RAP精分料超薄磨耗层复合改性沥青混合料配合比设计及验证.pdf
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1、 第3 2卷第3期2 0 2 3年9月江苏海洋大学学报(自然科学版)J o u r n a l o f J i a n g s u O c e a n U n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n)V o l.3 2 N o.3S e p.2 0 2 3 D O I:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.2 0 9 6-8 2 4 8.2 0 2 3.0 3.0 1 3R A P精分料超薄磨耗层复合改性沥青混合料配合比设计及验证*封志虎1,侍坛涛2,董自明2,杨耀武3,唐洪堃3,程 杰3,李 硕1,4,李家伟1
2、(1.江苏海洋大学 土木与港海工程学院,江苏 连云港 2 2 2 0 0 5;2.连云港市金泰公路工程有限公司,江苏 连云港 2 2 2 1 0 0;3.连云港市公路事业发展中心,江苏 连云港 2 2 2 2 9 9;4.连云港科创工程质量检测有限公司,江苏 连云港 2 2 2 0 0 0)摘 要:为拓展因路面养护铣刨而产生的大量沥青混合料回收料(R A P)的应用范围,依托油石分离技术,利用物理碰撞方式将玄武岩R A P精分为1 01 5 mm,51 0 mm,35 mm,03 mm共4档料,采用复合改性沥青为高黏沥青改善R A P相关性能,进行1 0 0%R A P掺量超薄磨耗层的配合比设
3、计,并从高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性和构造深度等方面验证其路用性能。研究结果表明:超薄磨耗层最佳新掺油石比为3.0%,最佳综合油石比为6.3%;精分R A P超薄磨耗层的渗水系数极大,将标准马歇尔试件切开,其内部存在较多连通的空隙;精分R A P超薄磨耗层动稳定次数为1 3 4 0 4次/mm,远超规范所要求的3 0 0 0次/mm,表明其高温稳定性优越;而最大弯拉应变仅为2 4 3 8.6 9 4,表明低温抗裂性较差。关键词:道路工程;R A P;超薄磨耗层;复合改性沥青;配合比设计中图分类号:U 4 1 4 文献标志码:A 文章编号:2 0 9 6-8 2 4 8(2 0 2 3)0
4、3-0 0 8 7-0 7M i x D e s i g n a n d V e r i f i c a t i o n o f R A P F i n e A g g r e g a t e U l t r a-t h i n W e a r i n g C o u r s e C o m p o s i t e M o d i f i e d A s p h a l t M i x t u r eF E NG Z h i h u1,S H I T a n t a o2,D ONG Z i m i n g2,YANG Y a o w u3,T ANG H o n g k u n3,CHE N
5、G J i e3,L I S h u o1,4,L I J i a w e i1(1.S c h o o l o f C i v i l a n d O c e a n E n g i n e e r i n g,J i a n g s u O c e a n U n i v e r s i t y,L i a n y u n g a n g 2 2 2 0 0 5,C h i n a;2.L i a n y u n g a n g J i n t a i H i g h w a y E n g i n e e r i n g C o.,L t d.,L i a n y u n g a n g
6、 2 2 2 1 0 0,C h i n a;3.L i a n y u n g a n g H i g h w a y D e v e l o p m e n t C e n t e r,L i a n y u n g a n g 2 2 2 2 9 9,C h i n a;4.L i a n y u n g a n g K e c h u a n g E n g i n e e r i n g Q u a l i t y I n s p e c t i o n C o.,L t d.,L i a n y u n g a n g 2 2 2 0 0 0,C h i n a)A b s t r
7、 a c t:I n o r d e r t o e x p a n d t h e a p p l i c a t i o n s c o p e o f a l a r g e a m o u n t o f R e c l a i m e d A s p h a l t P a v e-m e n t(R A P)p r o d u c e d b y p a v e m e n t m a i n t e n a n c e m i l l i n g,b a s e d o n t h e a s p h a l t s t o n e s e p a r a t i o n t e
