高RAP 摻量下溫拌再生瀝青混合料性能研究

江名飛

（上饒市鄱陽公路事業發展中心，江西上饒 333100）

1 引言

交通荷載隨交通經濟發展不斷增加，公路面層破壞日趨嚴重。以往對于破壞的公路面層常采用銑刨重鋪維修方案，這與當今節能減排的主旋律相悖[1]。如何行之有效地貫徹我國循環經濟發展理念并實現節能減排化的公路養護已成為現階段行業內正探索的重要研究方向。對廢舊瀝青混合料（RAP）進行再生利用，是目前較為主流的破局思路。

有學者[2]認為瀝青混合料老化過程并未完全改變其基本結構體系，且具有可恢復性，對RAP 料中的老化瀝青可通過摻加再生劑等工藝實現性能部分或全部恢復。部分研究者[3]提出在RAP 料中除再生劑外同時摻配新集料和新瀝青后，通過再次拌和重鋪實現再生利用。與之相結合的廠拌熱再生技術能夠較好地恢復舊瀝青混合料性能，現已得到廣泛應用[4]。摻配RAP 料后的瀝青混合料能一定程度上提升其高溫穩定性[5]。另一方面，采用廠拌熱再生方法制取的再生瀝青混合料的RAP 料摻配比例通常在30%以下，這是由于過高比例的RAP 摻配比例需要大幅提升瀝青混合料加熱溫度，除了能源消耗和氣體排放污染問題外，這也將帶來瀝青的二次老化問題，限制了再生瀝青混合料的進一步發展[6]。

綜上所述可以發現，RAP 料再生利用及傳統廠拌熱再生方案方面已有一定的研究基礎，但其固有缺陷仍限制著相關技術發展。而溫拌瀝青技術的引入能夠較好地彌補RAP 利用率不高等相關缺陷。本文提出高RAP 摻量下的溫拌再生瀝青混合料應用方案，并對其路用性能展開了深入探討。對RAP料級配展開分析并評價舊瀝青性能指標；對比2%～8%再生劑摻配比例對再生瀝青性能指標的影響規律，確定合理再生劑摻配比例；對比溫拌再生瀝青混合料試件在135～165 ℃拌和溫度條件下的路用性能變化規律，驗證其應用效果。

2 原材料分析

瀝青混合料的老化主要是指瀝青混合料在荷載、自然環境如紫外線、水及氧氣等作用下發生瀝青膠結料的老化及集料的破碎。

本研究中所用的回收瀝青混合料舊料源于江西省某市政道路上面層AC-16 密級配瀝青混凝土，原材料組成中的膠結材料為70#A 級道路石油瀝青。在對RAP 料進行再生利用前須對其性能指標進行檢測，重點分析舊料級配和瀝青老化情況。

2.1 級配分析

為最大程度確保RAP 料結構層的完整性，采用連續切割方案進行回收，回收的舊料見圖1。為防止對RAP 料級配分析結果產生影響，通過多次反復抽提的方法以減少舊瀝青殘留，對抽提完成后的舊料進行烘干和篩分，共進行了3 組平行試驗，與原設計瀝青混合料的油石比數據進行對比，對比結果見表1。可以發現，3 組數據中的抽提瀝青占比平均為4.057%，與原設計成果中的4.18%較為接近，這表明抽提瀝青結果與初始設計具備一致性。

圖1 回收的舊料

表1 瀝青抽提數據表

將抽提后3 組RAP 料篩分后的平均級配情況，與原始級配、AC-16 級配上下限進行對比，級配曲線見圖2。

圖2 RAP 料級配曲線圖

可以發現，與原瀝青混合料原始級配相比，RAP 料級配曲線在0.075～13.2 mm 范圍內均相對變高，這說明集料在長期施工過程中發生了一定程度的細化，但集料破碎程度相對較輕，且其級配分布情況仍符合AC-16 級配設計規范要求，因此可在不調整舊料級配的情況下直接應用該批RAP 料。

2.2 再生劑及溫拌劑

本研究選用100%摻配比例的RAP 料制備溫拌再生瀝青混合料，除了不調整舊料級配外，同時在拌和過程中不再摻加新瀝青，而是在舊瀝青中摻配再生劑實現再生利用。再生劑中的芳香分成分可與舊瀝青有效相容，補充舊瀝青在長期使用過程中流失的輕質組分，并恢復其流變特性，從而實現多項瀝青性能指標的改善，改變舊瀝青脆硬的宏觀表現，降低其黏度。再生后的瀝青可有效裹覆集料，進而實現RAP 料性能的恢復，提升其作為面層材料的路用性能。本試驗選取的再生劑為ZGSB 型，呈墨棕色。通過高速剪切機向旋轉蒸發所得的老化瀝青中摻配該再生劑，其中攪拌剪切時間為30 min。

