王珊珊, 蘇剛, 張文武, 周海防*, 肖慶一, 龔芳媛,4

(1.山東高速集團(tuán)有限公司, 濟(jì)南 250000; 2. 山東高速路用新材料技術(shù)有限公司, 濟(jì)南 250000;3. 河北工業(yè)大學(xué)土木與交通學(xué)院, 天津 300401; 4. 河北工業(yè)大學(xué)天津市裝配式建筑與智能建造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 天津 300401)

就地?zé)嵩偕夹g(shù)的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益是路面熱再生技術(shù)類型中最明顯的,但因舊料(reclaimed asphalt pavement,RAP)的摻入比例較高,導(dǎo)致混合料低溫性能很難達(dá)到規(guī)范要求,路面也因開裂嚴(yán)重導(dǎo)致耐久性較差[1-3]。仰建崗等[4]通過非線性模型表征碾壓溫度、混合料級(jí)配、再生劑用量3種因素與馬歇爾試驗(yàn)指標(biāo)的影響程度。表明瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)是決定瀝青混合料性能的關(guān)鍵要素之一。

現(xiàn)階段中國(guó)在就地?zé)嵩偕夹g(shù)中所用設(shè)計(jì)法通常是馬歇爾設(shè)計(jì)法,但指標(biāo)體系與混合料的路用性能聯(lián)系性較差[5],因此很難適用于RAP摻入量較大的就地?zé)嵩偕鸀r青混合料[6-7]。田維東[8]對(duì)3種RAP摻量下的就地?zé)嵩偕蠎?yīng)用了馬歇爾設(shè)計(jì)法,發(fā)現(xiàn)RAP摻量為80%時(shí)不能滿足水穩(wěn)定性以及低溫性能要求,僅高溫指標(biāo)滿足規(guī)范要求。黃艷[9]在SMA-13的就地?zé)嵩偕访娌捎民R歇爾設(shè)計(jì)法,試驗(yàn)表明混合料的高溫性能與防滲水性能較好,低溫與水穩(wěn)定性能較差,說明馬歇爾設(shè)計(jì)法對(duì)低溫性能的關(guān)注太低,導(dǎo)致路面攤鋪后期易開裂的風(fēng)險(xiǎn)較高。因而高RAP含量下的就地?zé)嵩偕鸀r青混合料配合比設(shè)計(jì)尤其要注意抗開裂性能是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

平衡設(shè)計(jì)法雖然發(fā)展歷史較短,但其更側(cè)重抗開裂性能,能夠有效降低高RAP摻量給混合料低溫性能造成的不利影響。Zhou等[10]首次將平衡設(shè)計(jì)法應(yīng)用于熱再生瀝青混合料,表明平衡設(shè)計(jì)法可以改善瀝青混合料的低溫性能;2018年,美國(guó)國(guó)家公路合作研究計(jì)劃(National Cooperative Highway Research Program,NCHRP)歸納整理了平衡設(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)思路框架,將平衡設(shè)計(jì)法分成3種類型[11]。張恒[12]將平衡設(shè)計(jì)法應(yīng)用于廠拌熱再生瀝青混合料,并對(duì)設(shè)計(jì)出的平衡混合料進(jìn)行了性能研究。黃玉穎[13]以北京市東三環(huán)大修工程為依據(jù),將道路需求權(quán)重系數(shù)應(yīng)用于平衡設(shè)計(jì)法,并基于道路需求權(quán)重對(duì)上、中面層材料進(jìn)行了評(píng)價(jià)比選,試驗(yàn)表明平衡設(shè)計(jì)法可以達(dá)到延長(zhǎng)路面使用年限和路用性能的目的,增添了平衡設(shè)計(jì)法的擴(kuò)展應(yīng)用成果。呂國(guó)棟[14]將平衡設(shè)計(jì)法應(yīng)用于GAC-25再生瀝青混合料的設(shè)計(jì),試驗(yàn)表明50%為RAP試驗(yàn)摻量范圍中的最佳RAP摻量。呂正龍等[15]對(duì)平衡設(shè)計(jì)法的基本設(shè)計(jì)流程與發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了綜述。

