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掺加RAP的微表处混淆料性能研究

宣布日期：

2023-12-21

摘要

为了多元化高xiao利用废旧沥青路面质料，并验证大掺量再生料(RAP)用于微表处混淆料的可行性，试验研究了RAP掺量、乳化沥青用量等对再生料微表处混淆料施工性能和路用性能的影响。结果标明，随RAP掺量zeng大，微表处混淆料的施工和易性提高、粘附砂量zeng大，开放交通时间延长，但RAP掺量凌驾50%后，再生料微表处混淆料粘聚力不切合JTG/TF40-02-2005《微表处和稀浆封层技术指南》要求。再生料微表处混淆料的耐磨耗性能、抗趁魅辙性能、水稳定性和低温抗裂性能随RAP掺量的增加而降低，因此用于填充趁魅辙时，建议RAP掺量不宜大于40%。

要害词：微表处 | 再生料微表处混淆料 | RAP掺量 | 施工性能 | 路用性能

近年来，我国沥青路面已经进入大规模养护维修期，每年爆发的废旧沥青路面质料(RAP)高达数千万吨，这个数字还在以每年约15%的速率增长。废旧沥青路面质料多元化高xiao利用是目前研究的一个热点问题[1-3]，目前RAP的利用途径主要有热再生、温再生和冷再生技术。热再生和温再生沥青混淆料可用于沥青路面外貌层，但对旧料利用率低(一般不凌驾30%)，冷再生难度高。冷再生技术将RAP作为玄色集料使用，RAP掺量大，但其应用层位低，一般用作路面下层或下面层，鉴于既有废旧沥青路面质料接纳利用技术的毛病，同时我国越来越多的门路需要进行预防性养护，有学者提出将废旧沥青路面质料应用于微表处混淆料[3-5]，接纳沥青路面质料中有一些高品质集料，如沥青外貌层中坚硬、耐磨、抗滑的玄武岩集料，可适用于外貌磨耗层，将含有较细玄武岩的废旧沥青路面质料用于微表处沥青混淆料，可以充分发挥旧料作用，降低质料本钱。

接纳微表处混淆料是改善路面外貌功效及预防性养护的主要步伐之一，目前已经在我国各品级公路中获得了广泛应用，近年来，海内外已开展了大宗有关掺加纤维、橡胶粉、水性环氧树脂等改性剂来改善微表处混淆料的施工和易性、降低噪声，同时提高路用性能和耐久性等方面研究[4-9]，而有关再生料微表处混淆料配合比设计、施工和易性的相关研究未几，并且既有研究只接纳通例试验定性评价再生料微表处混淆料的技术效果，缺乏定量的路用性能及耐久性能评价。为此，本文通过原质料检验及矿料级配设计，拌和试验、粘聚力试验、湿轮磨耗试验、负荷轮试验研究了RAP掺量、乳化沥青用量等质料设计参数对再生料微表处混淆料施工性能的影响，接纳低温SCB试验、冻融循环和浸水劈裂强度试验、剪切疲劳试验、MMLS1/3加速加载试验研究了RAP掺量对再生料微表处混淆料路用性能和恒久使用性能的影响，研究结果为多元化高xiao利用废旧沥青路面质料及再生料微表处混淆料推广应用提供参考。

原质料

(1)基质沥青：中石化生产的重交通A级70号沥青，其性能切合JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》要求。

(2)SBR改性乳化沥青：以SBR胶乳、基质沥青、盐酸调理剂、稳定剂、水等为原料，在实验室接纳胶体磨生产加工而成。SBR胶乳和稳定剂为美德维实维克公司生产的MQI-1D和PC-1468，SBR改性乳化沥青中的有效SBR含量为5%。经测试SBR改性乳化沥青的技术性能切合JTG/TF40-02-2005《微表处和稀浆封层技术指南》(以下简称《指南》)要求(见表1)。

掺加RAP的微表处混淆料性能研究

(3)集料及矿料：新集料接纳陕西商洛红山子石料厂生产的0~3mm、3~5mm、5~10mm玄武岩；接纳路面质料RAP：来源于陕西某高速公路大中修面层玄武岩旧料，集料的物理力学性能见表2。试验接纳海内常用的MS-3型(粗级配)微表处矿料级配，合成级配见表3。

掺加RAP的微表处混淆料性能研究

掺加RAP的微表处混淆料性能研究

(4)水泥与拌适用水：水泥为P·O42.5水泥，其技术性能切合GB175-2007《通用硅酸盐水泥》要求；水：自来水。

掺加再生料的微表处混淆料配合比设计

湿轮磨耗试验与粘附砂量试验

《指南》划定接纳“图解法”确定微表处混淆料的zui佳乳化沥青用量，湿轮磨耗试验主要用于检验成型后的稀浆混淆料配伍性和抗水损害性能，要求以湿轮磨耗试验确定乳化沥青的zui小掺量，以负荷轮粘附砂试验确定乳化沥青的上限。试验时牢固水泥用量为1.5%(占集料质量百分比)，牢固液体组分(乳化沥青+拌适用水量)用量为16%，差别乳化沥青用量下的湿轮磨耗试验与粘附砂量试验结果见图1。

