RAP级配变异性对厂拌冷再生沥青混合料路用性能影响

张 烁， 万 宁， 何光锋

(1.中交路桥华南工程有限公司， 广东 中山 528403； 2.长沙理工大学， 湖南 长沙 410114)

0 引言

近年来我国公路建设进入了大、中型维修的高峰期，需要改建或大修的沥青路面与日俱增。然而目前的配合比设计中，平均只有10%～20%的路面回收材料(RAP)被回收利用。高掺量RAP的再生利用可以节约能源和建筑材料，直接经济效益显著，同时避免了大量RAP废弃，有利于环境和路面基础设施建设的可持续发展，未来势必会得到越来越多的应用[1-2]。

国内外学者对冷再生沥青混合料路用性能的研究颇多，有人发现冷再生混合料路用性能与水泥掺量、RAP掺量、养生时间和外加材料等因素息息相关[3-6]。同时，RAP的各项性质不够稳定，变异性较大，从而导致再生混合料质量不稳定，影响其路用性能[7-9]，Valdés等[10]研究发现RAP含量越高，沥青混合料性能变化越大。为了使RAP变异性得到稳定控制，有学者针对不同铣刨方式和工艺对RAP的影响进行相关研究，分析表明：分层铣刨能降低RAP级配的变异性，铣刨速度越低RAP级配越细[11]；进行破碎、筛分、分档处理后RAP的矿料级配更加稳定，变异性有所降低[12-14]。目前未发现有RAP级配变异性对厂拌冷再生沥青混合料路用性能影响的相关研究。

为此，本文依托佛山一环西拓旧路改造路面工程，应用RAP掺量为80%的乳化沥青冷再生混合料于重载交通的高速公路基层上，分析2种不同筛分方式的RAP级配变异系数CV对乳化沥青冷再生混合料路用性能的影响，为冷再生混合料发展应用提供参考。

1 试验原材料及试验方法

1.1 原材料

1.1.1乳化沥青

试验采用冷再生专用乳化沥青，为慢裂阳离子型，乳化沥青试验结果见表1，均达到相应的技术要求。

1.1.2RAP

佛山一环西拓旧路改造工程原路面上面层胶结料为SBS改性沥青，中、下面层胶结料为70#重交沥青。对上面层与中、下面层分别进行RAP铣刨回收与堆放，本文冷再生研究采用中、下面层

表1 乳化沥青试验结果类别筛上剩余量(1.18 mm 筛)/%粒子电荷破乳速度恩格拉黏度蒸发残留物性质残留含量/%针入度(100 g,25 ℃,5 s) /0.1 mm残留延度( 15 ℃)/cm1 d贮存稳定性/%与矿料的黏附性(裹附面积)技术要求≤0.1阳离子(+)慢裂2～30≥6360～100≥40≤1≥2/3结果0.05阳离子(+)慢裂4.463.96679 0.4>2/3

RAP。沥青路面长期受车辆来回碾压、雨水冲刷等多种荷载作用，路面的各种性能减弱，级配也有所改变。此外，RAP的来源、路面结构层及沥青路面养护历史各不相同，RAP性质也有不同，导致RAP粗料和细料不均匀，沥青含量也不相同。因此将RAP合理地筛分、分档后再进行存储，可以产生良好的作用[12]。为了与原样筛分区别，与以往将RAP当成“黑色石头”处理不同[15]，采用离心分离法对旧沥青混合料进行抽提试验，分离沥青和集料再对回收矿料进行筛分试验，称为抽提筛分。本研究分别对其进行原样筛分试验和抽提筛分试验，并将RAP级配与矿料级配进行对比。本文采用中粒式级配类型进行冷再生混合料性能研究，把RAP分成4档，规格为:22～25 mm(RAP1#)、11～22 mm(RAP2#)、6～11 mm(RAP3#)、0～6mm(RAP4#)。

1.1.3粗集料、水泥和填料

根据中粒式厂拌冷再生沥青混合料的级配要求及设计经验，粗集料采用10～20 mm石灰石，其试验结果见表2；水泥采用P·O 42.5水泥，按掺量为1.5%；填料采用石灰石矿粉，其试验结果见表3。