配合比設(shè)計(jì)法對(duì)比方面,紀(jì)偉等[16]對(duì)比了Superpave法和馬歇爾設(shè)計(jì)法,通過最佳油石比、毛體積密度等指標(biāo)的不同,得出Superpave法設(shè)計(jì)出的混合料在高溫性能上優(yōu)于馬歇爾混合料,兩者的低溫性能較為相似。左鋒等[17]以馬歇爾設(shè)計(jì)法為基礎(chǔ),探究了RAP摻量對(duì)再生瀝青混合料的性能影響,得出RAP在試驗(yàn)摻量范圍內(nèi)能有效增加瀝青混合料的高溫、疲勞與水穩(wěn)定性能,但對(duì)抗開裂性能有不利影響。

馬歇爾設(shè)計(jì)法不能保證就地?zé)嵩偕访娌牧狭己玫目归_裂性能,導(dǎo)致耐久性較差;平衡設(shè)計(jì)法促進(jìn)了混合料高低溫性能的平衡,顯著提升材料的抗開裂性能,理論上平衡設(shè)計(jì)法與就地?zé)嵩偕に嚨倪m配性較高。現(xiàn)有研究成果尚未涉及平衡設(shè)計(jì)法應(yīng)用于就地?zé)嵩偕鸀r青混合料的配合比設(shè)計(jì)以及與馬歇爾設(shè)計(jì)法的性能對(duì)比。

基于此,現(xiàn)以AC-16C型熱再生瀝青混合料為研究對(duì)象,通過多項(xiàng)室內(nèi)試驗(yàn)綜合研究平衡設(shè)計(jì)法和馬歇爾方法對(duì)3種RAP摻量的高RAP摻量熱再生瀝青混合料設(shè)計(jì)的影響。

1 試驗(yàn)原材料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 RAP料

RAP料來自天津某高速公路中面層服役5年以上的刨銑料,舊料級(jí)配如圖1所示,舊瀝青通過阿布森法收集,舊瀝青含量為3.02%,舊集料性能如表1所示。

表1 舊集料技術(shù)性能試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Technical performance test results of old aggregates

圖1 RAP料中集料級(jí)配Fig.1 Gradation of RAP

RAP集料級(jí)配較細(xì)且殘余瀝青含量低,集料老化嚴(yán)重,但粗集料性能滿足規(guī)范要求。

1.1.2 新集料與礦粉

采用石灰?guī)r新集料,各檔集料的篩分情況如表2所示,性能指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

表2 各檔集料篩分情況Table 2 Screening results of aggregate in each stage

1.1.3 新舊瀝青與再生劑

采用70#A級(jí)瀝青與自制再生劑,新舊瀝青與再生劑的技術(shù)性能如表3、表4所示?？梢钥闯?舊瀝青性能較差,再生劑性能指標(biāo)滿足要求。

表3 新舊瀝青試驗(yàn)結(jié)果與技術(shù)要求Table 3 New and old asphalt test results and technical requirements

表4 再生劑性能試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Performance test results of regenerant

1.2 試驗(yàn)方案

以平衡設(shè)計(jì)法和馬歇爾設(shè)計(jì)法對(duì)RAP摻量為60%、70%、80%的就地?zé)嵩偕鸀r青混合料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì),最佳再生劑摻量和設(shè)計(jì)級(jí)配相同,對(duì)兩種混合料進(jìn)行性能試驗(yàn)對(duì)比分析,研究不同最佳瀝青用量對(duì)各RAP摻量下熱再生材料性能產(chǎn)生的影響,分析兩種設(shè)計(jì)法在就地?zé)嵩偕夹g(shù)領(lǐng)域的適用性。

2 級(jí)配設(shè)計(jì)與最佳再生劑確定

馬歇爾設(shè)計(jì)法與平衡設(shè)計(jì)法的對(duì)比集中于最佳瀝青含量,因此對(duì)礦料級(jí)配設(shè)計(jì)、最佳再生劑摻量進(jìn)行統(tǒng)一。

