復拌型就地熱再生瀝青混合料的配合比設計研究

王禮珍 李艷　馬慶偉　張娟

摘要：對瀝青路面的再生技術進行了簡要分析，并對復拌熱再生瀝青混合料的配合比設計進行研究，對最佳瀝青用量下的該配合比設計進行了路用性能驗證。結果表明：在最佳新瀝青用量（02%）下，所設計的復拌型熱再生瀝青混合料配合比能滿足普通AC-16瀝青混凝土馬歇爾配合比設計技術要求和檢驗要求。

關鍵詞：再生機理；就地熱再生；配合比設計；路用性能

中圖分類號：U418.6 文獻標志碼：B

Abstract： A brief analysis on the regeneration technology of asphalt pavement was conducted， and a research on mix design of hot in-place recycling asphalt mixture by remixing was carried out. The pavement performance of asphalt mixture with optimal asphalt content was verified. The result shows that by adding 0.2% new asphalt during the remixing process， the mixture with designed mix proportion meets the technical requirements of Marshall Mix Design for ordinary AC-16 asphalt concrete.

Key words： regeneration mechanism； hot in-place recycling； mix design； pavement performance

0 引 言

交通荷載和自然因素的長期作用會使瀝青路面材料特別是瀝青膠結料的質量發生不可逆的劣化。當這些材料的使用性能低于規范的規定值時，就需要對路面進行維修或改建。

瀝青路面的再生利用可節約大量瀝青、砂石等原材料，減少工程投資，利于保護環境，具有顯著的社會經濟效益以及環境效益。近年來瀝青路面再生利用技術越來越受到重視，已成為公路工程建設中的重要實用技術[1]。瀝青混凝土路面就地熱再生技術作為再生技術的一種，采用專用的熱再生設備，對瀝青路面進行加熱、銑刨，就地添加再生劑、新瀝青結合料和礦料對其進行重新加工，形成復拌型就地熱再生混合料，可直接用這些再生瀝青混合料修筑面層、基層[2]。

本文首先簡要分析了瀝青再生機理，探討了復拌型就地熱再生瀝青混合料的組成設計方法，并在最佳瀝青用量下對其路用性能進行驗證。

1 再生瀝青混合料的再生機理

瀝青再生是瀝青老化的逆過程，研究瀝青再生的機理應從瀝青的老化機理入手。瀝青的老化機理目前主要有兩種理論：組分遷移理論和相容性理論[3-4]。

組分遷移理論認為，瀝青老化主要是由于組分逐漸發生變化。以常用的分析法為例，瀝青老化的過程是芳香酚→膠質→瀝青質的轉化過程，此化學反應過程不可逆。隨著瀝青質含量的增加，瀝青便會出現粘度增大、針入度下降等特征。相容性理論則認為，瀝青中的溶質為瀝青質，溶劑為膠質和油分，它們被統稱為軟瀝青質。隨著瀝青發生脫氫、聚合和氧化等化學反應，瀝青質與軟瀝青質之間的相容性被破壞，宏觀上表現為瀝青老化、硬化。

按照組分遷移理論分析，在舊瀝青中加入某種組分的低粘度油料（再生劑）進行調配，可使調配后的再生瀝青具有適合的粘度和所需的路用性質；按照相容性理論分析，加入再生劑可降低瀝青質的相對含量，提高瀝青質在軟瀝青質中的溶解度，改善瀝青的相容性。

2 原路面性質及級配檢測

就地熱再生瀝青混合料中的舊料占絕大部分，舊料的級配、油石比以及瀝青的性質等均發生了不同程度的差異。再生混合料配合比設計的任務就是消除這些差異，恢復混合料的原有性能。因此，再生混合料設計的關鍵是檢測舊料的配合比、油石比及舊瀝青性質。

對某路面再生工程中回收的舊混合料進行抽提，得知該瀝青混合料的瀝青含量為4.65%。同時將燃燒后得到的集料進行篩分，確定舊料級配。級配分析結果如圖1所示。從圖1可以看出，級配曲線在2.36～95 mm的篩孔范圍內偏向甚至超過了級配下限，級配結構不理想。對瀝青混合料樣品進行抽提試驗回收老化瀝青，進行三大指標分析，檢測結果如表1所示。從表1可知，原路面的瀝青已老化，針入度、延度和軟化點均大幅降低，遠低于70#瀝青規范要求，需加入再生劑調配。

3 再生劑的選取與摻量的確定

復拌型再生瀝青混合料，是指噴灑了再生劑、熱瀝青（需要時）的原路面瀝青混合料和新添加瀝青混合料按試驗確定的比例進行拌和的瀝青混合料。因此，在進行復拌型再生混合料的配合比設計時，應對添加的再生劑以及新料分別進行研究。

