SMA温拌再生沥青混合料抗疲劳特性的实验研究

王 颖

(潍坊科技学院， 山东 寿光 262700)

SMA温拌再生沥青混合料抗疲劳特性的实验研究

王 颖

(潍坊科技学院， 山东 寿光 262700)

以陕西某高速公路西安段的上面层RAP和混合料SMA — 13为主要材料，采用四点弯曲疲劳试验，对SMA温拌再生沥青混合料抗疲劳特性实验进行了研究。结果表明，随着荷载作用次数增加，SMA温拌再生沥青混合料的劲度模量逐渐减小；在温拌工艺、混合料技术、RAP掺量均相同时，当应变水平从800 με增加到1200 με，混合料劲度模量和累积耗散能呈下降趋势，增加应变水平可降低混合料劲度模量和累积耗散能；在温拌工艺、混合料技术均相同时，随着RAP掺量增大，混合料劲度模量和累积耗散能呈增加趋势，添加RAP可提高混合料劲度模量和累积耗散能；在RAP掺量分别为为0、25%、35%时，同坐标下，采用干拌法和湿拌法的再生SMA沥青混合料疲劳次数与累积耗散能线性关系良好，混合料疲劳次数、累积耗散能间的线性关系，与是否添加Sasobit温拌剂、采用何种温拌制备工艺、RAP掺量多少等无关。

抗疲劳； 再生沥青； SMA温拌； 掺量

1 概述

随着绿色公路理念的不断推广，温拌再生(SMA)混合料因具有减少碳排放、循环利用等优势引起广泛关注[1-3]。SMA技术属于公路行业的一项新技术，它结合了废旧沥青混合料(RAP)再生利用技术和节能环保温拌技术，并将其应用于SMA 沥青混合料中，可减缓新和旧沥青的老化、降低施工温度、降低生产温度，将SMA类RAP再生利用[4-6]。温拌沥青混合料技术可将施工和混合料拌的温度降低约25 ℃左右，将SMA技术用于公路建设，可降低污染、节约能源[7-9]。

沥青路面破坏的主要模式是疲劳开裂，重复荷载作用达到一定程度，疲劳开裂现象就会路面产生[11]。国内外目前研究沥青混合料疲劳性能方法主要有力耗散能法、学近似法、现象学法，但对沥青混合料的疲劳性能来说，这些方法很难进行统一预测。试验沥青混合料疲劳性能的方法很多，如小型材料试件室内疲劳试验等[12]，《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20 — 2011)规定，沥青混合料疲劳性能采用的试验方法为四点梁弯曲疲劳试验。自SMA温拌再生技术面世后，研究者对其相关性能全面进行了研究，因各种因素制约，混合料疲劳性能方面的研究缺少相应支持。本文以陕西某高速公路西安段的上面层RAP和混合料SMA — 13为主要材料，四点弯曲疲劳试验，对SMA温拌再生沥青混合料抗疲劳特性实验进行了研究。

2 试验材料及相关性能

2.1 RAP材料

RAP为陕西某高速公路西安段的上面层，混合料为SMA — 13，因RAP级配改变较大，本文依据JTGE20 — 2011相关规定，采用4.65、9.0、16 mm做界限，通过将RAP进行破碎，形成三档RAP，分别为0～5、5～10、10～16 mm，将大于16 mm的超粒径RAP去除。分别进行RAP抽提试验，测试其密度、级配、回收沥青的性能；本文的矿料为矿粉、石灰岩粒径为0～3 mm、玄武岩粒径为5～10 mm和10～15 mm，采用SBS改性沥青(见表1,表2)。

2.2 新集料及新沥青

本文测试了新矿料的密度、级配、新沥青性能进行了测试。其中表3为新集料级配，表4为新集料密度，表5为新沥青性能。

表1 回收旧SMA材料各指标检测值Table1 ThedetectionvaluesofallindexesofrecycledoldSMAma⁃terials指标回收SMA材料玄武岩新集料技术要求压碎值/%176141≤26磨耗损失/%192155≤28表观相对密度/(g·cm-3)28752963≥260吸水率/%067053<2坚固性/%10171<12针片状粒径含量>95mm/%4061<12针片状粒径含量<95mm/%1430<18软石含量/%062095<3水洗法<0075颗粒含量/%082069<1

表2 RAP中旧沥青测试值Table2 ThetestvaluesofoldasphaltinRAP检测项针入度/(01m)软化点/℃延度(15℃)/cm135℃黏度/(Pa·s)163℃黏度/(Pa·s)原值30971875352074测试值72693356184

表3 新集料级配Table3 Thegradationofvirginaggregate方孔筛孔径/mm通过下列筛孔尺寸(mm)百分率/%0～55～1010～16160100010001000132100010009029010009952164651000178282348194222117510332106235328220322312421016181221800741371716

表4 新集料密度Table4 Thespecificgravityofvirginaggregate (g·cm-3)分类毛体积密度表观密度表干密度矿粉2810 0～5m 2816 5～10m28432911286610～15m284329172867