2.1 礦料級(jí)配設(shè)計(jì)

以AC-16C為級(jí)配類型進(jìn)行設(shè)計(jì),合成級(jí)配曲線如圖2所示?？梢钥闯?各RAP摻量下的混合料合成級(jí)配大體相同,接近級(jí)配中值曲線。

圖2 各RAP摻量下的AC-16C瀝青混合料級(jí)配圖Fig.2 AC-16C asphalt mixture gradation diagram under each RAP content

2.2 確定最佳再生劑摻量

以再生劑摻入比3%、5%、7%、9%、11%、13%對(duì)舊瀝青進(jìn)行再生,測(cè)定DSR試驗(yàn)的車轍因子(G*/sinδ) 以及BBR試驗(yàn)的S值與m值,試驗(yàn)確定短期老化后10%再生劑摻量的再生瀝青高溫性能與原舊瀝青接近,低溫性能與70#新瀝青的性能接近,因此選用10%作為最佳再生劑摻量。最佳再生瀝青的性能測(cè)試結(jié)果如表5所示。

表5 最佳再生瀝青性能檢測(cè)結(jié)果Table 5 Best recycled asphalt performance test results

通過瀝青性能指標(biāo)得出,最佳再生瀝青常規(guī)指標(biāo)能夠得到恢復(fù);PG等級(jí)為76-16,PG高溫與PG中溫均優(yōu)于70#瀝青,PG低溫接近70#瀝青。綜上,10%再生劑摻量滿足再生瀝青性能與經(jīng)濟(jì)要求。

3 最佳瀝青含量確定

3.1 平衡設(shè)計(jì)法

AC-16C型普通熱拌瀝青混合料中面層瀝青含量經(jīng)驗(yàn)值在4.2%左右。以4.2%作為初始瀝青含量值,設(shè)定3.2%、3.7%、4.2%、4.7%、5.2%共5種瀝青含量下成型平衡混合料試件與馬歇爾試件,確定最佳瀝青含量。

3.1.1 高溫性能試驗(yàn)

平衡設(shè)計(jì)法通過漢堡車轍試驗(yàn)(HWTT試驗(yàn))。參照張恒[12]對(duì)漢堡車轍試驗(yàn)指標(biāo)的研究成果,選擇高溫性能的標(biāo)準(zhǔn)為往返次數(shù)10 000次時(shí)車轍深度12.5 mm。

將3種RAP摻量、5種瀝青用量下制定的15組HWTT試件進(jìn)行50℃浸水漢堡車轍試驗(yàn),記錄試驗(yàn)終止時(shí)的試件車轍深度,以兩次重復(fù)試驗(yàn)平均值作為最終結(jié)果。實(shí)際試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn),大部分試驗(yàn)組中未出現(xiàn)剝落點(diǎn),故判斷較高RAP摻量的再生瀝青混合料均有更好的水穩(wěn)定性,決定以再生混合料的高低溫性能確定最佳瀝青用量,以凍融劈裂試驗(yàn)對(duì)最佳再生瀝青混合料進(jìn)行水穩(wěn)定性試驗(yàn),HWTT試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖如圖3所示。

圖3 HWTT試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖Fig.3 HWTT test data graph

可以看出,隨著瀝青含量提高,車轍深度呈現(xiàn)先下降再上升的變化趨勢(shì)?？赡苁荝AP料占總集料的比例過大,當(dāng)瀝青含量較低時(shí),新加瀝青太少,RAP與新集料的界面黏結(jié)狀態(tài)較差,影響了抗車轍性能;當(dāng)瀝青含量上升到一定程度,舊瀝青含量越來越少,加上瀝青總含量的提升,影響了瀝青混合料新舊混溶瀝青中瀝青質(zhì)的含量,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性明顯下降,內(nèi)部集料成懸浮密實(shí)狀態(tài),抗壓能力越來越差,表現(xiàn)為抗車轍性能逐步降低。

