外加劑對再生瀝青混合料性能影響的試驗研究

王 鑫

(廣東華路交通科技有限公司，廣東 廣州 510420)

我國的道路處于建養并重階段，道路維修中產生大量的廢舊瀝青混合料，造成環境污染，不利于道路可持續發展；新建道路所需高品質原材料又極度缺乏，最終無法保持其服務壽命。再生瀝青路面材料(RAP)的利用在施工中已經變得越來越重要，然而RAP材料的替代料還是處于較低水平，2009年有研究者經過大量研究認為：RAP在熱拌瀝青混合料(HMA)的替換率不超過30%?；诃h境問題和工程經濟性出發，提升工廠化高摻量RAP再生瀝青混合料的生產技術迫在眉睫。

再生瀝青混合料的典型特點是，結合料被氧化，瀝青質增加，輕質油分減少，結合料變得硬脆、易產生疲勞開裂。為了克服這一問題，通常在再生瀝青混合料中加入軟化劑或再生劑，起到軟化結合料的作用，恢復老化瀝青的性能，并確保再生瀝青混合料的使用性能。研究人員使用了不同的再生劑，并通過與HMA的性能進行比較，確定了合適的回收材料摻量，盡管預估再生混合料中RAP的利用率在10%～30%之間，在添加再生劑的情況下，RAP的利用率可高達70%，然而許多外加劑的商業化使得回收過程成本高昂。這些限制與早期研究的再生劑在國內的應用有關，因此有必要探索其他可用的油類，以使項目在經濟上可行，并確保RAP混合料具有足夠的抗車轍和疲勞性能。本文采用不同的RAP摻量(30%～70%)，加入5%的再生劑和軟化劑，通過室內試驗，對不同再生瀝青混合料的體積特性、強度、水敏感性、車轍性能等進行了分析。

1 試驗材料和方法

1.1 原材料

RAP材料來自于廣東省某中等交通高速公路，經歷了7～9年的老化；新集料為玄武巖，來自周邊的采石場，各集料的基本技術性能均滿足相應規范要求。

考慮到RAP摻量較高，采用SK90瀝青結合料。老化瀝青是通過離心機從RAP中回收的，其含量為3.64%；25 ℃下的針入度、軟化點和延展性為62 mm、48 ℃和18 cm。

以廢植物油為再生劑，由于存在大量的油酸和亞油酸，有望有效地恢復RAP結合料的性能。

軟化劑為市場上購買的常用的石油系物理軟化劑。

1.2 級配與混合料設計

當RAP用于瀝青混合料時，必須考慮新混合料中的舊材料。因此，再生骨料被分為粗粒級(粒徑大于4.75 mm)和細粒級(小于4.75 mm)，然后將其與原骨料混合，制備出滿足規范級配標準的新骨料混合料?；厥盏幕旌狭鲜峭ㄟ^采用不同RAP(即30%～70%)的原始料堆的不同組合來制備的。對照組混合料僅考慮原始料堆的組合(即全部新集料)。控制組混合料和回收混合料的最終級配均滿足規范的要求。

2 試驗結果與分析

2.1 體積特性

圖1為不同瀝青混合料的最佳油石比OBC，可以發現：再生瀝青混合料的OBC隨著RAP摻量的增加而減少，再生RAP的最佳瀝青結合料含量低于HMA，原因可能是再生劑可以恢復RAP結合料的物理和化學特性，HMA為了獲得更好的混合料和易性，需要低粘度或較多的新瀝青結合料。為了使各瀝青混合料試樣獲得同樣的空隙率，得到適當的粘度，需要摻入少量的新瀝青結合料，再生劑的添加量取決于RAP中老化結合料的含量。

圖1 不同混合料的最佳油石比OBC

所有混合料的集料間隙率均大于13%(如圖2)。可以發現：所有混合料的VMA符合規范要求，隨著RAP含量的增加，VMA降低，再生瀝青混合料的VMA均小于對照組HMA的，摻有再生劑的RAP混合料的VMA小于摻有軟化劑RAP的。每種混合料的壓實功率相同，這種體積特性的變化趨勢很可能是軟化劑材料的影響，降低了混合料的VMA，這說明再生劑具有降低粘度的作用，提高了高摻量RAP再生瀝青混合料的可行性。

圖2 不同瀝青混合料的VMA

圖3不同瀝青混合料的VFA值，可以發現：瀝青混合料的VFA介于65%～75%之間，無論有無再生劑，對照組混合料的VFA值高于摻RAP的再生瀝青混合料。此外，還發現VFA值隨著RAP摻量的增加而降低，摻再生劑的RAP混合料與具有軟化劑的再生混合料相比，顯示出較小的VFA。