表2 粗集料石灰岩试验结果类别各筛孔平均通过百分率/%26.5199.54.752.360.30.075<0.075 mm颗粒含量/%表观相对密度毛体积相对密度吸水率/%技术要求———————≤1≥2.5—≤2.0实测值100.0 87.0 1.6 0.4 0.4 0.2 0.1 0.1 2.736 2.709 0.36 结果判定———————合格合格—合格

表3 矿粉试验结果类别密度/g·cm-3 以下筛孔(mm)的通过百分率/%0.60.150.075塑性指数/%标准≥2.510090～10075～100<4实测值2.722 100.0 99.0 94.7 2.6结果判定合格合格合格合格合格

1.2 试验方法

1.2.1乳化沥青冷再生混合料级配

本研究中乳化沥青冷再生混合料配合比设计采用《公路沥青路面再生技术规范》(JTG/T 5521—2019)的中粒式的工程级配范围，分别根据材料原样筛分、抽提筛分试验结果来调整冷再生混合料合成级配曲线。

1.2.2确定最佳含水率

参照《公路土工试验规程》(JTG 3430—2020)中T0131-2019试验方法，预估的乳化沥青试验用量定为4%，分别采用3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%、6%的含水率对原样筛分级配、抽提筛分级配的合成矿料进行重型击实(3层)试验，成型6组试件，绘制干密度和含水率的关系曲线得到最佳含水率。

1.2.3确定最佳乳化沥青用量

行政事业单位掌握着重要的公共权力，当其公共权力为落实到位，在日常工作中出现违法违纪行为，产生的后果也会非常严重。我国曾曾出现过诸多的风险事件，所带来的影响和危害性也有目共睹。很显然，对于风险事件的评估能力与评估意识还相对缺乏。

参照《公路沥青路面再生技术规范》(JTG/T 5521—2019)和《佛山一环高速化改造路面工程厂拌冷再生混合料质量管理手册》冷再生配合比设计的试验方法，对合成级配进行拌和、成型。原样筛分级配取乳化沥青用量3%、3.5%、4%、4.5%、5%进行试验，预估中值为4%；抽提筛分级配取乳化沥青用量3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%进行试验，预估中值为4.5%。2种级配分别成型5组马歇尔试件，测定常温条件下的干湿劈裂强度，绘制干湿劈裂强度和乳化沥青用量的关系曲线，确定最佳乳化沥青用量。

1.2.4路用性能测试方法

为了对比原样筛分级配和抽提筛分级配的再生混合料性能优劣，2种级配的再生混合料都在最佳含水率和最佳乳化沥青用量条件下，参照《公路工程沥青与混合料试验规程》(JTG E20—2011)进行干湿劈裂强度试验、冻融劈裂试验、浸水马歇尔试验、车辙试验，路用性能由试验结论来评价。

2 RAP级配变异性分析

RAP样本数据的离散程度按照变异系数来分析，记作CV，计算公式为：

(1)

(2)

(3)

3 原样筛分和抽提筛分对RAP级配变异性的影响

3.1 RAP的筛分试验

对4档规格的RAP进行原样筛分和抽提筛分试验，各档RAP的6次原样筛分、抽提筛分通过率均值分别见表4、表5。

表4 RAP原样筛分结果规格以下筛孔(mm)的通过率/%31.526.5199.54.752.360.30.075RAP1#100.0100.09.70.73.50.40.30.1RAP2#100.0100.097.53.50.60.50.30.1RAP3#100.0100.0100.087.92.60.60.40.1RAP4#100.0100.0100.0100.096.155.24.90.15

表5 RAP抽提筛分结果规格以下筛孔(mm)的通过率/%31.526.5199.54.752.360.30.075RAP1#100.097.542.529.418.113.96.54.2RAP2#100.0100.096.749.623.218.08.65.5RAP3#100.0100.0100.095.055.436.615.19.5RAP4#100.0100.0100.0100.098.175.124.615.5

3.2 RAP级配原样筛分和抽提筛分变异性对比

对4种规格的RAP原样筛分和抽提筛分的结果进行变异性分析，结果如图1所示。

从图1可以看出：

2)对于同一分档规格RAP的级配变异性，随着筛孔尺寸增加，原样筛分和抽提筛分的CV大小逐渐接近，且整体都是保持着减小趋势。其原因是RAP的粒径越大通过率也越大，其级配变异性越小，进而计算得到的CV越小[14]。

