不同RAP掺量对混合料抗水损害性能的影响

安平　胡宗文

【摘 要】本文分析铣刨料不同掺量对混合料抗水损害性能的影响，评价再生沥青混合料的水稳定性性能。

【关键词】RAP；水损害因素；水稳定性

【Abstract】in this paper， the influence of different mixing amount on the water damage resistance of the mixture is analyzed， and the water stability property of recycled asphalt mixture is evaluated.

【Key words】RAP； Water damage factors； Water stability

0 前言

水损害是沥青路面破坏的一种重要形式，尤其是沥青面层的早期破坏多与此有关。水损害是在水或冻融循环作用下，由于汽车动载反复作用，进入大沥青面层空隙里的水对沥青混合料引起冲刷和侵蚀，沥青的粘附性下降，使沥青膜从矿物表明脱落，从而沥青路面产生坑槽、松散等破坏，最终表现为沥青混合料的整体强度降低，因此沥青混合料的水稳定性最终是由浸水条件下沥青混合料物理力学性能降低的程度来表征的。现在广泛应用的有浸水马歇尔试验、冻融劈裂残留强度试验、浸水劈裂强度试验、浸水车辙试验等。

现在高速公路使用寿命远远达不到设计使用年限，沥青混凝土面层的水稳定性不足造成的路面早期水损害是重要原因。所谓沥青路面的水损害是指，在水或冻融循环的作用下，水进入沥青路面孔隙裂缝内，在沥青路面上的车辆动态荷载耦合作用下，不断产生动水压力或真空负压抽吸，两种现象循环往复使得水分逐渐渗入到沥青-集料界面上。水分在沥青与集料界面上持续存在导致沥青的粘附性逐渐降低直到失去粘结力，沥青与集料剥离，直观上的表现就是沥青混合料松散、掉粒最终形成坑槽等水损现象。

除荷载和水分等外部因素，水稳性主要决定因素是沥青混合料本身的抗水损害的能力。已有研究表明，同样是混合料设计合格的情况下，不均匀的混合料更易产生水损害。RAP材料与新料存在些许差异，更易出现拌合不均匀的现象，同时，回收的旧混合料表面的灰尘如果去除不干净势必会影响与新料的粘结。因此，评价再生沥青混合料的水稳定性尤为重要的工作。

1 沥青混合料水损害的作用机理

沥青与集料之间的粘附理论是沥青混合料水损害作用机理的主要依据。所谓粘附，是指一种物体和另一种物体粘结时的物理作用。

通常用来解释沥青与集料间粘附性的理论有四种，分别是分子定向理论、表面能理论、化学反应理论和力学理论。

1.1 分子定向理论

分子定向理论的观点是，沥青之所以会与集料间产生吸附性是因为沥青中的表面活性物质与集料表面形成了定向吸附。

组成表面活性物质的分子结构是不对称的，包括极性基团和非极性基团，极性基团所带的偶极矩是产生力场的根本原因。从微观角度分析沥青与集料的粘附，其过程如下：沥青与集料接触后，沥青材料的表面活性物质在集料表面首先发生极性分子的定向排列而形成吸附层；同时，极性力场中的非极性分子得到记性感应获得定向能力，形成致密的表面吸附层。由于水是极性分子且含有极性较强的氢键，所以水对石料的吸附力是很强的，低吸附性石油沥青与亲水性的石料粘附时仅有的物理吸附在水的作用下是很容易被破坏的。

1.2 表面能理论

表面能理论认为，能量原理是沥青与集料间粘附性的根本原因，即沥青润湿了集料表面形成的。沥青的润湿能力与其他液体一样取与其自身粘结力有关。

在混合料拌合过程中沥青扩散到矿料表面会产生能量交换，此交换是一种表面现象，靠的是沥青与集料的相互吸引。但是水对集料的粘附力要比沥青对集料的大得多，因此，水可以可破坏沥青与集料间形成的界面，使得沥青脱离集料产生水损害。

1.3 化学反应理论

化学反应理论的观点为：沥青与矿料形成粘附性是由于在两者的接触面发生了化学反应。该理论解释了碱性集料与酸性集料在与沥青粘附性上有差异的原因。

1.4 力学理论

该理论认为沥青与快料的粘附性主要是由分子间作用力形成的。

矿料的表面从微观上来讲是粗糙、高低不平的，这增大了矿料的表面积，使得沥青与矿料的接触面积增大，从而提高了两者之间的粘结力。除此之外，矿料还存在形态各异的孔隙和微裂缝，对沥青产生毛细管吸附作用，更增大了沥青与矿料间的粘结性。另一点就是，在混合料拌合和摊铺过程中，由于温度较高，沥青是以液态的形式渗入矿料的孔隙与裂缝中的，随着温度的下降沥青逐渐硬化产生楔入与锚固作用，增强了沥青与矿料之间的机械结合力。

