熱再生瀝青混合料抗變形性能試驗研究

邊 睿

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

0 引言

瀝青混凝土路面具有初期造價低、噪聲低、路面平整度好、行車舒適性好等優點，故在全球范圍內廣泛應用。在瀝青路面運營的后期，磨光、車轍、松散等病害極大地影響公路的服務水平，為此交通管理部門需要進行定期的養護。目前瀝青路面養護技術主要包括冷再生、熱再生等[1-2]。目前場拌熱再生技術效果較好，可以合理地利用銑刨的舊料，并節約了瀝青用量，路用性能良好[3]。目前，熱再生瀝青混合料的相關研究主要集中于新舊料的結合、強度性能等[4]，而關于熱再生瀝青混合料的抗剪性能、抗變形能力相關的研究相對較少，尤其關于再生瀝青混合料內部應力應變特性的研究未見相關報道[5]。為此，本文測試熱再生瀝青混合料的抗變形能力，評價熱再生瀝青混合料的適用性，為其進一步推廣應用提供理論基礎。

1 材料性能測試

本文試驗中所采用回收瀝青混合料為朔州支線高速公路銑刨的舊瀝青混合料，為確定回收舊瀝青混合料的材料特性，借助抽提試驗分析瀝青含量及瀝青性能，并對其殘留物進行篩分，分析其級配進行評價。

1.1 瀝青性能

對抽提回收得到的瀝青與添加再生劑（3%、4%、5%）所得的再生瀝青進行三大指標測試，對比分析經過環境老化和再生后瀝青的基本性能。測試結果如表1所示。

表1 瀝青性能指標

從表1可以看出，從舊混合料中回收的瀝青經過環境的老化，瀝青變硬，軟化點提高，黏度明顯提高。加入再生劑之后，瀝青性能逐漸提升，針入度和延度明顯增加，軟化點降低。本文最終選擇再生劑摻量5%作為研究用量進行試驗研究。

1.2 集料性能

對抽提后的集料進行篩分，篩分結果如表2所示。

表2 回收混合料各篩孔通過率 %

依據《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）對瀝青混合料集料的要求可以看出，9.5～13.2檔9.5篩孔之后的通過率超過規范值，4.75～9.5檔9.5之后篩孔的通過率超過規范值，2.36～4.75檔0.075篩孔的通過率大于規范值。

上述現象在現有路面狀況中都比較常見，因為瀝青混合料在壓實過程中受振動、擠壓，以及運營過程中間斷性的荷載作用，這種沖擊式的剪切作用使得集料發生破碎，造成了混合料級配的衰減，這將改變原有設計中混合料的骨架作用，瞬間瀝青混合料的抗剪性能下降，進而引發系列破壞。故必須針對回收瀝青混合料的篩孔通過率進行級配重新設計。

2 配合比設計

舊集料為石灰巖，故試驗選用的新集料也為石灰巖，來自山西省定襄采石場，各項技術指標見表3。各項性能均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（ JTG F40—2004）的要求。

表3 集料性能指標

再生瀝青混合料級配采用AC-16，舊集料用量為30%，將合成級配中各篩孔的通過率繪制曲線如圖1所示。

圖1 再生瀝青混合料合成級配

采用馬歇爾法，以空隙率4%～5%為指標進行配合比設計，計算最佳油石比為4.7%。在設計配合比的最佳油石比情況下進行高溫性能、低溫性能、水穩性能試驗，各路面性能均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（ JTG F40—2004）的要求。

3 抗變形性能研究

3.1 測試設備

本文采用光纖光柵應變計對再生瀝青混合料的變形特征進行測試，采用BGK-FBG-8600中速光纖光柵解調儀進行數據收集，具體如圖2所示。

圖2 光纖光柵解調儀

本文中采用有限尺寸瀝青混合料試件進行模擬試驗，并借助車轍試驗儀對試件進行施加荷載，模擬研究荷載作用下抗變形情況。應變計的布設情況如圖3所示，分別測試在荷載作用下瀝青混合料的水平橫向與縱向的位移情況。

圖3 應變計布設及荷載移動方向

3.2 測試結果分析

為全面地研究荷載作用下的瀝青混合料變形規律，以再生瀝青混合料和回收瀝青混合料為研究對象，分別對縱向、橫向兩個方向的變形進行對比分析。

3.2.1 縱向變形規律

圖4為在荷載作用下瀝青混合料在縱向（與機動荷載平行）的應變情況。可以看出回收瀝青混合料和再生瀝青混合料在機動荷載的作用下表現出極為相似的應變規律。

圖4 縱向變形規律

縱向應變隨著車轍輪載的施加而增加，荷載撤離后有部分恢復的傾向，但恢復的幅度不大。對比回收瀝青混合料和再生瀝青混合料在機動荷載作用下的變形規律，可發現再生瀝青混合料的應變明顯小于回收瀝青混合料的應變。表明在荷載作用下，再生瀝青混合料發生的變形更小，同樣的荷載作用下可以承擔更大的荷載。再生瀝青混合料中由于再生劑的添加，增強了瀝青的黏聚性能，宏觀上可以增強瀝青混合料的抗剪性能，而抗剪性能提高最直觀的表現就是抗車轍能力的提升，進一步驗證了瀝青混合料就地熱再生可提高路面結構的抗車轍性能。

同時，劉志勝研究認為車轍試驗中瀝青混合料層在荷載作用下的塑性變形很大程度是由于瀝青混合料的縱向變形而引起[6]，那么上述試驗也可以說明再生瀝青混合料具有更強的抗車轍性能，高溫穩定性更佳。

3.2.2 橫向變形規律

圖5為在荷載作用下瀝青混合料在橫向（與機動荷載垂直）的應變情況。可以看出回收瀝青混合料和再生瀝青混合料在機動荷載的作用下表現出較為相似的應變規律。

圖5 橫向變形規律

橫向應變隨著車轍輪載的施加而增加，荷載撤離后有較為明顯的恢復。對比回收瀝青混合料和再生瀝青混合料在機動荷載作用下的橫向變形規律，可發現再生瀝青混合料的應變明顯小于回收瀝青混合料的應變。表明荷載作用下，兩側的瀝青混合料向兩側產生的橫向位移更小，再生瀝青混合料可以有效地抵抗外來荷載帶來的材料推移病害。也說明，再生處理技術增加了瀝青混合料的韌性。

同時，再生瀝青混合料的變形以及恢復更加平穩，其表面材料在荷載作用下的穩定性更強。而回收瀝青混合料出現局部的峰值，可能是由于其內部存在軟弱處，荷載作用引發裂縫，進而導致應力集中現象帶動的應變峰值。

4 結論

本文以回收的瀝青混合料為基礎材料，測試了回收瀝青的基本指標，分析了回收瀝青混合料級配的變化，并進行了級配重新設計，對比分析了再生瀝青混合料和回收瀝青混合料的抗變形性能，得到如下結論：

a）回收的瀝青混合料瀝青老化嚴重，集料的級配發生了改變，級配衰減明顯。

b）再生瀝青混合料具有更強的抗剪性能，可有效地提高路面的抗車轍性能。

c）再生瀝青混合料具有更強的黏聚性能，可有效地抵抗材料的側向位移。