為實現較好彌補RAP 利用率不高等相關缺陷，本文將RAP 料的再生利用與溫拌瀝青技術相結合，提出高RAP 摻量下的溫拌再生瀝青混合料應用方案。本試驗選用的溫拌劑為聚乙烯蠟類降黏型溫拌劑，呈白色顆粒狀。根據廠家推薦數據及相關工程應用經驗，選取再生瀝青質量的3%作為溫拌劑外摻比例。

3 再生瀝青性能分析

在3%溫拌劑摻配比例的基礎上，控制2%～8%再生劑摻配比例，分析其對再生瀝青性能指標的影響規律，以確定合理再生劑摻配比例。檢測各組再生瀝青試樣的常規性能表現，包括25 ℃針入度、軟化點及旋轉黏度指標，檢測結果分別見圖3～圖5。

圖3 再生劑比例對針入度的影響

圖4 再生劑比例對軟化點的影響

圖5 再生劑比例對旋轉黏度的影響

可以發現，將不同再生劑摻配比例的再生瀝青性能與原設計方案中的70#新基質瀝青性能進行對比，70#新基質瀝青的25 ℃針入度為65（0.1 mm），軟化點為45.5 ℃，135 ℃旋轉黏度為0.31 Pa·s。分析再生劑比例對針入度的影響規律，可以發現：再生瀝青的針入度與再生劑摻配比例呈正相關關系，從老化瀝青的48（0.1 mm）提升到127（0.1 mm），當再生劑摻配比例超過4%時，舊瀝青的針入度可恢復至70#基質瀝青水平；再生瀝青的軟化點則隨再生劑摻配比例的提升線形下降，從老化瀝青的52.5 ℃降低至42.4 ℃，當再生劑摻配比例超過4%時，舊瀝青的軟化點可恢復至70#基質瀝青水平；再生瀝青的旋轉黏度與再生劑摻配比例呈負相關關系，從老化瀝青的0.588 Pa·s 降低至0.078 Pa·s，當再生劑摻配比例超過2%時，舊瀝青的軟化點即可恢復至70#基質瀝青水平。

綜合考慮再生劑摻配比例對再生瀝青25 ℃針入度、軟化點及旋轉黏度指標的影響，最終確定再生劑的摻配比例為4%。

4 再生瀝青性能分析

選用100%摻配比例的RAP 料制備溫拌再生瀝青混合料，溫拌劑和再生劑摻配比例分別為3%和4%，對比溫拌再生瀝青混合料試件在135～165 ℃拌和溫度條件下的路用性能變化規律展開分析，最終推薦最佳溫拌施工溫度。

4.1 高溫性能分析

通過全自動車轍試驗機進行混合料高溫性能分析，設定輪壓為0.70 MPa，試驗溫度為60 ℃，測得拌和溫度對高RAP摻量下溫拌再生瀝青混合料動穩定度變化，見圖6。

圖6 拌和溫度對高溫性能的影響

可以發現，隨著拌和溫度從135 ℃提升至165 ℃，混合料動穩定度呈上升趨勢，從1 387 次/mm 提升至1 902 次/mm，但隨著伴和溫度的提高提升幅度快速下降，提升至155 ℃后，動穩定度提升不再明顯。

4.2 低溫性能分析

已有經驗表明，當RAP 摻量較高時，再生瀝青混合料低溫性能易受到不利影響，通過低溫小梁試驗分析高RAP 摻量下溫拌再生瀝青混合料最大彎拉應變的變化，見圖7。

圖7 拌和溫度對低溫性能的影響

可以發現，隨著拌和溫度從135 ℃提升至165 ℃，混合料最大彎拉應變呈先增后降趨勢，峰值處于155 ℃時，達到4 246 με。這是因為當拌和溫度過高時易造成再生瀝青的二次老化，從而引起混合料中膠結料黏附性下降，宏觀上表現為低溫抗裂性降低。

4.3 水穩定性分析

再生瀝青具備憎水特性，而集料有著親水特性，瀝青混合料在水的侵蝕下易發生瀝青膜剝落現象，通過浸水馬歇爾試驗分析高RAP 摻量下溫拌再生瀝青混合料殘留穩定度變化，見圖8。

圖8 拌和溫度對水穩定性的影響

可以發現，隨著拌和溫度從135 ℃提升至165 ℃，混合料殘留穩定度同樣呈先增后降趨勢，峰值處于155 ℃時，達到88.2%。

綜合考慮拌和溫度對溫拌再生瀝青混合料試件路用性能的影響，最終推薦了155 ℃的拌和溫度。

5 結語

本文提出高RAP 摻量下的溫拌再生瀝青混合料應用方案，并對其路用性能展開了深入探討，得出如下主要結論：

1）抽提瀝青占比平均為4.057%，與原設計成果中的4.18%接近；

2）集料在長期施工過程中發生了一定程度的細化，但其級配分布情況仍符合AC-16 級配設計規范要求；

3）綜合考慮再生劑摻配比例對再生瀝青25 ℃針入度、軟化點及旋轉黏度指標的影響，推薦再生劑的摻配比例為4%；

4）綜合考慮拌和溫度對溫拌再生瀝青混合料試件路用性能的影響，推薦拌和溫度155 ℃。