本次研究做回收沥青的60℃动力黏度的目的是反映旧沥青的工作性能，通过其能反映出旧沥青混合料在生产拌合时旧沥青能否很好地与新旧料融合。2回收旧集料再生分析沥青路面旧矿料在再生沥青混合料中贡献的依然是级配和强度。因此，回收集料的级配和形状同样会影响到再生沥青混合料的级配和性能。基于前述分析，回收旧集料在基本性状方面仍然具有良好的适用性，因此，本文重点分析回收集料的级配对再生针对性决策的影响。2.1不同地点回收旧料级配差异如图2.1示，是三个不同的实体工程回收的旧料抽提筛分级配。图2.1不同工程项目三种回收旧料抽提筛分结果可以看出，对于不同的工程项目，即使原始设计级配类型相同，由于其原始设计级配的差异，使用环境的差异都会导致回收旧料级配的较大差异。因此对于不同地点的回收旧料原则上应分别回收利用。2.2不同年限回收旧料级配差异图2.2～2.4是不同使用年限回收旧料的级配变化情况。从图中的曲线对比结果可以看出，抛去初始设计级配差异的影响因素外，不同的使用年限也会造成级配细化的不同，因此，对回收路面材料进行再生利用时，还必须考虑不同使用年限带来的级配性能差异，当差异较大时，也应分别考虑回收利用。图2.2使用4年的级配变化图2.3使用6年的级配变化图2.4使用8年的级配变化上述结果可以看出，沥青混合料级配的细化与其使用年限有明显关系，随着使用年限的增加，级配细化明显加剧，但是骨料中大粒径的还具有一部分，旧集料还具有较好的性能，整个旧集料级配曲线整体而言还是较顺滑，能够较好地进行厂拌热再生沥青混合料的配合比的设计。2.3不同车道不同层位的回收集料级配差异对实体工程不同车道和不同层位的回收集料进行了筛分试验，其相应的级配曲线结果分别如下图2.5～2.7所示。图2.5上面层不同车道级配图2.6中面层不同车道级配图2.7下面层不同车道级配从以上筛分数据可以看出，车辙处及隆起处试件的级配均要细于停车道处，尤其是4.75～13.2mm筛孔的通过率变化比较明显，说明不同车道的级配会有一定的差异性。通常情况下，行车道的级配由于受车辆荷载的作用会产生一定的细化，而不同的车道由于设计级配的差异性和行车荷载的差异性会造成级配曲线细化程度不同，因此级配也会产生一定的差异。原则上来讲，当这些差异不明显时可以不考虑车道之间的级配差异，但是在再生回收时，应针对不同车道进行级配分析，当级配差异明显时，应分车道进行旧料回收。对于不同层位的回收集料级配，由于其本身的设计级配类型就有一定的差异，因此其级配曲线也就出现明显的差异性。即使是相同的级配类型，由于所处的层位不同，受到的车辆荷载不同，因此级配细化情况也会出现一定的差异性。因此对于不同层位的路面旧料应分层回收再生利用，当确定级配类型相同且级配差异在许可范围之内时，可以考虑共同回收利用。2.4相同料堆不同部位旧料差异对同一回收旧料料堆从上而下分不同部位（上部，中部，下部）进行取料了筛分试验，其相应的级配曲线结果分别如下图2.8所示。图2.8同一料堆自上而下不同部位取料级配差异从图2.8的级配曲线对比可以看出，即使是同一回收旧料料堆，不同取料部位所获取的级配曲线也有存在一定的差异性。因此在进行实际再生利用生产时，应注意分析不同料堆部位旧料的级配变异性，当变异性较大时应采取合理的处理措施对旧料进行重新混合，或单独进行使用。结论本文通过对RAP料一系列的试验和可行性分析，根据JTGF41-2008《公路沥青路面再生技术规范》的要求，对RAP料的回收使用提出了一些建议。RAP料中的旧沥青性能处于一个长期老化后的状态，针入度偏低，必须考虑添加再生剂来改善其性能以至于能提高厂拌热再生沥青混合料的长期老化性能。在进行RAP料回收再利用时应当考虑设计级配、回收地点、使用年限等因素分批回收，同时注意分析不同料堆部位旧料的级配变异性，当变异性