在瀝青含量5.2%時(shí),70%RAP摻量的再生混合料高溫性能弱于80%RAP摻量與60%RAP摻量的,可能是60%RAP摻量的再生瀝青混合料具備的新瀝青較多,能夠與舊瀝青進(jìn)行更好的融合,故在高瀝青含量下也具備較好高溫性能。

3.1.2 低溫性能試驗(yàn)

低溫性能試驗(yàn)采用半圓彎拉試驗(yàn)(SCB),試件為半圓柱切片(Φ150 mm×h50 mm),凹槽開口尺寸設(shè)為深度15 mm、寬度為1.5 mm,試件如圖4所示。

圖4 半圓彎拉試件Fig.4 Half-circle bending test piece

通過Origin軟件對(duì)SCB試驗(yàn)中所得的作用力-裂縫拓展曲線圖進(jìn)行線性擬合以及積分計(jì)算,獲取斷裂功,以此確定柔性指數(shù)(flexibility index,FI),計(jì)算結(jié)果如圖5所示。

圖5 SCB試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖Fig.5 SCB test data chart

同RAP摻量下,試件的瀝青含量與柔性指數(shù)呈正比。說明瀝青含量越大,低溫狀態(tài)下混合料抵抗開裂的能力更強(qiáng);同瀝青含量下,RAP摻量與FI成反比,說明RAP摻量的提升對(duì)材料的低溫性能不利。RAP摻量越高,新舊集料與新舊瀝青結(jié)合過程中的均勻性越差,內(nèi)部應(yīng)力過高導(dǎo)致試件在外部作用下更容易發(fā)生瀝青融混界面的斷裂等,導(dǎo)致低溫性能變差。RAP摻量與再生料低溫性能成反比,說明即使最佳再生瀝青的低溫性能超過新瀝青,但混合料實(shí)際成型過程中,再生劑不能像室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)菢虞^為充分的與舊瀝青混合,導(dǎo)致再生劑對(duì)再生料低溫性能的提升力度低于瀝青含量改變對(duì)再生料低溫性能的影響。

Imad 等[18]發(fā)現(xiàn)材料FI>4時(shí),混合料的開裂速率下降較為明顯。從SCB試驗(yàn)數(shù)據(jù)中,FI<4只有一個(gè),說明該限值對(duì)低溫性能的要求太低。為使平衡設(shè)計(jì)法對(duì)抗開裂性能的提升更明顯,將FI指標(biāo)的最低要求限度提升至8,使平衡混合料具備更好的低溫性能。

3.1.3 確定最佳瀝青含量

根據(jù)漢堡車轍深度<12.5 mm(瀝青含量上限值)、FI>8(瀝青含量下限值)的指標(biāo)要求,確定了各個(gè)RAP摻量的最佳瀝青含量數(shù)值范圍,試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 最佳瀝青含量匯總表Table 6 Optimum asphalt content summary table

從表6看出,RAP摻量與最佳瀝青含量呈正比,說明RAP摻量能夠較為明顯地影響到最佳瀝青含量的確定。平衡設(shè)計(jì)法為提升再生料的低溫性能,需要增加膠結(jié)料來平衡RAP中所包含的舊瀝青總量增多帶來的低溫性能下降的影響。以水穩(wěn)定性測(cè)試來檢測(cè)最佳平衡混合料的水穩(wěn)定性能。

3.1.4 水穩(wěn)定性檢測(cè)

依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011),對(duì)最佳平衡混合料進(jìn)行凍融劈裂試驗(yàn),測(cè)定凍融劈裂強(qiáng)度比。

由表7可知,各RAP摻量的平衡混合料均具備較高的TSR值,說明整體水穩(wěn)定性表現(xiàn)較好。80%RAP摻量的TSR最低,說明RAP摻量太高會(huì)對(duì)水穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響。

表7 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果Table 7 Freeze-thaw split test results

3.2 馬歇爾設(shè)計(jì)法

馬歇爾設(shè)計(jì)法的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表8所示。

表8 各RAP摻量下馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果Table 8 Marshall test results under various RAP content