圖3 不同瀝青混合料的VFA

2.2 間接拉伸強度

采用間接拉伸試驗可評價瀝青混合料的拉伸性能，進而評價瀝青路面抗裂性能。所需試件直徑100 mm、高度63.5 mm，ITS為干燥狀態下的間接拉伸強度。

圖4為通過間接拉伸試驗獲得的所有混合料在4%空隙率下的平均抗拉強度。由圖4發現：當添加軟化劑時，ITS值隨RAP含量的增加而提高，與對照組混合料相比，再生混合料的強度更高，摻軟化劑或再生劑的再生瀝青混合料RAP(70%)表現出更好的性能；當RAP摻量分別為30%、40%、50%、60%、70%時與對照組混合料相比，使用軟化劑和再生劑的RAP值分別提高了6.6%、32.38%、42.85%、54.28%和70.47%和1.9%、15.24%、49.52%、58.09%和63.80%，且RAP摻量在30%～60%之間時，強度結果之間區別不大；摻量在50%和60%RAP的情況下，摻有再生劑混合料比摻有軟化劑的再生混合料表現出更高的強度，這可能是由于摻有軟化劑比再生劑具有更強的軟化效果；而摻量為70%的摻有軟化劑的RAP混合料強度又高于摻有再生劑的強度，強度高對瀝青路面的抗變形能力是有好處的，但如果降低了柔韌性，其抗裂性能就差，因此，在合適的摻量下，保持相對高的強度和較好的抗裂性能是理想狀態。

圖4 不同混合料的間接抗拉強度

2.3 水敏感性

采用水敏感性試驗時，使用旋轉壓實儀成型試件，直徑為100 mm、厚63.5 mm，所有試樣的空隙率控制在7%左右。使用兩組樣品，一組在水中浸泡24 h，另一組保持干燥作為對照試樣。水敏感性通常用抗拉強度比(TSR)來表示，TSR值是指試件在潮濕狀態下的抗拉強度與干燥狀態下強度的比值，較高的TSR表明該混合物具有良好的抗水損壞能力。TSR值大于0.8時的混合料具有較強的抗水損害能力。

由圖5所示，TSR值在83.64%～93.2%之間，均大于0.8，具有良好的抗水敏感性，隨著RAP含量的增加，TSR降低，對于含有軟化劑和再生劑的再生瀝青混合料，TSR值在84.03%～93.2%之間，與對照組相比，摻外加劑的再生瀝青混合料具有更好的抗水敏感性。

從圖5還可以看出，對于RAP含量為30%～40%的再生瀝青混合料，TSR值略有增加，但隨著RAP含量的進一步增加，TSR降低。這可能是由于混合料中存在老化的瀝青結合料，對水分不敏感，但隨著RAP含量的增加，混合料的和易性降低，導致混合料中VFA值減少，TSR值降低。

圖5 不同瀝青混合料TSR值

2.4 輪轍試驗

采用輪轍試驗以評估瀝青混合料的抗永久變形能力，孔隙率控制在4%左右，試件尺寸為400 mm×400 mm×50 mm，每種混合料的車轍深度在20 000次荷載作用得到。

圖6顯示了所有混合料的平均車轍深度，可以發現：所有混合料的車轍性能均小于臨界值，在HMA中添加RAP可提高其抗車轍性能，而添加再生劑可降低其抗車轍性能，這可能是由于RAP的硬化效應，以及再生劑和軟化劑的軟化效應；與再生混合料相比，原始混合料車轍深度最高。

圖6 不同瀝青混合料的車轍深度對比

3 結 論

(1)瀝青混合料的最佳油石比隨著再生劑的加入而降低；在強度方面，再生混合料的強度更高，含有RAP(70%)和軟化劑或再生劑的混合料表現出更好的性能，然而，摻有軟化劑的再生瀝青混合料，50%和60%RAP的再生混合物具有更高的強度。

(2)所有瀝青混合料(HMA和RAP)均達到最小拉伸強度比，沒有水分敏感性問題。

(3)所有再生瀝青混合料的抵抗車轍性能高于對照組HMA，摻有再生劑的再生瀝青混合料抗車轍性能高于摻軟化劑的再生瀝青混合料。

(4)摻再生劑混合料的材料成本預計低于摻軟化劑的再生混合料和原始混合料?；谑覂仍囼灴梢酝茢?，在不顯著影響混合料性能的情況下，可以生產RAP摻量高達60%，添再生劑約5%的再生瀝青混合料。