图1 4档RAP料原样筛分和抽提筛分变异性对比

4 冷拌再生沥青混合料组成设计

4.1 乳化沥青冷再生混合料级配

掺配比例为m(RAP)∶m(新料)∶m(矿粉)=80∶18∶2，外掺水泥1.5%，按照原样筛分、抽提筛分调整所得的合成级配曲线如图2所示，满足AC-20C级配范围要求。

图2 再生AC-20C合成级配曲线

由图2可知，2种级配都能达到技术规范级配要求，原样筛分调整所得的合成级配更接近级配下限。

4.2 最佳含水率

最佳含水量试验结果见图3。根据图3所示，确定冷再生混合料室内最佳含水率，原样筛分级配取4.8%，抽提筛分级配取5.5%。

图3 最佳含水量试验

4.3 最佳乳化沥青用量

原样筛分、抽提筛分级配的干、湿劈裂强度试验结果分别如图4、图5所示。根据试验结果综合确定乳化沥青最佳用量，原样筛分级配取4.3%，抽提筛分级配取4.9%。

图4 原样筛分不同乳化沥青用量的干、湿劈裂强度试验

图5 抽提筛分不同乳化沥青用量的干、湿劈裂强度试验

5 路用性能变异性分析

AC-20C型冷再生沥青混合料在水泥掺量1.5%、最佳含水率(原样筛分级配为4.8%、抽提筛分级配为5.5%)、最佳乳化沥青用量(原样筛分级配为4.3%、抽提筛分级配为4.9%)、RAP掺量80%的试验条件下成型各试验试件。对其进行干湿劈裂强度试验、冻融劈裂试验、浸水马歇尔试验、车辙试验，每个试验选取原样筛分级配、抽提筛分级配的试件各6个。试验结果取6次试验结果均值，如表6所示。

表6 路用性能试验结果类别干、湿劈裂强度试验冻融劈裂试验浸水马歇尔试验(40 ℃)高温稳定性(60 ℃)干湿劈裂强度比/%变异系数/%冻融前后劈裂强度比/%变异系数/%残留稳定度/%变异系数/%动稳定度/ (次·mm-1)变异系数/%原样筛分96.22.42782.7693.41.339 2713.25抽提筛分981.8983.62.2495.90.879 8741.91技术要求≥80—≥70—≥75—≥3 000—

由表6可知，2种筛分级配的再生沥青混合料具有较好的路用性能，能在重载交通的高速公路基层上应用。

对于再生沥青混合料的干湿劈裂强度比，抽提筛分比原样筛分提升了1.8% ，变异系数降低了0.53%；对于再生沥青混合料的冻融前后劈裂强度比，抽提筛分比原样筛分提升了5.6%，变异系数降低了0.52%；对于再生沥青混合料的残留稳定度，抽提筛分比原样筛分提升了2.5%，变异系数降低了0.46%。抽提筛分的再生混合料水稳定性更稳定、良好，是因为沥青混合料级配会对其水稳定性产生重要影响[14]，抽提筛分级配的CV整体上比原样筛分级配要小，可以进一步保证沥青混合料材料的均匀性，进而使沥青混合料中各级矿料嵌挤得紧密，空隙率更小，水稳定性更好。

再生沥青混合料的动稳定度都远大于技术要求，高温性能非常好，抽提筛分级配的动稳定度比原样筛分级配提升了603次/mm，变异系数降低了1.34%，由此可知RAP级配的CV越小，相应的沥青混合料动稳定度CV也越小，高温性能也更稳定。再生沥青混合料骨架密实结构的密实程度与高温性能息息相关[13]，越密实则高温性能更好[16]。抽提筛分的RAP级配CV越小，集料粗细更均匀、更细，更多细集料能够填充粗集料的间隙。

综上所述，建议对RAP采用抽提筛分，让再生混合料的路用性能更稳定、良好。

6 结论

1)同一公称粒径上，对比4档RAP料的级配变异性，原样筛分的CV整体比抽提筛分大。

2)与原样筛分相比，抽提筛分的路用性能都更好，路用性能各项试验指标的CV都更小。

3)建议将RAP抽提筛分，进而设计乳化沥青冷再生混合料的合成级配。