關(guān)鍵詞：道路工程 | 熱再生改性瀝青混合料 | 溫度 | 加載頻率 | 動(dòng)態(tài)模量 | 主曲線

近年來(lái)，廠拌熱再生技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，是瀝青路面再生利用的主要方式之一，具有以下優(yōu)點(diǎn)：保護(hù)不可zai生資源；比傳統(tǒng)混合料節(jié)約能耗；可通過(guò)合理選擇新集料、瀝青和再生劑來(lái)調(diào)整原配合比，解決原混合料級(jí)配和瀝青結(jié)合料的問(wèn)題[1-3]。鑒于瀝青混合料是典型的黏彈性材料，且瀝青路面在服役過(guò)程中所受荷載為動(dòng)態(tài)荷載[4]，因此靜態(tài)模量并不能反映廠拌熱再生瀝青混合料在實(shí)際服役過(guò)程中的力學(xué)特性[5-6]。肖慶一等[7]研究了再生劑對(duì)高摻量熱再生瀝青混合料各項(xiàng)性能的影響，并充分肯定了再生劑的作用。羅群星[8]選用70#基質(zhì)瀝青為新?lián)綖r青，分析了RAP摻量對(duì)熱再生瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量的影響。然而，目前針對(duì)廠拌熱再生SBS改性瀝青混合料的研究還是相對(duì)較少。

為了獲取改性瀝青熱再生混合料的動(dòng)態(tài)特性，本文以SBS改性瀝青作為新加瀝青，設(shè)計(jì)了0%、30%和45%三種RAP摻量的熱再生改性瀝青混合料，分別開(kāi)展動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)，以期為熱再生改性瀝青混合料設(shè)計(jì)參數(shù)的獲取及其瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供更多有價(jià)值的參考數(shù)據(jù)。

熱再生混合料配合比設(shè)計(jì)與動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)方案

原材料

本文試驗(yàn)新集料材質(zhì)為石灰?guī)r，產(chǎn)地為湖北咸寧，礦粉為石灰?guī)r礦粉，新瀝青采用江蘇某公司提供的SBS改性瀝青，質(zhì)量符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）的技術(shù)要求。試驗(yàn)研究RAP料來(lái)自湖北武漢某二級(jí)公路瀝青面層的銑刨料。

集料級(jí)配設(shè)計(jì)

新集料采用石灰?guī)r，RAP料按照粗細(xì)為1∶2的比例分別設(shè)計(jì)了0%、30%和45%三種RAP摻量的熱再生改性瀝青混合料，集料合成級(jí)配如表1所示。

馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

不同RAP摻量下熱再生改性瀝青混合料的zui佳油石比及馬歇爾指標(biāo)，具體結(jié)果如表2所示。

動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)方案

本文采用美國(guó)NCHRP項(xiàng)目研發(fā)的簡(jiǎn)單性能試驗(yàn)儀(SPT) 作為試驗(yàn)設(shè)備，相應(yīng)試驗(yàn)溫度及加載頻率參照《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）執(zhí)行，具體動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)條件設(shè)計(jì)如下：混合料類型為AC-25C型；三種RAP摻量（0%、30%、45%）；加載波形采用正弦波；試件采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)（SGC）方法成型，試件尺寸為Φ100mm×170mm，切除兩端得到Φ100mm×150mm的試驗(yàn)用試件，分別在-10℃、5℃、20℃、35℃和50℃五個(gè)溫度，以及0.1Hz、0.5Hz、1Hz、5Hz、10Hz及25Hz六個(gè)頻率下進(jìn)行試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)果與分析

動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)結(jié)果

本文在同一條件下，對(duì)三種不同RAP摻量的熱再生改性瀝青混合料開(kāi)展了三次單軸壓縮動(dòng)態(tài)模量平行試驗(yàn)。隨加載頻率的擴(kuò)大，三種瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量逐漸變大，試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著試驗(yàn)溫度的升高，三種瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量逐漸減小。

溫度對(duì)熱再生改性瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量的影響

為了分析溫度對(duì)動(dòng)態(tài)模量的影響，本文繪制了不同加載頻率下熱再生改性瀝青混合料動(dòng)態(tài)壓縮模量隨溫度的變化關(guān)系，如圖2所示。

從圖2可以得出，在同一加載頻率下，動(dòng)態(tài)模量均表現(xiàn)出隨溫度升高而逐步下降的統(tǒng)一趨勢(shì)；從數(shù)值上看，溫度逐步升高時(shí)，動(dòng)態(tài)模量隨溫度的變化逐步減小，即在相同溫度變化區(qū)間內(nèi)，溫度越高，對(duì)動(dòng)態(tài)模量的影響越弱。在整個(gè)試驗(yàn)溫度及加載頻率下，隨著RAP摻量的增加，熱再生改性瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量不斷增加，且動(dòng)態(tài)模量值增加的幅度隨溫度的升高而減小。

頻率對(duì)熱再生改性瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量的影響

為了分析加載頻率對(duì)動(dòng)態(tài)模量的影響，本文繪制了不同試驗(yàn)溫度下熱再生改性瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量與加載頻率之間的變化關(guān)系，如圖3所示。

由圖3可知，在單一試驗(yàn)溫度下，隨著加載頻率上升，熱再生改性瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量值呈現(xiàn)出統(tǒng)一上升趨勢(shì)，即加載頻率越大，動(dòng)態(tài)模量值越大，反之則越小，這說(shuō)明隨著加載頻率的降低，瀝青混合料的黏性表現(xiàn)愈發(fā)明顯。同理，就動(dòng)態(tài)模量數(shù)值而言，RAP摻量越高，其圖像位置越高，說(shuō)明動(dòng)態(tài)模量隨RAP的增加呈上升趨勢(shì)，即RAP摻量越大，混合料的動(dòng)態(tài)模量越大。