掺加RAP的微表处混淆料性能研究

由图1可见：(1)相同乳化沥青用量下，再生料微表处混淆料的湿轮磨耗值、粘附砂量均随RAP掺量的增加而zeng大，这是由再生料外貌特性决定的。(2)在0~100%RAP掺量下(RAP等质量替代新集料)，微表处混淆料的湿轮磨耗值随着乳化沥青用量的增加而减小，粘附砂量随着乳化沥青用量的增加而zeng大，湿轮磨耗试验与粘附砂量试验一起用于确定微表处混淆料的zui佳沥青用量。加入RAP后，随着RAP掺量增加，再生料微表处混淆料的粘附砂量上升幅度、湿轮磨耗值下降幅度均明显大于未掺RAP的微表处混淆料，《指南》划定，浸水1h的湿轮磨消耗失应小于540g/㎡，粘附砂量应小于450g/㎡，据此确定掺加0~20%RAP再生料微表处混淆料的zui佳沥青用量为8%，掺加20%~100%RAP再生料微表处混淆料的zui佳沥青用量为9%。由此可见，再生料等质量替代新集料关于微表处混淆料的油石比有一定的影响，要确保再生料微表处混淆料有足够抗水损害能力，在zeng大RAP掺量的同时，应该适当增加乳化沥青用量。

拌杂试验

试验时牢固SBR改性乳化沥青用量为9%、水泥掺量为1.5%、拌适用水量为7%(下同)。试验凭据《指南》附录A1进行，结果见表4。

掺加RAP的微表处混淆料性能研究

由表4可见，相比不掺加再生料的微表处混淆料，再生料掺量为100%时，微表处混淆料可拌适时间延长了56s，延长幅度为44.8%；RAP掺量由20%zeng大到100%，微表处混淆料的可拌适时间延长了45s，延长幅度达33.1%。加入再生料能延长微表处混淆料的可拌适时间，提高了微表处混淆料的施工和易性，在再生料掺量不凌驾40%时，再生料微表处混淆料具有合适的拌适时间和初凝时间以及较好的稠度，但再生料掺量凌驾40%后，再生料微表处混淆料的拌适时间大于150s，这对微表处混淆料快速开放交通和后期使用性能有倒运影响。剖析再生料掺量对微表处混淆料可拌适时间的影响，再生料粗集料外貌被老化沥青砂浆包裹，再生料中填料多为沥青颗粒和沥青胶浆，沥青微珠裹覆在再生料外貌形成一层沥青薄膜，这使得再生料体现出憎水性、外貌呈酸性。相较于新集料，再生料与乳化沥青中的水及沥青乳化剂吸附作用相对较弱，使得乳化沥青破乳速度下降，进而导致微表处混淆料稠度低、成浆状态差，可拌适时间延长。

粘聚力试验

微表处作为沥青路面预防性养护常用的一种快凝型表层处治质料，能够快速开放交通是其zui显著的特征之一。粘聚力试验凭据《指南》附录A3进行结果见图2。

掺加RAP的微表处混淆料性能研究

由图2可见，随着RAP掺量的增加，再生料微表处混淆料的30min、60min粘聚力逐渐减小，相比未掺加RAP的微表处混淆料，掺加20%RAP后，微表处混淆料30、60min粘聚力划分降低了5.6%、5.2%；掺加100%RAP时，微表处混淆料的30、60min粘聚力划分降低了51.8%、37.1%；RAP掺量由20%zeng大至100%，再生料微表处混淆料30、60min粘聚力降低了48.9%、33.6%。由此可见，低掺量RAP对微表处混淆料的粘聚力影响不大，而较高RAP掺量将导致微表处混淆料的粘聚力显著降低，再生料微表处混淆料的粘聚力随养生时间延长保存提高历程，因此，使用掺再生料微表处混淆料时，开放交通的时间应适当延长，这与拌杂试验结果一致。

综上可知，RAP掺量在0~100%规模内，粘聚力随RAP掺量的增加呈良好负线性相关性，拟合优化度R^2不小于0.95。粘聚力试验主要用于确定微表处混淆料的初凝和开放交通时间，以《指南》要求的30、60min粘聚力不小于1.2、2.0N·m为约束值，通过RAP掺量与粘聚力线性拟合方程，盘算获得再生料掺量凌驾50%后，其30、60min粘聚力均不可切合《指南》要求。