8、 c h n o l o g y,t h i s p a p e r u s e s t h e p h y s i c a l c o l l i s i o n m e t h o d t o f i n e l y d i v i d e t h e b a s a l t R A P i n t o f o u r g r a d e s o f 1 01 5 mm,51 0 mm,35 mm,03 mm,u s e s t h e c o m p o s i t e m o d i f i e d a s p h a l t t o i m p r o v e t h e r e l
9、 e v a n t p r o p e r t i e s o f R A P f o r t h e h i g h v i s c o s i t y a s p h a l t,c a r r i e s o u t t h e m i x d e s i g n o f 1 0 0%R A P c o n t e n t u l t r a-t h i n w e a r i n g c o u r s e.I t s r o a d p e r f o r m a n c e i s v e r i f i e d f r o m a s p e c t s s u c h a s
10、 h i g h t e m p e r a t u r e s t a b i l i t y,l o w t e m p e r a t u r e c r a c k r e s i s t a n c e,w a t e r s t a b i l i t y,a n d s t r u c-t u r a l d e p t h.T h e r e s e a r c h s h o w s t h a t t h e b e s t n e w a s p h a l t r a t i o o f u l t r a-t h i n w e a r i n g c o u r s
11、 e i s*收稿日期:2 0 2 2-1 1-2 2;修订日期:2 0 2 3-0 3-1 6基金项目:连云港市重点研发计划项目(社会发展)(S F 2 2 3 9);江苏海洋大学研究生科研与实践创新计划项目(KY C X 2 0 2 2-7 6)作者简介:封志虎(1 9 9 8),男,江苏连云港人,硕士研究生,研究方向为沥青混合料回收料(RA P),(E-m a i l)1 6 6 6 5 9 9 8 8 1q q.c o m。通信作者:李家伟(1 9 7 5),男,四川兴文人,研究员级高级工程师,硕士学位,研究方向为道路桥梁工程,(E-m a i l)7 0 2 3 8 2 1 9 9q
12、 q.c o m。3.0%,a n d t h e b e s t c o m p r e h e n s i v e a s p h a l t r a t i o i s 6.3%.T h e w a t e r p e r m e a b i l i t y c o e f f i c i e n t o f t h e f i n e R A P u l t r a-t h i n w e a r i n g l a y e r i s v e r y l a r g e.Wh e n t h e s t a n d a r d M a r s h a l l t e s t p i
13、e c e i s c u t,t h e r e a r e m a n y c o n n e c t e d v o i d s.T h e d y n a m i c s t a b i l i t y t i m e s o f f i n e R A P u l t r a-t h i n w e a r i n g l a y e r i s 1 3 4 0 4 t i m e s/mm,w h i c h i s f a r m o r e t h a n 3 0 0 0 t i m e s/mm r e q u i r e d b y t h e s p e c i f i
14、c a t i o n,i n d i-c a t i n g t h a t i t s h i g h t e m p e r a t u r e s t a b i l i t y i s s u p e r i o r.T h e m a x i m u m b e n d i n g a n d t e n s i l e s t r a i n i s o n l y 2 4 3 8.6 9 4,w h i c h s h o w s l o w t e m p e r a t u r e c r a c k r e s i s t a n c e i s p o o r.K e
15、y w o r d s:r o a d e n g i n e e r i n g;R A P;u l t r a-t h i n w e a r i n g c o u r s e;c o m p o s i t e m o d i f i e d a s p h a l t;m i x d e s i g n0 引言随着我国公路建设的飞速发展,公路运营里程逐年增加。公路以沥青混合料作为主要的路面结构材料。然而沥青路面的设计使用年限较短,加上超载等现实问题的存在,大量的旧沥青路面需要进行及时的养护与维修,这必然产生大量的沥青混合料回收 料(r e c l a i m e d a s p h