可以看出,馬歇爾設(shè)計(jì)法下的最佳瀝青含量依舊與RAP摻量呈正相關(guān)。

4 平衡設(shè)計(jì)法與馬歇爾設(shè)計(jì)法對(duì)比

4.1 基本參數(shù)對(duì)比

兩種設(shè)計(jì)法基本參數(shù)的對(duì)比集中于最佳瀝青用量與空隙率,將各RAP摻量的平衡混合料與馬歇爾混合料成型馬歇爾試件測(cè)定空隙率。對(duì)比數(shù)據(jù)如圖6所示。

圖6 最佳瀝青含量與空隙率數(shù)據(jù)對(duì)比圖Fig.6 Comparison chart of optimal asphalt content and porosity data

由圖6可得,平衡混合料均比馬歇爾混合料的最佳瀝青含量高,且RAP摻量越高,最佳瀝青含量差值越大。說明平衡設(shè)計(jì)法更能有效降低RAP摻量提升給再生料低溫性能帶來的不利影響。

平衡混合料空隙率高于馬歇爾混合料。馬歇爾設(shè)計(jì)法下各RAP摻量的空隙率均靠近4%,但平衡設(shè)計(jì)法在設(shè)計(jì)時(shí)完全基于材料高溫與低溫性能,空隙率并未靠近4%,僅有80%RAP摻量下空隙率接近4%,另外兩個(gè)RAP摻量下空隙率保持在3.5%左右,但各RAP摻量下空隙率都在3%～6%,也表明空隙率指標(biāo)具備一定科學(xué)性。

4.2 路用性能對(duì)比

4.2.1 高溫性能對(duì)比

車轍試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果如圖7所示。

根據(jù)圖7,各再生料的動(dòng)穩(wěn)定度均滿足>1 000次/mm的要求,平衡混合料的車轍深度大于馬歇爾混合料,且車轍深度均與RAP摻量成正比,說明車轍深度大小與混合料的瀝青含量有直接關(guān)系。

從動(dòng)穩(wěn)定度看,除了80%RAP摻量下的馬歇爾混合料比平衡混合料同比降低8.0%,其他兩個(gè)摻量均呈現(xiàn)相反的情況?？赡苁荝AP摻量較低時(shí),瀝青含量的降低會(huì)較大程度提升再生料的高溫性能。80%RAP摻量下,平衡混合料增多的瀝青含量使得混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)更均勻,使集料具備更穩(wěn)定的空間架構(gòu),導(dǎo)致后期動(dòng)穩(wěn)定度更高。70%RAP摻量的再生料在兩種設(shè)計(jì)法下表現(xiàn)的高溫性能均最差,說明該RAP摻量下瀝青混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)最為松散,混溶瀝青沒有很好地黏結(jié)舊集料顆粒與新集料,使結(jié)構(gòu)本身的承載力較小。

4.2.2 低溫抗裂性能對(duì)比

圖8 應(yīng)力-應(yīng)變曲線示意圖Fig.8 Schematic diagram of load-span deflection curve

圖9 低溫小梁彎曲試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比圖Fig.9 Comparison chart of low temperature trabecular bending test data

從圖9(a)看出,各個(gè)RAP摻量上平衡混合料均比馬歇爾混合料的最大彎拉應(yīng)變要大,說明平衡混合料能夠承受更大的變形,塑性更好;且70%RAP摻量與80%RAP摻量下馬歇爾混合料不能夠滿足規(guī)范中最大彎拉應(yīng)變>2 000 με的要求。