轮辙变形试验

轮辙变形试验主要用于验证微表处混淆料的高温稳定性，以确保微表处混淆料用于填充趁魅辙时能够有优良的抗永久变形能力。试验参照《指南》附录A6进行，结果见表5。

掺加RAP的微表处混淆料性能研究

由表5可见，再生料等质量替代新集料后，微表处混淆料的抗趁魅辙变形能力降低。随再生料掺量的增加，微表处混淆料的趁魅辙宽度变形率和深度变形率都显著zeng大。当RAP的掺量为50%、60%时，微表处混淆料轮辙变形试验的宽度变形率划分为4.8%、5.7%；RAP掺量大于60%后，宽度变形率已不可切合《指南》要求，从抗趁魅辙性能考虑，可以认为再生料的掺加量有一个限值，需要填补趁魅辙时，RAP掺量应小于50%。

掺加再生料的微表处混淆料路用性能

水稳定性

接纳浸水、冻融循环前后的劈裂强度(ITS)、浸水劈裂强度及冻融劈裂稳定度评价再生料微表处混淆料的水稳定性。接纳旋转压实法成型直径100mm、高100mm圆柱体试样，60℃鼓风烘箱养生3d后冷却12h备用。取圆柱体试样中间63.5mm部分用于劈裂强度试验，试验凭据JTGE20-2011《公路工程沥青及沥青混淆料试验规程》进行，结果见表6。

掺加RAP的微表处混淆料性能研究

由表6可知，浸水、冻融循环对微表处混淆料的劈裂强度有一定的劣化，相比而言，冻融循环试验条件越发严苛。浸水、冻融前后微表处混淆料的劈裂强度均随RAP掺量的增加而线性降低，负线性拟合优化度R^2大于0.95，浸水劈裂强度残留稳定度、冻融劈裂稳定度均随RAP掺量zeng大而降低。由此可见，RAP掺量越大，再生料微表处混淆料的水稳定性越差，在RAP掺量大于50%后，浸水劈裂强度残留稳定度、冻融劈裂稳定度均小于80%，这关于冻融条件严苛地区和高温多雨地区，其水稳定性已经不满足使用要求。

低温抗裂性

接纳-10℃低温SCB试验评价微表处混淆料的低温抗裂性能，接纳旋转压实法成型直径250px、高250px圆柱体试样，60℃鼓风烘箱养生3d后冷却12h备用。接纳芬兰产双面锯取圆柱体试件中间150px部分，并切割成50px厚的圆形试件，再将圆形试件其从直径偏向对称切开，1个圆柱体试样可切割6个平行试件。试验加载速率为1mm/min，支点间距为SCB试件直径的0.8倍，试验结果见表7。

掺加RAP的微表处混淆料性能研究

由表7可见，随RAP掺量增加，再生料微表处混淆料的弯拉强度、弯曲应变、破坏应变能逐渐减小，弯曲劲度模量逐渐zeng大。在RAP掺量为20%~40%规模内，再生料微表处混淆料的弯拉强度大于4.0MPa、弯曲应变大于2100με、破坏应变能大于2000J/㎡；但进一步增加RAP掺量时，微表处混淆料的弯拉强度、弯曲应变、破坏应变能显著降低，再生料掺量zeng大至100%时，微表处混淆料的低温抗裂性能约下降了50%。因此，从低温抗裂性能考虑，RAP的掺量不宜凌驾50%。

抗疲劳耐久性

考虑到微表处混淆料的层位功效和实际的受力情况，接纳直接剪切疲劳试验(控制应力)研究再生料微表处混淆料的抗疲劳性能。试件厚度75px，接纳环氧树脂将试件粘贴在马歇尔试件上(见图3)，25℃鼓风烘箱安排2d后备用，每组6个平行试件，疲劳试验接纳电液同服疲劳试验机，试验温度为25℃，接纳5Hz连续式半正矢波形，控制应力水平为0.1、0.2、0.3、0.4，接纳疲劳寿命与应变水平的双对数拟合参数对试验数据进行处理，结果见表8。

掺加RAP的微表处混淆料性能研究

由表8可知，在0.1~0.4应力水平下，掺加20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、100%RAP的微表处混淆料其疲劳寿命相比未掺加再生料的混淆料降低了9.2%~24.2%、12.2%~43.9%、24.2%~53.3%、28.4%~61.2%、41.5%~69.7%、49.9%~75.9%、55.0%~79.4%、58.4%~85.1%；RAP掺量凌驾40%后，各应力水平下混淆料的疲劳寿命比未掺RAP时降低了40%以上，RAP掺量越大，混淆料在高应变水平下的疲劳寿命衰减幅度越大。再生料微表处混淆料的K值随着RAP掺量增加而减��；n为负值，n的绝对值随着RAP掺量增加而zeng大。RAP掺量由0增加至100%时，拟合参数K由8.018减小至5.329，减小了33.5%；参数n绝对值由1.579zeng大至2.371，zeng大了50.2%。RAP掺量越大，再生料微表处混淆料疲劳寿命越短，且疲劳寿命对应力水平越敏感。因此，关于重载交通门路中，为避免再生料微表处在高应力条件下爆发剪切疲劳破坏，应严格控制RAP掺量不凌驾50%。

