30%RAP掺量再生SMA-13沥青混合料试验研究

马 俊

(山西晋焦高速公路有限公司， 山西 晋城 048000)

0 引言

到2020年底我国高速公路总里程达16.1万km，长期服役后，现有运营道路大部分出现局部路段性能衰退的现象，公路建设的重点从新建进入新建与养护并重的新发展阶段。据统计，我国每年产生的RAP不少于2.2亿t，且数量还在不断增加。为了对RAP进行高效回收利用，厂拌热再生技术已被广泛地应用到沥青路面改造中，以达到资源节约、循环利用的目的[1-3]。目前，厂拌热再生技术主要还是应用在沥青路面中、下面层混合料中，在上面层应用得较少，尤其是在上面层SMA-13沥青混合料中应用难度较大，混合料质量不好把控。本文开展30%RAP掺量的再生SMA-13沥青混合料试验研究，验证其在沥青路面上面层中应用的可行性。

1 RAP处理与性能试验

沥青路面在荷载、气候等环境作用下，其路用性能逐渐劣化，因不同路段服役环境存在差异性，由此衍生出RAP性能变异性大、旧沥青再生效果差等问题。

为控制RAP变异性，保证RAP性能的稳定以及其再生SMA-13沥青混合料的性能，本研究将旧路面上面层改性RAP单独回收处理[4]。为更好地进行再生SMA-13沥青混合料的级配合成与质量控制，将其破碎筛分成8～15 mm(RAP1#)与0～8 mm(RAP2#)2档规格[5]。RAP的抽提筛分结果及其相关性能试验见表1与表2。由表2可知RAP的矿料技术指标满足上面层材料技术要求。

表1 RAP抽提试验结果规格油石比/%通过下列方孔筛(mm)的质量百分率/%1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075RAP1#4.0410094.159.723.5 18.4 15.3 13.0 11.1 9.7 8.6 RAP2#6.7210010010087.2 66.1 49.5 36.2 26.3 20.4 16.2

表2 RAP矿料技术指标指标压碎值/%表观相对密度吸水率/%1#2#1#2#≤4.75 mm砂当量/%试验结果14.62.872 2.859 1.22 1.18 84技术要求≤26≥2.6≤2.0≥55

2 30%PAP改性旧沥青再生试验

2.1 再生剂掺量确定

改性旧沥青的再生以恢复其基质沥青组分比例达到与新改性沥青类似为目的。本研究优选出高性能的RA-5型再生剂，以针入度指标为评判标准，要求再生后的针入度指标达到新沥青的标准[6-7]。旧沥青再生试验结果见表3，由表3可知回收的旧沥青针入度指标为35(0.1 mm)，表明其出现了一定程度的老化，但其针入度指标远超规范要求，RAP具有良好的再生价值；当再生剂掺量到达10%时，再生沥青针入度略高于新沥青，考虑到再生剂在试验过程中的损耗，选取最佳掺量为10%[8]。

表3 旧沥青再生试验结果类别25 ℃针入度/0.1 mm软化点/℃03565.044162.0不同再生剂掺量(%)下的旧沥青再生试验结果64660.085058.0105656.0新SBS改性沥青试验结果5480.0

2.2 荧光试验

采用荧光显微镜对改性旧沥青与再生沥青进行制样观测，其荧光图像见图1。图1(a)中荧光部分颗粒较大，原因是SBS改性剂发生氧化降解，其双键断裂，且基质沥青的轻质油分、胶质、沥青质等组分在老化过程中发生变化，降低了SBS改性剂与沥青的相容程度[9]。相比而言，图1(b)中荧光部分形状变得更为规则统一，数量增多，颗粒尺寸减小且较为统一，发生上述变化的原因是再生剂在一定程度上恢复了改性旧沥青中基质沥青各组分的比例，进而恢复了SBS改性剂与基质沥青的相容程度，使原先团聚的SBS改性剂进一步分散于沥青中，但再生沥青中老化的SBS改性剂未能得到修复，因此未能形成网络结构[10]。

(a) 旧沥青

(b) 再生沥青

再生SMA-13沥青混合料RAP掺量采用30%，其中,m(RAP1#)∶m(RAP2#)为25∶5。由表1可知RAP1#与RAP2#油石比分别为4.04%与6.72%，因此混合料油石比中旧沥青比例为1.35%，混合料油石比中再生剂比例为0.14%[11]。根据SMA-13研究经验，预估再生SMA-13沥青混合料油石比为6.0%，因此混合料油石比中新沥青比例为4.51%，由此可得新沥青与再生沥青比例大约为3∶1，按此比例掺配后的融合再生沥青技术指标见表4，新SBS改性沥青与融合再生沥青的荧光图像见图2。由表4可知，新旧沥青融合再生后的技术指标满足设计要求[12]。由图2(b)可知，融合再生沥青的荧光图像十分平滑均匀，SBS改性剂形状、大小与图2(a)极为相近，进一步表明30%RAP掺量可用于再生SMA-13沥青混合料的试验研究。

