RAP温度对泡沫沥青冷再生混合料强度的影响研究

王友福 王偲 朱弘宇 赵学颖 王中帅

摘要 随着技术的不断进步，将废旧沥青混合料（RAP）用于现场冷再生施工沥青路面封层的路面养护案例越来越多。尽管如此，目前针对制备泡沫沥青冷再生混合料所用原材料的温度对混合料使用性能的影响研究仍尚存欠缺。因此，该研究将以此为切入点，通过浸水劈裂试验分析RAP温度、泡沫沥青温度与用量对泡沫沥青冷再生混合料强度与使用性能的影响。试验结果表明，对于不同的RAP温度与沥青温度，其最佳沥青用量不同，同时当RAP温度更高时，即RAP温度为55℃时，泡沫冷再生沥青混合料强度更高，使用性能更好，由此推知夏季高温季节更适合进行就地冷再生沥青混合料封层施工。

关键词 废旧沥青混合料（RAP）;温度影响;泡沫沥青;冷再生混合料

中图分类号 U414 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）13-0169-03

0 引言

泡沫冷再生沥青混合料已经广泛应用于我国的各级公路养护，尤其是就地冷再生技术。现场施工时，泡沫沥青由温度介于160～180 ℃的沥青结合料、冷水与空气混合，经搅拌发泡后制备。众所周知，温度对于沥青混合料性能具有较大影响，故温度对于泡沫冷再生沥青混合料的使用性能亦具有较大影响。目前，已经有大量研究人员针对不同泡沫沥青温度对于泡沫沥青混合料使用性能影响开展研究。Brennen等经过研究表明当泡沫沥青的制备温度为160 ℃，水的掺加量为2%时，泡沫沥青的膨胀比与半衰期最佳[1];Mohammad等认为对于PG 58-28的沥青混合料，最佳用水量为2.75%[2];Marquis等研究发现对于PG 64-28的沥青混合料，当最佳用水量为3.0%，温度为160 ℃时，泡沫沥青的膨胀率为11%，半衰期为8.5 s[3]。综上，尽管目前已经开展了大量针对泡沫沥青温度对于混合料的使用性能影响的研究，然而关于冷再生泡沫沥青混合料使用性能受RAP温度与泡沫沥青温度的影响尚且存疑[4-6]。冷再生泡沫沥青混合料中应用RAP充当集料，而RAP性能与普通集料差别较大，其表面完全或部分附着已经完全老化硬化的沥青胶浆，且RAP经过破碎后而得，其级配已与普通集料差距较大，此时再利用泡沫沥青作为冷再生混合料的沥青结合料，其使用性能必然与新拌泡沫沥青混合料差距较大。因此，该研究将以此为切入点，通过浸水劈裂试验分析研究RAP温度、泡沫沥青温度与用量对于泡沫沥青冷再生混合料使用性能的影响，以期为提升泡沫沥青冷再生混合料长期使用性能提供参考。

1 试件制备与试验条件

该研究RAP用量为100%，水泥掺量为1.5%，泡沫沥青的用水量为3%。旋转压实成型的泡沫沥青混合料试件在40 ℃条件下养生3天并且在室温条件下冷却2 h后，放入25 ℃水中浸泡使其充分饱水。

该研究选择的控制变量为：沥青温度、RAP温度、泡沫沥青用量。其中沥青温度为：160 ℃、180 ℃;RAP温度为：25 ℃、40 ℃、55 ℃;泡沫沥青用量为：1%、2%、3%。

2 试验结果分析

不同沥青温度、RAP温度与泡沫沥青用量条件下的冷再生泡沫沥青混合料浸水劈裂强度试验结果如表1所示。

通过表1结果可以看出，当RAP温度更高时，冷再生泡沫沥青混合料浸水劈裂强度更高，使用性能更好。这一结果表明夏季高温条件下铣刨而得的RAP，用于就地冷再生沥青混合料封层施工，可能强度与使用性能优于其他季节条件时施工的路面封层。为了进一步分析表1数据，将不同条件下冷再生泡沫沥青混合料浸水劈裂试验结果的平均值绘制如图1所示。