表5 新沥青性能(测试值)Table5 Theperformanceofnewasphalt针入度/(01m)软化点/℃延度(15℃)/cm135℃黏度/(Pa·s)7028643681615

2.3 SMA温拌沥青设计

试验时添加6%再生剂，目的是通过再生剂，使老化沥青的部分性能得到恢复。新沥青为北方公路建设常用的SBS改性沥青，同时添加3%的木质素纤维。采用最可能接近原则，进行不同RAP 掺量温拌再生SMA混合料的级配，表6为不同RAP掺量SMA温拌再生混合料级配。根据RAP 掺量的不同，将级配分为3种，分别为0%的RAP级配、25%的RAP级配、35%的RAP级配，分别在SMA中加入沥青总量3%德国Sasobit-Wax公司生产的Sasobit温拌剂，对SMA温拌沥青进行设计。

2.4 SMA温拌沥青的制备

根据制备工艺，进行SMA温拌沥青的制备，新矿料拌和温度、加热温度要低于SMA温拌沥青新矿料拌和温度、加热温度约30 ℃，分别为156、146 ℃，本研究采用湿拌法、干拌法2种工艺制备SMA温拌沥青。

表6 不同RAP掺量SMA温拌再生混合料级配Table6 ThedifferentRAPmixingamountofSMAwarmmixrecycledmixturegradation级配筛孔尺寸/mm161329023411706203201600740%RAP1009405662381801511211069125%RAP10090851219415614513412510535%RAP100898608228168154141130111级配上限100100750260240200160150120级配下限1009005001501401201009080

2.5 SMA温拌沥青疲劳试验条件

SMA温拌沥青的疲劳试验按照JTGE20 — 2011规程进行，试件大小为380.0 mm×63.5 mm×50.0 mm，试验设备为澳大利亚生产的UTM — 100伺服液压多功能材料试验机，使用3种应变控制模式，即800×10-6、1000×10-6、1200×10-6，采用频率为10 Hz，进行偏正弦波连续加载。

3 结果与讨论

3.1 四点弯曲疲劳试验

在RAP掺量为0、25%、35%的情况下，温拌再生SMA沥青混合料，湿拌法和干拌法两种不同拌和方式，添加Sasobit进行再生SMA沥青混合料的温拌，在750、950、1150 με 3种应变水平下进行四点弯曲疲劳试验，在疲劳试验中，主要指标数据有3个，分别为累积耗散能WCD、疲劳寿命Nf、劲度模量S0，表7为不同RAP掺量SMA温拌再生混合料的疲劳特性。

3.2 劲度模量变化

3.2.1 荷载作用次数对劲度模量的影响

图1为荷载作用次数对SMA温拌再生沥青混合料劲度模量的影响，从图1可以看出: 通过控制应变模式，在四点弯曲疲劳试验中，随着荷载作用次数增加，SMA温拌再生沥青混合料的劲度模量逐渐减小。SMA温拌再生沥青混合料的劲度模量与荷载作用次数曲线明显分为3部分，在前段部分，即循环次数小于20000次，随着荷载循环次数的增加，SMA温拌再生沥青混合料的劲度模量下降快速，这是因为在试件内部，存在一些杂质和微小的裂缝，通过荷载的作用，在局部形成应力集中，产生了新界面，导致结构内部通过重新组合，对外部作用造成影响进行抵抗；在中间段部分，即在循环次数为20000～140000次的范围内，随着荷载循环次数的增加，SMA温拌再生沥青混合料的劲度模量下降的速度减慢，并呈线性下降状态，这是因为在试件内部，有微裂缝逐渐产生，沥青混合料通过自愈，在自愈及扩展之间，引起微裂缝变化持续稳定发展；在后段部分，即在循环次数大于140000次，随着荷载循环次数的增加，SMA温拌再生沥青混合料的劲度模量下降迅速，这是因为在部分沥青混合料试件内部，形成大量的裂缝的缘故。

表7 不同RAP掺量SMA温拌再生混合料疲劳特性Table7 ThefatiguepropertiesofSMAwarmmixrecycledmixturewithdifferentRAPcontentPAP掺量/%应变水平/με干拌法湿拌法S0/MPaNf/次WCD/MPaS0/MPaNf/次WCD/MPa8004906107469383548691173314460100047073209118824937196761121200435594027474470780152480064671231495718671313936966472510005861267541862623620001152112005560973499255731140911648006842616293113687411001954803510006558149241222650416104128812005663911495558086884767

图1 荷载作用次数对劲度模量的影响Figure 1 The effect of load action on the modulus of satisfaction

3.2.2 应力水平对劲度模量的影响

图2为应力水平对SMA温拌再生沥青混合料的劲度模量的影响，从图2可以看出: 在温拌工艺相同、混合料技术相同、RAP掺量相同的条件下，随着应变水平从800 με增加到1200 με，SMA 沥青混合料的劲度模量呈下降趋势。这表明，增加应变水平，可降低SMA 沥青混合料的劲度模量。在应变水平、RAP掺量相同的条件下，当RAP掺量为0时，SMA 沥青混合料比RAP掺量为25%和35%的劲度模量值要低，这表明Sasobit温拌剂在RAP掺量为0时，可降低SMA 沥青混合料劲度模量。35%的RAP掺量比25%的劲度模量要高，这说明通过增加RAP的掺量，可提高SMA 沥青混合料劲度模量。在温拌工艺相同、混合料技术相同条件下，随着添加的RAP掺量的增大，SMA 沥青混合料劲度模量呈增加趋势，这说明加入RAP可提高SMA 沥青混合料劲度模量。