不同摻量熱再生改性瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量主曲線

基于黏彈性材料的時(shí)溫等效原理，可將不同RAP摻量的熱再生改性瀝青混合料在不同試驗(yàn)溫度下得到的動(dòng)態(tài)模量和相位角值進(jìn)行位置平移，從而得到各溫度下的移位因子及一條在某一特定參考溫度下的主曲線。本文用于確定動(dòng)態(tài)模量主曲線的西格摩德(Sigmoidal) 函數(shù)如公式（1）所示。

式中，|E*|為動(dòng)態(tài)模量的模；fr為縮減頻率，單位Hz；κ、β、δ、γ為主曲線擬合系數(shù)。

根據(jù)時(shí)溫等效原理，以20℃為參考溫度，聯(lián)立公式（1）求得不同RAP摻量熱再生改性瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量主曲線相關(guān)參數(shù)如表3所示，動(dòng)態(tài)模量與縮減頻率之間的關(guān)系及主曲線擬合結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，本文用于確定動(dòng)態(tài)模量主曲線的西格摩德（Sigmoidal）函數(shù)與熱再生改性瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量數(shù)據(jù)的相關(guān)性很好，擬合度均高于0.98，如表3所示。隨著縮減頻率的變大，不同RAP摻量的熱再生改性瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量值逐漸大，但增長(zhǎng)速率逐漸減緩；RAP摻量的增加對(duì)熱再生改性瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量影響較為明顯，相比較而言，整體上從低頻到高頻（或高溫到低溫），RAP摻量越大，動(dòng)態(tài)模量主曲線的位置越高，即熱再生改性瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量值也越大。

結(jié)束語(yǔ)

本文分析了RAP摻量、試驗(yàn)溫度，以及加載頻率對(duì)熱再生改性瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量及主曲線的影響，得出以下結(jié)論：基于動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)，熱再生改性瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量值隨RAP摻量的增加而擴(kuò)大，隨著加載頻率的增加而不斷變大，隨著溫度的升高而不斷減??；構(gòu)建了不同RAP摻量的熱再生改性瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量主曲線，整體上隨著RAP摻量的變大，動(dòng)態(tài)模量呈上升趨勢(shì)，隨著加載頻率增加或試驗(yàn)溫度的降低，動(dòng)態(tài)模量值表現(xiàn)出一致的上升趨勢(shì)，但增長(zhǎng)速率逐漸趨緩；熱再生改性瀝青混合料對(duì)比不摻再生料的熱拌混合料在高頻區(qū)或低溫條件下，RAP摻量越大動(dòng)態(tài)模量也越大，在低頻區(qū)或高溫條件下，則隨RAP摻量動(dòng)態(tài)模量大的不明顯。

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意大利matest-Pavetest 瀝青混合料性能試驗(yàn)儀AMPT是一套液壓伺服控制試驗(yàn)系統(tǒng)，專為執(zhí)行 NCHRP 項(xiàng)目 9-19 和 9-29 的三個(gè)瀝青混合料試驗(yàn)而設(shè)計(jì)制造的，三個(gè)試驗(yàn)分別是動(dòng)態(tài)模量、流動(dòng)次數(shù)和流動(dòng)時(shí)間試驗(yàn)。

瀝青混合料性能試驗(yàn)儀AMPT也是 AASHTO TP79-09 規(guī)范中描述的使用瀝青混合料性能試驗(yàn)儀（AMPT）確定熱拌瀝青混合料（HMA）動(dòng)態(tài)模量和流動(dòng)次數(shù)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法所要求的設(shè)備。同時(shí)，也可以執(zhí)行 AASHTO TP107-17 使用 AMPT 進(jìn)行連續(xù)拉伸疲勞測(cè)定瀝青混合料的損傷特征曲線和破壞標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法。

此外，意大利matest-Pavetest AMPT還可以進(jìn)行瀝青混合料的直接拉伸疲勞、間接拉伸、動(dòng)態(tài)模量、遞增的重復(fù)加載yong久變形、半圓彎曲和面層反射裂縫等試驗(yàn)。意大利matest-Pavetest AMPT 配置性能優(yōu)異的CDAS/CDAS2數(shù)字式控制器，TestLab軟件和所有配件，實(shí)現(xiàn)硬件和軟件的統(tǒng)一。

產(chǎn)品特點(diǎn)

▍緊湊，自成一體的試驗(yàn)設(shè)備

▍半導(dǎo)體（TE）加熱 / 制冷，相對(duì)機(jī)械式加熱制冷更加可靠環(huán)保

▍可選裝水冷半導(dǎo)體制冷單元，效率更加高

▍內(nèi)置自由芯的磁力試件表面位移傳感器，也可選 Epsilon 引伸計(jì)

▍傳感器固定端子粘接工具，滿足動(dòng)態(tài)模量和直接拉伸試驗(yàn)的同時(shí)，還可為S-VECD試驗(yàn)粘接上下粘接拉板

▍變頻控制液壓?jiǎn)卧?，確保安靜的操作環(huán)境

▍內(nèi)置靜音空壓機(jī)及空氣凈化裝置，無(wú)需另外配備壓縮空氣，動(dòng)態(tài)模量校驗(yàn)裝置

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