通过图1可以更加清晰地看出当沥青与RAP温度更高时，泡沫冷再生沥青混合料强度更高。这可能是由于当RAP温度更高时，对于沥青泡沫在RAP表面的消散具有帮助作用，从而形成更加均匀的胶浆体系，使得浸水劈裂强度更高，使用性能更好，并且溫度更高的RAP可以使得泡沫沥青能够更好地发挥其粘结作用。进一步观察图1（a）、（b）、（c），当泡沫沥青用量为1%，沥青温度为180 ℃时，冷再生泡沫沥青混合料浸水劈裂强度随着RAP温度的升高先增加后减小，RAP最佳温度介于25～55 ℃之间，而在该研究中的其他泡沫沥青用量和沥青温度条件下，冷再生泡沫沥青混合料浸水劈裂强度均随着RAP温度的提高不断增大，此时的RAP最佳温度通过该次试验并不能够观察得到。这可能是由于当泡沫沥青用量为1%时，泡沫沥青用量较小，当沥青温度提升至180 ℃时已经能够充分发挥泡沫沥青的粘结作用，而对于其他泡沫沥青用量（当泡沫沥青用量为2%、3%时），若仅为获得更高的浸水劈裂强度，可能能够通过进一步提高沥青温度来实现，然而，大量工程实践经验表明，若沥青温度进一步提升，沥青老化现象严重，尤其是当沥青温度超过180 ℃时，故不断提高沥青温度可能亦无法获得更高的浸水劈裂强度与再生混合料使用性能。因此，对于如何能够获得更高的浸水劈裂强度，需要后续进一步进行试验研究。

为了进一步分析泡沫沥青用量对冷再生泡沫沥青混合料使用性能的影响，不同RAP温度下冷再生泡沫沥青混合料浸水劈裂强度试验结果如图2所示。

通过图2可以看出，除沥青温度为160 ℃，RAP温度为55 ℃外，当泡沫沥青的用量为2%时，冷再生泡沫沥青混合料浸水劈裂强度均最大。沥青温度为160 ℃，RAP温度为55 ℃，为本次试验的最高RAP温度与最低沥青温度。故该条件下混合料浸水劈裂强度并未在2%泡沫沥青用量时取得最大值，可能是由于此时RAP温度相较于沥青温度较高，沥青温度与RAP温度的匹配性较差，不能获得更高的浸水劈裂强度与更加理想的使用性能。

因此，该研究推荐：当泡沫沥青推荐用量为2%时，沥青推荐温度为180 ℃，RAP推荐温度为55 ℃;当泡沫沥青推荐用量为1%时，沥青推荐温度为160 ℃，RAP推荐温度为55 ℃。

3 结论

尽管目前已经开展了大量针对泡沫沥青温度对冷再生沥青混合料使用性能影响的研究，然而针对RAP温度、沥青用量与温度对于泡沫沥青冷再生混合料性能影响的研究仍存不足。因此，该研究从这一点出发，通过浸水劈裂试验，研究不同RAP温度（25 ℃、40 ℃、55 ℃）、沥青温度（160 ℃、180 ℃）与泡沫沥青用量（1%、2%、3%）条件下，泡沫沥青冷再生混合料的强度和使用性能。试验结果显示，当RAP温度更高时，泡沫冷再生沥青混合料强度更高，这可能是由于高温条件对RAP表面的泡沫沥青消散起到帮助作用，能够形成更加均匀的胶浆体系，提高了浸水劈裂强度，优化了使用性能。因此，该研究推荐在夏季高温季节施工就地冷再生沥青混合料封层。

参考文献

[1] Brennen， M.， Tia， M.， Altschaeffl， A. G.， and Wood， E. L. （1983）.“Laboratory investigation of the use of foamed asphalt for recycled bituminous pavements.” Transportation Research Record 911， Transportation Research Board， Washington， DC， 80–87.

[2] Mohammad， L. N.， Abu-Farsakh， M. Y.， Wu， Z.， and Abadie， C. （2003）. “Louisiana experience with foamed recycled asphalt pavement base materials.” Transportation Research Record 1832， Transportation Research Board， Washington， DC， 17–24.

[3] Marquis， B.， et al. （2003）. “Design， construction and early performance of foamed asphalt full depth reclaimed （FDR） pavement in Maine.” Proc.， 82nd TRB Annual Meeting （CD-ROM）， Washington， DC.

[4]丛培， 凌涛. 泡沫沥青冷再生混合料疲劳特性及其长寿命冷再生沥青路面结构优化[J]. 公路， 2021（12）： 8-16.

[5]余晖， 郑炳锋， 黄毅， 等. 泡沫温拌再生沥青混合料力学性能研究[J]. 中外公路， 2021（4）： 277-281.

[6]窦志荣. 基于泡沫沥青温拌再生沥青混合料基体的半柔性路面路用性能研究[J]. 中华建设， 2021（8）： 50-51.