從圖9(b)看,兩種混合料并沒有太大的區(qū)別。平衡混合料在低RAP摻量下的抗彎拉強(qiáng)度較低。從圖9(c)看,平衡混合料的彎曲勁度模量均低于馬歇爾混合料,主要是馬歇爾混合料的最大彎拉應(yīng)變的降幅過大,抗彎拉強(qiáng)度的變化幅度過小,導(dǎo)致彎曲勁度模量的提升。從圖9(d)看出,同RAP摻量下,平衡混合料比馬歇爾混合料彎曲應(yīng)變能密度更高,說明平衡混合料吸收荷載做功的能力更強(qiáng),低溫性能更好。上述指標(biāo)均表明,平衡混合料的低溫性能在同RAP摻量下要優(yōu)于馬歇爾混合料,且RAP摻量越高,平衡設(shè)計(jì)法對(duì)再生瀝青混合料的低溫性能/優(yōu)化效果越明顯。

4.2.3 疲勞性能對(duì)比

RAP摻量、控制應(yīng)變、試驗(yàn)溫度等參數(shù)均會(huì)影響混合料疲勞性能[19]。疲勞試驗(yàn)采用三點(diǎn)梁彎曲試驗(yàn),試驗(yàn)溫度15℃,選用應(yīng)力控制模式,荷載設(shè)置為0.2 kN,荷載頻率定為10 Hz的連續(xù)式正弦波荷載。試件尺寸為250 mm×65 mm×50 mm,圖10為某試件在循環(huán)荷載下跨中撓度隨時(shí)間的變化趨勢(shì),蠕變斜率為試件在蠕變階段的跨中撓度隨時(shí)間的線性趨勢(shì)斜率,最大彎曲應(yīng)變參照低溫小梁彎曲試驗(yàn)中對(duì)最大彎曲應(yīng)變的計(jì)算方式,如式(1)所示,計(jì)算試件從開始至斷裂后的彎曲應(yīng)變,疲勞壽命次數(shù)通過計(jì)算試件從開始至斷裂階段的時(shí)間,參考試驗(yàn)荷載頻率計(jì)算荷載加載循環(huán)次數(shù),作為疲勞壽命次數(shù),試驗(yàn)結(jié)果如圖11所示。

圖10 蠕變斜率與最大彎曲應(yīng)變示意圖Fig.10 Schematic diagram of creep slope and maximum bending strain

圖11 三點(diǎn)梁彎曲試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比圖Fig.11 Comparison chart of three-point beam bending test data

(1)

式(1)中:εM為最大彎曲應(yīng)變;h為跨中斷面試件的高度,50 mm;L為試件的跨徑,200 mm;d為跨中撓度,mm。

從圖11(a)看出,平衡混合料比馬歇爾混合料的最大彎曲應(yīng)變更大,說明平衡混合料韌性與抗疲勞性能更好。從圖11(b)看出,70%、80%RAP摻量下,平衡混合料的蠕變速率均比馬歇爾混合料要低,說明平衡混合料在塑性階段的抗變形能力更好,而60%RAP摻量下,平衡混合料的蠕變速率比馬歇爾混合料要低?？赡苁邱R歇爾設(shè)計(jì)法比平衡設(shè)計(jì)法所設(shè)計(jì)的瀝青含量較低,新瀝青的含量降低,使得瀝青混合料的抗變形能力增強(qiáng),塑性變形階段的試件在收到同等荷載下試件的變形幅度更小,因而具備更低的蠕變速率;70%、80%RAP摻量下,RAP料變?yōu)闉r青混合料中的主導(dǎo)材料,平衡混合料含有更多瀝青用以重整和填充瀝青混合料骨架,因此蠕變速率更高。

疲勞壽命次數(shù)直觀反映瀝青混合料抗疲勞性能的好壞。從圖11(c)看出,平衡混合料的疲勞壽命次數(shù)更高,表明抗疲勞性能更好;60%RAP摻量下雖然馬歇爾混合料的蠕變斜率較小,但最大彎曲應(yīng)變卻比平衡混合料小,導(dǎo)致最終得出的疲勞壽命次數(shù)比平衡混合料低。

4.2.4 水穩(wěn)定性能對(duì)比

水穩(wěn)定性能檢測(cè)采用凍融劈裂試驗(yàn),馬歇爾試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖12所示。

圖12 凍融劈裂試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比圖Fig.12 Comparison chart of freeze-thaw split test data