16、a l t p a v e m e n t,以 下 简 称R A P)1。同时,沥青、石料等原料价格逐年升高,极大增加了公路建设与养护成本;特别是在“碳达峰、碳中和”的政策背景下,路面刨铣下来的R A P被广泛关注2。国内外众多学者对R A P的应用展开了一系列的研究。S h a m s等3以再生剂为切入点,通过改变再生剂的类型,对比分析不同R A P掺量下S MA再生沥青混合料的低温抗裂性能;修金芹4利用反击-转子离心-多级联合筛分工艺对R A P进行预处理,进一步提升R A P在A C-1 6中的掺量;李宁等5利用3 D-M o v e A n a l y s i s有限元软件分析不同结构
17、组合的厂拌热再生沥青路面动力响应,发现当R A P掺量超过3 0%时,会导致再生路面结构出现拉裂破坏现象;K v a s n a k等6通过合成新型的石油基再生剂,进一步减少R A P中老化沥青黏结剂的刚度,从而达到提升R A P掺量的目的。大多数学者主要研究如何提高R A P在路面结构层的掺量,对将R A P材料应用于超薄磨耗层这一功能层研究较少。超薄磨耗层技术作为主要针对交通荷载大、路面性能要求高的路面而提出,主要应用于高等级公路沥青路面的预防性养护,也可以作为新建道路的表面磨耗层,因此其对沥青混合料的高温性能要求较高7。同时在 路面服役期 间,因荷载和 温度耦合 作用,R A P中的沥青
18、与基质沥青相比,其抗裂性、抗水损害能力和耐疲劳性均有所下降,但耐高温性有所提高8。因此将R A P应用于超薄磨耗层,可将老化沥青偏硬9这一劣势转换为优势。本文依托油石分离技术,利用物理碰撞方式将玄武岩R A P分离为4档料,采用复合改性沥青为高黏沥青改善R A P相关性能,进行超薄磨耗层的配合比设计,并从高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性和构造深度等方面验证其路用性能,进一步拓宽R A P的应用范围。1 原材料性质1.1 玄武岩R A P性质超薄磨耗层技术作为道路上面层的预防性养护技术,其对于抗压性、耐磨性、抗腐蚀性等性质要求高1 0。因此根据 公路沥青路面养护 技术规范(J T G 5 1 4
19、 22 0 1 9)要求,推荐采用磨耗值较大的玄武岩、辉绿岩。R A P原料选取玄武岩铺装的油石比为6.0%的S MA-1 3路面结构铣刨料,并采用油石分离技术,在不改变石料性质的前提下,通过物理碰撞方式将R A P分离为1 01 5 mm,51 0 mm,35 mm,03 mm这4档精分料。分离机器如图1所示,各档比例如表1所示。图1 精细分离机器F i g.1 F i n e s e p a r a t i o n m a c h i n e88江苏海洋大学学报(自然科学版)2 0 2 3年9月表1 玄武岩R A P精分料各档位所占比例T a b l e 1 P r o p o r t i
20、 o n o f e a c h g e a r o f b a s a l t R A P f i n e s e p a r a t i o n档位/mm比例/%1 01 52 051 02 5351 5034 0 超薄磨耗层摊铺厚度一般为1 02 5 mm,需严格控制粗集料的最大粒径,超粒径石料会影响摊铺和压实,导致混合料难以被压实,致使路用性能严重降低。因此根据表1中机器的出料档位,选取精细分离所得的51 0 mm,35 mm,03 mm这3档精分料,并按照 公路工程沥青及沥青混合料试验规程(J T G E 2 02 0 1 1)用 燃烧法测定 各档沥青 含量1 1,用溶液萃取法检测抽
21、提后集料相关性质1 2,结果如表2所示。表2 抽提后集料基本性能指标试验结果T a b l e 2 T e s t r e s u l t s o f b a s i c p e r f o r m a n c e i n d i c a t o r s o f a g g r e g a t e a f t e r e x t r a c t i o n基本性能集料粒径粗集料(51 0 mm)粗集料(35 mm)细集料(03 mm)指标试验方法沥青含量/%2.8 92.6 58.3 9压碎值/%1 6.22 6T 0 3 1 6吸水率/%1.2 6 51.1 5 52.0T 0 3 0 4表
22、观相对密度2.9 9 12.9 7 22.7 8 42.6 0T 0 3 0 4针片状含量/%2.61 5T 0 3 1 2砂当量/%6 2.46 0T 0 3 3 4棱角性/%3 2.5 33 0T 0 3 3 51.2 改性沥青性能福建省地方标准 公路路面半开级配超薄磨耗层施工技术规范(D B 3 5 T 1 7 2 22 0 1 7)推荐超薄磨耗层采用改性沥青为黏结材料。因此,本试验所用沥青为江苏天诺环境工程技术开发有限公司所研发的Q 2复合改性沥青,按照 公路工程沥青及沥青混合料试验规程(J T G E 2 02 0 1 1)检测基本性能指标,结果如表3所示。表3 复合改性沥青基本性能
23、指标检测结果T a b l e 3 T e s t r e s u l t s o f b a s i c p e r f o r m a n c e i n d i c a t o r s o f c o m p o s i t e m o d i f i e d a s p h a l t检测项目检测结果指标试验方法针入度(2 5,1 0 0 g,5 s)/(0.1 mm)5 34 06 0T 0 6 0 4延度(5,5 c m/m i n)/c m2 32 0T 0 6 0 5软化点(TR&B)/8 6.57 0T 0 6 0 6粘度(6 0)/(P as)5 8 0 4 62 0 0
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