表4 新沥青与融合再生沥青试验结果类别针入度25 ℃/0.1 mm软化点/℃旧沥青3565.0再生沥青5656.0融合再生沥青5468.0技术要求40～60≥60

(a) SBS改性沥青

(b) 融合再生沥青

2.3 PG分级试验

本研究将新SBS改性沥青与融合再生沥青分别进行DSR试验与BBR试验，DSR试验结果见图3～5，BBR试验结果见表5。由图3与图4可知融合再生沥青具有很好的高温抗车辙性能；由图5可知融合再生沥青融合再生沥青具有很好的抗疲劳性能。由表5可知新SBS改性沥青与融合再生沥青在-12 ℃下的蠕变劲度均低于规范限制的最大值300 MPa，蠕变速率均大于规范限制的最小值0.3，表明这2种沥青-12 ℃下的低温性能满足规范要求，且融合再生沥青的蠕变劲度和蠕变速率与新SBS改性沥青基本相当，表明融合再生沥青的低温性能与SBS改性沥青处于相同水平。综合图3～5与表5，新SBS改性沥青与融合再生沥青的PG分级结果均为PG76-22，进一步表明30%RAP掺量可用于再生SMA-13沥青混合料。

图3 未老化沥青车辙因子

图4 短期老化沥青车辙因子

图5 长期老化沥青疲劳因子

表5 长期老化沥青的BBR试验结果沥青类型-12 ℃-18 ℃S/MPamS/MPam新SBS改性沥青1250.3284140.225融合再生沥青1240.3304020.243技术要求≤300≥0.3≤300≥0.3

3 30%RAP掺量再生SMA-13沥青混合料配合比设计

本研究SMA-13沥青混合料级配范围依据《公路沥青路面施工技术规范》，30%RAP掺量再生SMA-13沥青混合料合成级配4.75 mm筛网通过率为27%，合成级配曲线见图6。

图6 再生SMA-13沥青混合料合成级配曲线

3.1 最佳油石比

以该级配计算并测定出4.75 mm以上粗集料的毛体积相对密度、全部矿料的毛体积相对密度及4.75 mm以上粗集料松方相对密度，计算4.75 mm以上粗集料的VCADRC，试验结果见表6。以6%油石比进行再生SMA-13沥青混合料马歇尔试验，其结果见表7。由表7可知再生SMA-13沥青混合料油石比为6.0%时，其VCAmix≤VCADRC，再生沥青混合料空隙率为3.9%，其余各项马歇尔指标均满足技术要求。

表6 VCADRC计算结果矿料的毛体积相对密度4.75 mm以上粗集料毛体积相对密度4.75 mm以上粗集料松方相对密度4.75 mm以上粗集料VCADRC/%2.7272.7421.64140.2

表7 马歇尔试验技术指标结果项目油石比/%最大理论相对密度空隙率/%稳定度/kN毛体积相对密度饱和度/%VCAmix%再生SMA-136.02.5333.913.082.43575.838.8技术要求——3.0～4.5≥6.0—75～85

4 路用性能研究

采用6.0%油石比进行30%RAP掺量再生SMA-13与全新料SMA-13沥青混合料路用性能对比分析，结果见表8。由表8可知该再生SMA-13沥青混合料具有优异的路用性能，仅低温抗裂能力略低于全新料SMA-13沥青混合料，但也满足冬寒区、冬冷区以及冬温区的技术要求，其余性能均与全新料SMA-13沥青混合料相差不大，表明该再生SMA-13沥青混合料完全可以在这3个气候分区的沥青路面上面层中应用。

表8 路用性能试验结果混合料动稳定度/(次·mm-1)残留稳定度/%冻融劈裂强度比/%低温破坏应变析漏/%飞散损失/%全新料SMA-1311 25095.488.43 248×10-60.053.8再生SMA-1310 50094.686.92 824×10-60.054.2技术要求≥3 000≥85≥80≥2 800×10-6≤0.1≤15

5 结论

1)上面层RAP中旧沥青出现一定程度的老化，从其性能指标可以得出该RAP具有良好的再生价值，其再生剂掺量为旧沥青质量的10%。

2)融合再生沥青与新SBS改性沥青的荧光图像极为相近，PG分级结果均为PG76-22，表明30%RAP掺量可用于再生SMA-13沥青混合料。

3)30%RAP掺量再生SMA-13沥青混合料具有优异的路用性能，仅低温抗裂能力略低于全新料SMA-13沥青混合料，但满足冬寒区、冬冷区以及冬温区的技术要求，其余性能均与全新料SMA-13沥青混合料接近，表明该再生SMA-13沥青混合料完全可以在这3个气候分区的沥青路面上面层应用。