從TSR數(shù)值來看,兩種設(shè)計(jì)法下的混合料水穩(wěn)定性指標(biāo)遠(yuǎn)超出規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)(>75%),新舊瀝青混合后的融混瀝青具備較強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性與防水性,RAP的摻入一定程度上提升了混合料的水穩(wěn)定性。相同RAP摻量下,馬歇爾混合料的TSR小于平衡混合料,且TSR差值隨RAP摻量提升而逐步減小,可能是平衡混合料內(nèi)部孔隙更小,使試件在凍融循環(huán)過程中減少了水分的侵入與結(jié)冰過程中內(nèi)部水分的膨脹,試件受到的內(nèi)部應(yīng)力減小。相同RAP摻量下,馬歇爾混合料的劈裂強(qiáng)度要高于平衡混合料。

平衡設(shè)計(jì)法改變了融混瀝青的新舊瀝青比例,使舊瀝青比例有所下降,增強(qiáng)了融混瀝青對(duì)混合料骨架的黏結(jié)性,使平衡混合料比馬歇爾混合料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更強(qiáng)。

5 結(jié)論

通過高RAP摻量下平衡混合料與馬歇爾混合料的性能比對(duì)試驗(yàn),得出以下結(jié)論。

(1)平衡設(shè)計(jì)法的新加瀝青用量要高,平衡混合料低于4%最佳空隙率,說明平衡設(shè)計(jì)法基于混合料性能對(duì)配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)的結(jié)果不同于傳統(tǒng)混合料經(jīng)驗(yàn)性的認(rèn)知。

(2)根據(jù)車轍試驗(yàn)可知,兩種混合料均滿足動(dòng)穩(wěn)定度均滿足>1 000次/mm的標(biāo)準(zhǔn),平衡混合料的高溫性能整體上比馬歇爾混合料差;RAP摻量越高,平衡混合料的抗車轍性能越接近甚至超過馬歇爾混合料。

(3)根據(jù)低溫小梁彎曲試驗(yàn)可知,平衡混合料均能滿足最大彎拉應(yīng)變>2 000 με的要求,但馬歇爾設(shè)計(jì)法在70%與80%RAP摻量下不達(dá)標(biāo);平衡混合料的彎曲勁度模量更低,但彎曲應(yīng)變能密度更高。

(4)根據(jù)三點(diǎn)梁彎曲試驗(yàn)可知,平衡混合料的韌性高于馬歇爾設(shè)計(jì)法,在塑性階段的抗變形能力更好。疲勞壽命次數(shù)數(shù)據(jù)表明平衡混合料對(duì)周期性荷載的承載能力高于馬歇爾混合料,且RAP摻量越高,平衡設(shè)計(jì)法對(duì)比馬歇爾設(shè)計(jì)法的疲勞性能優(yōu)勢(shì)越明顯。

(5)根據(jù)凍融劈裂試驗(yàn)可知,平衡混合料的水穩(wěn)性能強(qiáng)于馬歇爾混合料,但剛度與硬度弱。

(6)綜合各項(xiàng)性能試驗(yàn),可以看出平衡設(shè)計(jì)法在RAP摻量60%～80%范圍內(nèi),相對(duì)于馬歇爾設(shè)計(jì)法能夠提升瀝青混合料的低溫性能、疲勞性能與水穩(wěn)定性能,降低混合料的高溫性能。平衡設(shè)計(jì)法對(duì)高溫性能的不利影響會(huì)隨著RAP摻量的升高而不斷削弱,體現(xiàn)了平衡設(shè)計(jì)法對(duì)瀝青混合料各性能間的平衡。

就地?zé)嵩偕鸀r青混合料所用工程偏向于低交通量的路段,對(duì)道路材料極限承載力的要求會(huì)低于正常路段,若想提升就地?zé)嵩偕访娴氖褂媚晗?道路材料的抗裂性能與疲勞性能重要性更高,因此平衡設(shè)計(jì)法比馬歇爾設(shè)計(jì)法更適用于高RAP摻量的就地?zé)嵩偕夹g(shù)。