厂拌热再生沥青混合料路用性能试验分析

陈家旭

（天津市交通科学研究院，天津 300300）

我国高等级道路普遍进入大中修阶段，养护和改建施工时会产生大量旧料，将这些旧料再生铺筑沥青路面，既降低建设成本，又助于解决废物处理问题，是旧料再生利用的主要途径[1～5]；但是由于旧料存在老化程度不同、经铣刨后级配变异性过大等问题，会导致沥青路面耐久性下降[6～8]。目前，在厂拌热再生沥青混合料中回收沥青路面材料（RAP）掺量很低，一般不超过20%[9～10]。本文以天津地区某高速公路RAP为研究对象，针对不同RAP掺量的厂拌热再生沥青混合料路用性能进行试验研究，为厂拌热再生沥青混合料的配合比设计和生产应用提供参考。

1 试验材料

1.1 新添加沥青

道路石油沥青采用中海产70号A级，主要技术指标见表1。

表1 新添加沥青主要技术指标

1.2 新添加集料

1）采用遵化产10～20 mm 和5～10 mm 两档石灰岩粗集料，见表2。

表2 粗集料主要技术指标

2）采用遵化产0～5 mm石灰岩细集料，见表3。

表3 细集料主要技术指标

3）采用遵化产石灰岩矿粉，见表4。

表4 矿粉主要技术指标

1.3 回收沥青路面材料

为降低RAP 的变异性，将RAP 分为1#仓和2#仓两档，见表5。

表5 RAP主要技术指标

由表5可知，RAP中沥青的针入度和延度降低，软化点提高；表明RAP 中的旧沥青结构发生变化，黏度增大、流变指数下降，从而导致沥青性能降低，使用时应添加再生剂进行调和。拟加入掺量为8%（占RAP质量比，下同）的再生剂进行后续试验。

2 掺加RAP混合料配合比设计

2.1 级配设计

使用AC-20C 型矿料级配进行设计，通过调整使其满足JTGF 40—2004《公路沥青路面施工技术规范》对AC-20C型级配要求。为尽量消除级配对性能的影响，不断调整新料比例，使关键筛孔通过率尽可能相同。见表6。

表6 AC-20C型矿料级配组成%

2.2 确定最佳油石比

采用马歇尔法进行设计，不同掺量的热再生沥青混合料最佳总油石比差别非常小，为便于研究，在性能对比试验中，总油石比统一取4.2%。

2.3 RAP混合料

RAP混合料设计结果见表7。

表7 热再生混合料技术指标

3 路用性能试验研究

按照配合比设计所得总油石比成型试件，对RAP掺量为0、30%、40%和50%的热再生混合料进行水稳定性、低温性能、高温稳定性等路用性能试验研究。

3.1 水稳定性能

3.1.1 浸水残留稳定度试验

试验条件：双面击实75 次成型标准马歇尔试件；两组试件分别在60 ℃恒温水槽中保温40 min和48 h，试验结果见图1。

图1 RAP掺量与残留稳定度比关系

由图1可以看出：与普通沥青混合料相比，RAP掺量30%和40%的热再生沥青混合料浸水残留稳定度明显增大；当RAP 掺量40%以上时，性能出现明显下降趋势。通过分析可知：添加再生剂后旧料性能明显改善，沥青与矿料间的黏结变好；随着RAP掺量增加，受旧料老化等因素的影响导致马歇尔试件强度变大，从而使混合料残留稳定度提高；当使用50%RAP 时，再生剂不足以改变大部分旧料的性能，使得沥青与矿料间的黏结变差，残留稳定度降低。因此，当RAP掺量较大时，会逐渐降低热再生沥青混合料的水稳定性。

3.1.2 冻融劈裂强度比试验

试验条件：双面击实50 次成型标准马歇尔试件；在60 ℃恒温水槽中放入第一组经真空饱水后在-18 ℃条件下已放置16 h 的试件,保温24 h 后将第一组和第二组试件全部浸入25 ℃恒温水槽中等待2.5 h 后进行劈裂试验,试验结果见图2。

图2 RAP掺量与冻融劈裂残留强度比关系

由图2可以看出：与普通沥青混合料相比，30%和40%RAP 掺量的热再生沥青混合料冻融劈裂强度比略高于普通沥青混合料；当RAP 掺量达到50%时，冻融劈裂残留强度比为74.2%，不符合规范冻融劈裂残留强度比≥75%的要求。通过分析可知：添加再生剂后旧料性能明显改善，沥青与矿料间的黏结变好；随着RAP掺量增加，受旧料老化等因素的影响导致马歇尔试件劈裂强度变大，从而使混合料冻融劈裂强度比提高；当RAP 掺量＞40%时，再生剂不足以改变大多数旧材料性能，导致沥青与骨料之间的附着力变差，在冻融膨胀作用下导致混合料冻融劈裂强度比降低。因此，当RAP 掺量超过30%时，掺量的增加会逐渐降低厂拌热再生沥青混合料的水稳定性。

3.2 低温抗裂性能

试验条件：采用轮碾法成型车辙板试件并加工成标准尺寸小梁试件；在-10 ℃恒温水槽中保温60 min后进行试验，试验结果见图3。

图3 RAP掺量与最大弯拉应变关系

由图3可以看出：与普通沥青混合料相比，RAP的加入使热再生沥青混合料的低温抗裂性逐渐降低，RAP掺量30%的热再生沥青混合料的最大弯拉应变为2 075.3，已接近规范弯拉应变≥2 000 要求的极限值。通过分析可知：因RAP掺量的逐渐增加，旧沥青变多，在低温作用下混合料整体变脆，再生剂对旧料低温性能的改善效果有限，热再生沥青混合料的弯拉应变降低，劲度模量升高，从而影响了混合料的低温抗裂性能。

3.3 高温稳定性

试验条件：采用轮碾法成型车辙试件，当板块密度达到马歇尔试件密度的100%时碾压中止；将试件在室温下冷却24 h后，于60 ℃车辙试验机中保温6 h，测定其动稳定度，试验结果见图4。

图4 RAP掺量与动稳定度关系

由图4可以看出：与普通沥青混合料相比，热再生沥青混合料动稳定度随RAP掺量增加不断提高，当掺量达到50%时，动稳定度高达7 241 次/mm，远远超出规范动稳定度≥1 000次/mm的要求，比未掺加RAP时提高了近4 倍。通过分析可知：当RAP 掺量不断增加时，旧沥青增多，受旧料老化等因素的影响导致热再生沥青混合料的抗剪强度提高，增强了其在高温的作用下抵抗车辙变形的能力。因此，适当增加RAP 掺量，可以提高厂拌热再生沥青混合料的抗车辙能力。

4 结论

当RAP 掺量＜30%时，热再生沥青混合料水稳定性和高温稳定性高于普通沥青混合料；但当RAP掺量超过30%后，热再生沥青混合料的低温性能明显降低，不再满足规范技术要求。因此，对于天津等北方低温地区，厂拌热再生沥青混合料设计时需注意适当控制RAP 掺量并适量添加再生剂。试验研究表明：RAP 掺量30%的厂拌热再生沥青混合料，掺加8%的再生剂再生后路用性能完全能够达到规范要求，可以在天津地区推广应用。