分別添加7%（以與舊瀝青百分比計）的吉林嘉鵬和江蘇RA-100兩種再生劑到回收的舊瀝青中，測定再生瀝青三大指標，結果見表2。

再生劑添加量以使舊瀝青性能恢復至原路面所使用瀝青標號（70#）的下一等級（即50#）為目標。表2的試驗結果表明，在針入度及軟化點均滿足規范要求時，添加江蘇RA-100再生劑后，再生瀝青的針入度接近規范中值，且軟化點較低。故決定采用江蘇RA-100作為再生劑，但添加7%的再生劑不能滿足規范50#瀝青的延度指標要求，因此還要對再生劑的摻量進行確定。

在回收的老化瀝青中添加不同劑量（以與舊瀝青百分比計）的江蘇RA-100再生劑，通過瀝青三大指標試驗確定各種劑量下瀝青性能恢復程度，試驗結果見表3。

從表3可知，當再生劑添加量為9%時，瀝青性能滿足A-50#瀝青的三大指標及要求，因而初步確定該路面的再生劑添加量為9%。endprint

4 新拌瀝青混合料的確定

4.1 新添加混合料級配的確定

以復拌方式進行混合料再生時，需摻入一定比例的新混合料，以達到綜合有效地改善原路面材料級配的目的。原路面部分細集料流失且局部抽樣板塊存在較大空隙，設計采用AC-10型瀝青混合料對原級配予以微調修正。依據原材料篩分結果進行瀝青礦料級配曲線設計，經試配，AC-10型瀝青混合料生產配合比為：4.75～9.5 mm∶2.36～475 mm∶0～2.36 mm∶礦粉=47∶8∶40∶5。其級配曲線見圖2。

4.2 新料添加比例的確定

在確定新添加料AC-10的級配后，需要對新料添加比例進行確定?？紤]在滿足《公路瀝青路面再生技術規范》（JTG F41—2008）中關于復拌型

熱再生新摻加料比例在30%內的條件下，盡可能提高舊料的利用率，故選取30%、20%、10%（按舊瀝青混合料的質量百分比計）作為摻加新料的比例。不同摻加比例下得到的再生混合料級配曲線如圖3。

由圖3可知，根據目標配合比設計結果，隨新料添加比例的增加，再生混合料的級配曲線整體趨近規范規定AC-16的級配中值，且光滑平順。由此確定新瀝青混合料的添加比例為舊瀝青混合料的30%，即復拌型瀝青混合料中新舊瀝青混合料的含量分別為23%和77%。按該比例得到的復拌型瀝青混合料合成級配見表4。

4.3 新瀝青添加量的確定

在舊混合料中添加9%的再生劑后與新AC-10的礦料按比例混合。添加新的基質瀝青，新瀝青用量以合成后的混合料礦料總質量為基準，按油石比0、02%、04%、06%的量分別進行添加并進行復拌型就地熱再生配合比馬歇爾新瀝青用量試驗。

依據AC-16馬歇爾配合比設計要求和《公路瀝青路面施工規范》（JTG F40—2004）中要求的熱拌瀝青混合料的配合比設計方法，建議的新瀝青用量（油石比）的范圍為0～0.2%，初步確定最佳新瀝青添加量（油石比）為02%。

即復拌型就地熱再生配合比除添加9%再生劑（按舊瀝青質量的百分比計）和30%的新AC-10（按舊瀝青混合料的質量百分比計）外還應再添加02%的新瀝青（按總礦料質量的百分比計）。

5 熱再生瀝青混合料性能評價

計算出瀝青最佳用量并成型試件，分別做瀝青混合料的車轍試驗、低溫彎曲試驗、浸水馬歇爾試驗及凍融劈裂試驗，以此檢驗在最佳瀝青含量下的再生瀝青混合料的高、低溫穩定性和水穩定性，通過檢驗瀝青最佳用量的合理性來評價復拌型再生混合料路用性能。試驗結果如表5所示。

由表5可以看出，所設計的復拌型熱再生瀝青混合料的配合比能滿足普通AC-16瀝青混凝土馬歇爾配合比設計技術要求和檢驗要求，說明以上復拌型再生混合料的配合比設計合理可行。

6 結 語

（1） 再生劑的添加可提高瀝青質在軟瀝青質中的溶解度，改善了舊瀝青的性能，調配后的再生瀝青具有合適的粘度和所需要的路用性質。

（2） 本文提出的復拌型就地熱再生配合比設計為：9%再生劑（按舊瀝青質量的百分比計）+30%的新AC-10（按舊瀝青混合料的質量百分比計）+02%的新瀝青（按總礦料質量的百分比計）。經路用性能驗證，所設計的料配合比能滿足普通AC-16瀝青混凝土馬歇爾配合比設計技術要求和檢驗要求，該配合比設計合理可行。

參考文獻：

[1] DGJ32TJ 149—2013，城鎮道路瀝青路面就地熱再生施工及驗收規程[S].

[2] JTG F41—2008，公路瀝青路面再生技術規范[S].

[3] 黃曉明.瀝青路面再生利用試驗分析[J].巖土工程學報[J].2001，23（4）：469-471.

[4] 董澤蛟.再生瀝青混合料路用性能研究[D].吉林：哈爾濱上業大學，2004.

[責任編輯：杜衛華]endprint