再生沥青混凝土在自行车道透水路面的应用

苏志翔

（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海 200082）

0 引言

目前，我国每年约产生3 000万吨废旧沥青混凝土（以下简称“旧料”）[1]，随着越来越多的沥青路面进入大中修阶段，旧料产生量会越来越多。旧料不仅会造成资源的浪费，还会占用大量土地，并导致环境污染。近年来，工程研究人员将旧料作为一种可再生资源进行利用，已经在道路建设中得到了广泛应用。但因其性能原因，当前更多应用于基层、中下面层等部位[2-3]，上面层因其直接经受荷载及外界条件作用而应用较少。透水路面具有抗滑、降噪、调节地表温度等优点，因此，作为海绵城市的重要组成部分得到了广泛应用。近年来，透水路面在自行车道也开始有所应用。自行车道交通量和交通荷载均远低于机动车道，对沥青混凝土性能要求也更低。如果将旧料用于自行车道再生沥青混凝土，一方面可以满足自行车道交通荷载的需要，另一方面还可以实现旧料的二次利用。因此，本文研究再生沥青混凝土在自行车道透水路面的应用。

1 试验材料

1.1 沥青

透水路面通常采用高黏沥青作为沥青胶结料，本研究采用自制的高黏沥青，其性能试验结果见表1。

表1 高黏沥青性能试验结果

表1 续

1.2 旧料和再生剂

自行车道透水路面拟采用PAC-10沥青混凝土，因此选用的旧料采用0～10mm档，旧料性能结果见表2。对旧料进行抽提以及沥青回收。抽提筛分结果及回收旧沥青的性能指标分别见表3和表4。再生剂采用自制再生剂，其指标满足《公路沥青路面再生技术规范》（JTG/T 5521—2019）RA-75再生剂技术要求。

表2 旧料性能结果

表3 旧料抽提筛分结果

表4 回收沥青性能指标

2 再生剂掺量确定

确定再生剂掺量一般采用调配后的60℃动力黏度或者针入度（25℃）作为评价指标，由于透水路面采用高黏沥青，回收沥青为基质沥青，添加再生剂无法使再生沥青60℃动力黏度达到新沥青水平，该指标是不合适的。因此，选用针入度（25℃）确定最终掺量。分别按回收后旧沥青质量的2%，6%和10%添加再生剂，并测试再生后沥青的针入度（25℃）、软化点和延度（15℃），结果见表5。三大指标随再生剂掺量变化趋势如图1所示。

表5 再生沥青技术指标

图1 再生沥青三大指标随掺量变化图

由图1可知，软化点随再生剂掺量的增加而降低，针入度和延度则呈相反趋势。针入度采用内插法得到再生剂的掺量，即8.4%。

3 配合比设计

在再生剂掺量确定的情况下，采用马歇尔设计方法进行再生沥青混凝土配合比设计。旧料掺量分别为0、10%、30%、50%，并确定最佳沥青用量。

本研究透水路面目标级配选用《透水沥青路面技术规程》（CJJ/T 190—2012）规定的PAC-10级配中值，见表6。本研究为室内研究，新料采用小档料，因此分别计算不同掺量旧料条件下各档新料添加量，保证不同掺量旧料条件下级配的统一。本研究PAC-10目标空隙率为20%，在新旧料比例确定的情况下确定最佳沥青用量。0、10%、30%、50%掺量旧料条件下，最佳沥青用量分别为6%、5.8%、5.6%、5.5%。可以发现，最佳沥青用量随旧料掺量的增加而减少，这说明旧料中的沥青得到了再生，但是最佳沥青用量在旧料掺量为50%时也仅降低了5%，说明旧沥青没有得到完全再生利用。

表6 PAC-10级配中值

4 路用性能研究

根据上节确定的配合比成型不同旧料掺量条件下的沥青混凝土试件，分别进行车辙试验、低温弯曲试验、冻融劈裂试验、肯塔堡飞散试验、间接拉伸试验、渗水试验，从而评价再生沥青混凝土的高温稳定性、低温抗裂性能、抗水损害性能、抗剥落性能、疲劳性能以及渗水性能。

4.1 高温稳定性

不同旧料掺量再生沥青混凝土车辙试验结果见表7和图2。

表7 车辙试验结果

图2 动稳定度和旧料掺量的关系

由表7可知，4种掺量条件下，动稳定度均大于3 500次/mm，因此，均满足透水沥青混凝土高温性能技术要求。由图2可知，再生沥青混凝土高温稳定性随着旧料掺量的增加线性提升，相关系数为0.9963，因此说明，掺加旧料可以明显提升再生沥青混凝土的高温性能。其主要原因是沥青对沥青混凝土高温性能有重要影响，而旧料中的旧沥青未被完全再生，旧沥青经过长时间老化，针入度低，软化点高，黏度增加，因此会提升沥青混凝土的高温抗变形能力。

4.2 低温抗裂性

低温弯曲试验温度为-10℃，加载速率为50mm/min，不同旧料掺量再生沥青混凝土低温弯曲试验结果见表8。

表8 低温弯曲试验结果

由表8可知，随着旧料掺量的增加，再生沥青混凝土小梁弯拉破坏应变随之减小。说明旧料的掺加有损再生沥青混凝土的低温抗裂性能。主要原因有两个方面，一是旧料中的旧沥青未完全再生，本身低温性能较差，导致沥青混凝土低温性能受损；另一方面是因为旧料中存在团粒结构，即原旧料存在结团问题，使其成为薄弱点，由此也导致再生沥青混凝土低温性能变差。