图2 应力水平对劲度模量的影响Figure 2 The effect of stress level on the modulus of satisfaction

3.3 累积耗散能

3.3.1 应力水平对累积耗散能的影响

图3为应力水平对SMA温拌再生沥青混合料的累积耗散能的影响，从图3可以看出: 在温拌工艺相同、混合料技术相同、RAP掺量相同的条件下，随着应变水平从800 με增加到1200 με，SMA 沥青混合料的累积耗散能呈下降趋势。在温拌工艺相同、混合料技术相同条件下，随着添加的RAP掺量的增大，SMA 沥青混合料累积耗散能呈增加趋势，这说明加入RAP可提高SMA 沥青混合料累积耗散能。

图3 应力水平对累积耗散能的影响Figure 3 The effect of stress level on cumulative dissipated energy

3.3.2 基于累积耗散能法分析

在双对数坐标系中，将表7中不同沥青累积耗散能分别绘出，通过幂次拟合，得到累积耗散能与疲劳次数关系拟合图，见图4。从图4可以看出: 在RAP掺量分别为为0、25%、35%时，在同坐标下，干拌法和湿拌法的再生SMA沥青混合料疲劳次数与累积耗散能线性关系良好，对于这种线性关系来说，温拌制备工艺、温拌技术、掺量变化等因素是否相同，均不会影响它的线性特征，也就是说，混合料疲劳次数、累积耗散能间的线性关系，同是否添加Sasobit温拌剂、采用何种温拌制备工艺、RAP掺量多少等无关。25%、35%的温拌SMA 沥青混合料的累积耗散能、疲劳次数具有良好线性关系，通过回归分析试验结果，得出混合料疲劳次数、累积耗散能间的

图4 累积耗散能与疲劳次数关系曲线Figure 4 The relation curve of cumulative dissipated energy and fatigue

幂次关系方程，见公式(1)：

(1)

4 结论

① 随着荷载作用次数增加，SMA温拌再生沥青混合料的劲度模量逐渐减小。

② 在温拌工艺相同、混合料技术相同、RAP掺量相同的条件下，随着应变水平从800 με增加到1200 με，SMA沥青混合料的劲度模量和累积耗散能呈下降趋势。这表明，增加应变水平，可降低SMA沥青混合料的劲度模量和累积耗散能。在温拌工艺相同、混合料技术相同条件下，随着添加的RAP掺量的增大，SMA沥青混合料劲度模量和累积耗散能呈增加趋势，这说明加入RAP可提高SMA沥青混合料劲度模量和累积耗散能。

③ 在RAP掺量分别为为0、25%、35%时，在同坐标下，干拌法和湿拌法的再生SMA沥青混合料疲劳次数与累积耗散能线性关系良好，混合料疲劳次数、累积耗散能间的线性关系，同是否添加Sasobit温拌剂、采用何种温拌制备工艺、RAP掺量多少等无关。

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Experimental Study on Anti Fatigue Property of SMA Warm Mix Recycled Asphalt Mixture

WANG Ying

(Weifang University of Science and Technology; Shouguang, Shandong 262700,China)

In this paper, we take the upper layer RAP and the mixed material SMA — 13 as the main material the section of a highway of Xi′an in Shaanxi, using four point bending fatigue test of asphalt mixture fatigue properties was studied on the regeneration of SMA warm mix.The results show that as the load increased the number of SMA warm mix asphalt mixture stiffness modulus decreases gradually; in the process, the mixture of warm mix technology, the content of RAP are the same, when the strain level from 800 to 1200 Mu Mu epsilon epsilon, mixture stiffness modulus and cumulative dissipated energy decreased and the increase of strain level can reduce mixture stiffness modulus and cumulative dissipated energy; in the process, the mixture of warm mix technology are the same, with the increasing dosage of RAP, mixture stiffness modulus and cumulative dissipated energy increased, adding RAP can improve the mixture stiffness modulus and cumulative dissipated energy in RAP doped; were 0, 25% and 35%, with the coordinates, the regeneration of SMA asphalt mixture fatigue dry mixing method and wet mixing method and cumulative dissipated energy a good linear relationship.The linear relationship between the number of mixture fatigue, the cumulative dissipated energy, and whether to add Sasobit warm mix agent, the warm mix of the preparation process, the amount of RAP mixing.

anti fatigue; recycled asphalt; SMA warm mix; content

2016 — 10 — 19

王 颖(1979-)，女，山东寿光人，讲师,硕士研究生，研究方向：市政工程。

U 414.1

A

1674 — 0610(2016)06 — 0267 — 04