结论

(1)RAP掺量对微表处混淆料的施工性能影响较大。再生料微表处混淆料的湿轮磨耗值、粘附砂量、拌适时间随RAP掺量的增加而zeng大。掺入RAP能提高了微表处混淆料的施工和易性，当使用再生料微表处混淆料时，开放交通时间应适当延长。

(2)再生料微表处混淆料的耐磨耗性能、抗趁魅辙性能、水稳定性和低温抗裂性能随RAP掺量的增加而降低，掺加RAP降低了微表处混淆料的疲劳寿命，同时zeng大了疲劳寿命对应力水平的敏感性，RAP掺量凌驾40%后，微表处混淆料的高温稳定和抗疲劳耐久性能显著降低。

(3)将再生料用于微表处混淆料是可行的，综合考虑，建议微表处混淆料中RAP的掺量应小于50%。

参考文献：

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[3]张庆,郝培文,白正宇.水性环氧树脂改性微表处性能影响及评价研究[J].公路,2015,15(6) :250-253.

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全文完? 宣布于《新型建筑质料》2019年9月

作者简介：樊尚志，男，1990年生，河北怀安人，助教，主要从事建筑工程技术及建筑质料研究事情

文章转载于“沥青路面”民众号

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PaveMLS11小型1/3尺寸路面加速加载测试设备

通常的趁魅辙测试设备，仅对路面质料进行很是慢速的加载丈量，不可模拟真实交通情况，不可模拟真实车轮碾压，也不可进行重复加载。相比之下，PaveMLS11这一套路面加速加载测试设备，可在路面上进行实际加载。通过PAVETEST?操作软件，PaveMLS11的荷载可进行成比例盘算加载，以确保轮压和真实路面状态上的全部尺寸车辆车轮加载坚持同一水平。因此，PaveMLS11的试验结果可用于模拟通例的真实荷载状态，设备可直接用于研究路面上层125mm厚的沥青层路面性能（无论是实验室路面照旧现场路面）。因此，此小型加速加载设备关于研究现场真实路面状态上的全部尺寸车辆车轮加载下路面性能研究，具有很是名贵的价值。

缩小比例的加速加载设备PaveMLS11，也可以用于研究沥青质料面层的疲劳特性。如果具备某些条件，如：荷载频率、温度、横向摆动在内的荷载应用及老化PaveMLS11对路面质料/沥青混淆料的突出研究效果，可用于预测和评价路面趁魅辙等性能。如果相关于通例的加速加载试验状态，需要和普通趁魅辙测试设备一样评估慢速加载时路面性能的状况，PaveMLS11也可以简单实现，只需调解它的加载速度即可，然而加载偏向却始终模拟真实行车状态而进行单向的加载模式。

PaveMLS11小型加速加载设备，接纳标准卡车轮胎的1/3比例尺寸轮胎进行加载，装置有4个加载轮，测试长度接近1.1m，可施加7200次/每小时加载。作用于300mm直径试样上的荷载可至2.7kN（短时间可达2.9kN），轮压700kPa（短时间可达800kPa）。

掺加RAP的微表处混淆料性能研究

产品特点

▍设备配置有横向移动系统，可以模拟实际路面轮迹带上轮迹的正态漫衍，横移宽度左右可达各75mm

▍加载轮宽度80mm，在横向移动系统启动后加载宽度可达230mm

▍特殊巧妙的荷载单位设计结构，使得路面不平的情况下加载轮对地荷载依然是稳定的

▍设备有外地手动和远程自动两种控制方法，在远程模式下软件可以纪录设备高度，情况温度，路面温度和门路内部温度及加载速度、次数等信息

▍设备配置有胎压监测系统，在爆发爆胎或者胎压缺乏的情况设备自动警报并�；�

▍设备有多种试验方法，可以在实际门路上进行试验，也可以使用配置的大尺寸震动轮碾成型机，在实验室内成型试验门路进行试验，或者在实际门路上取芯，将芯样安排在实验室底座内进行试验，或者直接将实际门路取样到实验室内进行试验

▍设备可以使用配置的温控系统进行多种温度模式试验，可以进行路面干式加热试验，湿式水循环加热试验，路面制冷低温试验

▍小型加速加载设备配置断面仪，可以在加载后丈量路面趁魅辙，同时可以利用趁魅辙与加载次数的关系预测实际门路趁魅辙生长纪律

▍设备通体由不锈钢组成，以避免湿润情况下的腐化

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