4.3 抗水损害性能

不同旧料掺量再生沥青混凝土冻融劈裂试验结果见表9。

表9 冻融劈裂试验结果

由表9可知，冻融劈裂残留强度比（TSR）随旧料掺量的增加而减小。并且，旧料掺量为0～30%时TSR均大于85%，满足规范要求，旧料掺量为50%时TSR小于85%，不满足规范要求。旧料掺量为30%时，TSR为85.2%，略高于规范要求，从抗水损害角度出发，旧料掺量最高不宜超过30%。沥青黏附性能、沥青混凝土的压实性能均会影响再生沥青混凝土的水稳定性。由于部分沥青未被再生，由此导致该部分沥青与集料的黏附性较差；此外，尽管沥青混凝土空隙率达到了目标空隙率，但是由于团粒结构的存在，沥青混凝土空隙率存在不均匀的情况，由此导致部分区域空隙率较大。以上因素均会导致再生沥青混凝土性能变差，且随着旧料掺量的增加，上述情况占比会增大，从而使TSR愈加减小。

4.4 抗剥落性能

再生沥青混凝土肯塔堡飞散试验结果见表10。

表10 肯塔堡飞散试验结果

由表10可知，肯塔堡飞散损失随着旧料掺量的增大而增大。并且，旧料掺量为0～30%时肯塔堡飞散损失均小于15%，满足规范要求，旧料掺量为50%时，肯塔堡飞散损失为18.1%，不满足规范要求。从集料抗剥落的角度出发，旧料掺量应小于50%。影响沥青混凝土抗剥落性能的因素主要是沥青与集料的黏附性。如前所述，旧料中存在部分旧沥青和团粒结构，因此，随着旧料掺量的增加，再生沥青混凝土抗剥落性能越差。

4.5 疲劳性能

本研究采用间接拉伸试验评价再生沥青混凝土的疲劳性能[4]，试件采用马歇尔试件，直径为101.6mm，高度为63.5mm。采用应力控制加载模式，应力水平分别为0.3、0.4、0.5，加载波形为半正矢波，加载频率为10Hz，试验温度为15℃。采用应力控制加载模式时，首先需要对再生沥青混凝土试件进行劈裂强度测试。试件同样采用马歇尔试件，试验温度也与间接拉伸试验相同，加载频率选择50mm/min。不同旧料掺量再生沥青混凝土试件的劈裂强度试验和间接拉伸试验结果分别见表11和表12。

表11 劈裂强度试验结果

表12 间接拉伸试验结果

由表11可知，再生沥青混凝土劈裂强度随旧料掺量的增加而增加，旧料掺量从0增加至50%，劈裂强度增加了近26%。说明掺加旧料可以提高再生沥青混凝土劈裂强度。这是因为旧料中沥青存在部分老化，使再生沥青混凝土劲度模量得到提升，从而提高其抗变形能力，使劈裂强度提高。

由表12可知，随着旧料掺量的增加，相同应力水平条件下，再生沥青混凝土疲劳寿命次数均随之降低。说明掺加旧料会损害再生沥青混凝土的抗疲劳性能。相同旧料掺量条件下，再生沥青混凝土疲劳寿命次数与应力水平呈现负相关。

在应力控制模式下，再生沥青混凝土的应力水平σt与疲劳寿命Nf在双对数坐标中为线性关系，按照公式（1）对其进行线性拟合。其中，系数k反映抗疲劳性能，k值越大，则抗疲劳性能越强；系数n反映沥青混凝土疲劳寿命对应力水平的敏感程度，n越大，则表示疲劳寿命对应力水平越敏感[5]。

由表12可知，k值和n值均会随旧料掺量的增加而减少，表明再生沥青混凝土的疲劳寿命随旧料掺量的增加而降低，疲劳寿命对应力水平越不敏感。

4.6 渗水性能

再生沥青混凝土渗水系数随旧料掺量变化的结果见表13。

表13 渗水试验结果

由表13可知，各旧料掺量条件下，渗水系数均大于800ml/15s，因此均满足规范要求。随着旧料掺量的增加，再生沥青混凝土空隙率基本保持不变，连通空隙率却随之降低，渗水系数也随之降低。说明再生沥青混凝土渗水性能随旧料掺量的增加变差。主要原因是旧料中存在团粒结构，在沥青混凝土部分区域空隙率存在不均匀情况，由此导致沥青混凝土连通空隙率变小，而连通空隙率决定了再生沥青混凝土的渗水性能。

5 结论与展望

本研究经过试验确定了再生剂掺量，并在此基础上进行不同旧料掺量条件下再生沥青混凝土的配合比设计，确定了最佳沥青掺量，并分别成型试件，对再生沥青混凝土路用性能进行研究。主要结论如下：

（1）随着旧料掺量的增加，再生沥青混凝土高温稳定性随之提升；

（2）再生沥青混凝土低温性能随着旧料掺量的增加变差；

（3）再生沥青混凝土抗水损害性能随着旧料掺量的增加而降低，且在掺量为0～30%时，抗水损害性能满足规范要求；

（4）随着旧料掺量的增加，再生沥青混凝土集料抗剥落性能降低，且在掺量为0～30%时，集料抗剥落性能满足规范要求；

（5）掺加旧料可以提高再生沥青混凝土劈裂强度，但是会降低其疲劳寿命。通过分析疲劳方程可以发现，掺加旧料会降低疲劳寿命对应力水平的敏感度；

（6）随着旧料掺量的增加，再生沥青混凝土渗水性能下降；

（7）综合各项路用性能，自行车道透水路面所用再生沥青混凝土最大旧料掺量为30%。