沥青混合料温拌技术起源于欧洲。与常规的热拌沥青混合料相比,它主要通过加入特殊的添加剂,或采用特殊的材料加工工艺,降低沥青的粘性,压实成型降低20~30℃,路用性能变化不大。沥青路面再生利用技术始于美国,在1915年首先进行了再生利用的试验中国沥青网sinoasphalt.com。目前,美国再生沥青混合料的用量几乎为全部路用沥青混合料的一半,80%的废弃沥青混合料得到再生利用。我国对沥青路面再生技术的研究始于20世纪50年代,分别于2002年在京津唐高速公路和2003年在沪宁高速公路上进行就地热再生施工,效果较好。2006年湖北汉十高速利用Wirtgen公司的Remixer4500型热再生机组铺筑了2km的试验段。近年来,李正中等研究了Evotherm温拌沥青混合料两阶段设计方法;邵强研究了温拌沥青改性剂对沥青及沥青混合料性能的影响。
本文分别对热再生沥青混合料(RAP材料掺量20%)和Evotherm温拌再生混合料(RAP材料掺量20%、30%、40%、50%、60%)的高温性能、低温性能和抗水损害性能进行检测,以研究Evotherm温拌再生混合料的路用性能,并对RAP掺量为20%、40%和60%的温拌再生混合料进行了动态模量试验,从而探索Evotherm温拌再生混合料的综合性能。
试验原材料与配合比设计
试验材料
(1)新添加沥青采用70#道路石油沥青。(2)温拌剂:温拌剂采用美国Meadwestvaco公司生产的Evotherm温拌剂,掺量为沥青质量的10%。(3)RAP材料为某公路铣刨料。
配合比设计
试验中混合料采用sup20级配,根据规范要求。根据所设计的级配,沥青用量为4.2%。温拌再生沥青混合料的拌合温度为135℃,成型温度为130℃;热再生沥青混合料的拌合温度为155℃,成型温度为150℃。
试验结果与分析
车辙试验
结合文献,开展60℃条件下车辙试验评价热再生及温拌再生沥青混合料的高温性能。可以看出,当RAP料掺量为20%和60%时,温拌再生沥青混合料的动稳定度大于相应的热再生沥青混合料,分别提高了27.2%和6.1%,说明温拌再生沥青混合料的高温性能优于相应的热再生沥青混合料。随着RAP掺量的增加,温拌再生沥青混合料的动稳定度逐渐增大,高温抗车辙性能越来越好。这是由于RAP材料经过长年的使用,相对于新集料和新沥青已经老化变硬,从而导致其动稳定度较大。
低温弯曲试验
结合文献,试验采用温度为-10±0.5℃,加载速率为1mm/min,试件规格为长250±2.0mm,宽30±2.0mm,高35±2.0mm的棱柱体小梁,跨径为200±0.5mm。
可知,当RAP料掺量为20%和60%时,温拌再生沥青混合料的破坏应变大于相应的热再生沥青混合料,分别提高了7.1%和8.7%,说明温拌再生沥青混合料的低温性能优于相应的热再生沥青混合料。对于再生沥青混合料来说,采用Evotherm温拌技术的效果要优于热拌技术。当RAP掺量从20%增加至60%时,温拌再生沥青混合料的破坏应变逐渐减小,说明其低温抗裂性能越来越差。当RAP掺量高于50%时,其破坏应变值已不能满足规范要求。
冻融劈裂试验
结合文献,试验温度取25℃,加载速率为50mm/min。可以看出,温拌再生沥青混合料的劈裂强度比与热拌再生沥青混合料相差不大,这说明采用温拌技术的混合料抗水损害性能相对于热再生沥青混合料并没有下降。当RAP掺量从20%增加至60%时,温拌再生沥青混合料的劈裂强度比逐渐减小,说明其抗水损害性能越来越差。当RAP掺量高于40%时,温拌再生沥青混合料劈裂强度比已不能满足规范要求。
动态模量试验
动态模量试验分别在、16℃、55℃两个温度下进行,在每一个温度下,在7个不同频率下(25Hz、20Hz、10Hz、5Hz、1Hz、0.5Hz、0.1Hz)分别测定动态模量。
可以看出,各RAP掺量下的温拌再生沥青混合料的动态模量随着加载频率的增加而增大。在16℃、55℃两个温度下,当加载频率从0.1Hz增加至0.5Hz、1Hz到达5Hz时,各RAP掺量下的温拌再生沥青混合料的动态模量增加幅度很明显。以在55℃条件下为例,在5Hz时,各RAP掺量下的温拌再生沥青混合料的动态模量约为0.1Hz时的3倍。而当加载频率从5Hz经10Hz到达25Hz,各RAP掺量下的温拌再生沥青混合料动态模量的增加幅度不大,趋于平缓。分析其原因,再生沥青混合料在作用频率较高时,其无法表现出材料本身的粘弹特性。
可以看出,在10Hz的加载频率条件下,随着温度的升高,温拌再生沥青混合料的动态模量逐渐降低,并且幅度较大,这主要是由于在温度较高时,温拌再生沥青混合料主要表现为粘弹性体,所以其动态模量会大幅度减小。
在相同试验温度,相同加载频率下,随着RAP掺量从20%增加到60%,再生沥青混合料的动态模量也随之逐渐增大,抗变形能力逐渐增强,这与前文的车辙试验结果相吻合。
结语
(1)温拌再生沥青混合料的高温性能略优于热再生沥青混合料,随着RAP掺量的增加,温拌再生沥青混合料的高温性能逐渐变好。
(2)添加温拌剂的再生沥青混合料低温破坏应变要大于热再生沥青混合料,并且温拌再生沥青混合料低温抗裂性能随着RAP掺量的增加有所降低;当RAP掺量高于50%,达不到规范要求。
(3)温拌再生沥青混合料的抗水损害性能与热拌再生沥青混合料相差不大,并且随着RAP掺量的增加,温拌再生沥青混合料的抗水损害性能逐渐降低,但降幅不大。当RAP掺量高于40%,劈裂强度比不能满足规范要求。
(4)在同比工况下,采用温拌技术的再生技沥青混合料动态模量随着频率的增加而逐渐增大、随着温度的升高而逐渐降低;随着RAP掺量的增加,再生沥青混合料的动态模量逐渐增大,抗变形能力逐渐增强。