以上四种理论从四种不同的角度解释了沥青与矿料的粘附机理，但由于沥青与矿料之间的作用十分复杂，任何一种理论的解释都是有限的，只有相互补充说明才能更好的解释沥青与矿料的吸附机理。

2 沥青混合料水损害的影响因素

沥青混合料的水损害主要与两种现象有关：一是，沥青与矿料间粘附性过小；二是，沥青的粘聚性减弱。综合四种理论对上述两种现象的分析，现将影响沥青混合料水稳定性的因素总结如下：

2.1 集料性质

含有较高硅质的酸性集料呈现较强的亲水性，更易受到水的作用导致与沥青剥落，碱性集料则与此相反，具有优于酸性集料的抗剥落性能；集料的表面化学性质、表面积和空隙率等都会对沥青混合料的水稳定性产生影响；集料表面的洁净度对其与沥青的粘附性也有很大影响，洁净的集料与沥青的粘附性要好些；集料的致密度和吸水率也对混合料的水稳定性有一定影响。

2.2 沥青性质

由于粘性大的沥青中的极性物质较多且有良好的润湿性，所以以粘性大的沥青为胶结料制成的混合料的水稳定性较好；沥青的组成成分也是混合料的水稳定性的一个重要影响因素，如经过聚合物改性的沥青制得的混合料的水稳定性较好。

2.3 混合料类型

沥青面层的混合料级配选择对于其抗水损害能力有很大影响。研究表明，沥青路面的空隙率在8%以下时，沥青层中的水在动荷载的作用下一般不会产生动水压力，从而不会造成水损害。

2.4 施工碾压

沥青路面如在雨天施工，路面碾压过程中会将一部分水封闭在沥青混合料中，这部分水将对沥青混合料的粘结性造成重大损害；寒冷潮湿的气候条件下进行沥青路面的施工更是对沥青混合料的水稳定性影响巨大；碾压工艺对混合料的各项路用性能均有不同程度的影响，如果碾压不足，混合料则存在较大的空隙率，不仅使得水更易进入混合料和路面结构内部造成早期水损害，还会产生早期的压密型永久变形。

2.5 离析和不均匀

沥青路面的水损害并不是在长达几百甚至上千公里的沥青路面的各个部分都发生的，而是在局部发生，有可能是若干小坑、一段行车道或者连续几公里损坏。之所以在局部发生是因为混合料在这局部发生离析，或者因为各种原因形成的混合料不均匀。

3 沥青混合料的水稳定性能评价

评价沥青混合料的水稳定性一般从两个方面进行：一是，评价沥青与矿料之间的粘附性，二是，直接评价沥青混合料的水稳定性。本文直接对新拌沥青混合料和再生沥青混合料进行水稳定性评价。

本论文采用LMT-3型沥青混合料材料性能试验系统，按照《沥青混合料试验规程》（T0729-2000）中的操作步骤，并在试件抽真空后封装时采用了CORELOK进行真空封装，以保证试件空隙充满水后冻结。试件直径100mm、高63.5mm，空隙率控制在6%～8%之间。试验温度为25℃，加载速率为50mm/min。以试验荷载最大值计算劈裂抗拉强度，以经受冻融循环的试件的劈裂抗拉强度与未经受冻融循环的试件的劈裂抗拉强度的比值的百分数作为冻融劈裂抗拉强度比TSR，来评价沥青混合料的水稳定性。

本文比较了不同RAP掺量对混合料抗水损害性能的影响，30%比例掺加了2%普通硅酸盐水泥作为抗剥落剂对比验证。

由图1、图2、表1可以看出，再生沥青混凝土劈裂强度较新拌沥青混合料强度有提高，随着RAP料的掺加，混合料劈裂强度及损失区别并不大，掺加2%水泥作为抗剥落剂后，TSR值有明显改善，施工过程建议采用掺加2%水泥以提高再生混合料的使用性能。

【参考文献】

[1]JTGF41-2008公路沥青路面再生技术规范[S].北京：人民交通出版社.

[2]沈金安.沥青及沥青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社.

[3]美国沥青再生协会.美国沥青路面再生指南[M].北京：人民交通出版社.

[责任编辑：王楠]