大摻量RAP熱再生瀝青混合料路用性能研究

盤宇飛，侯劍楠

(1.廣西壯族自治區公路發展中心，廣西 南寧 530029；2.廣西交科集團有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

《2020年交通運輸行業發展統計公報》顯示，截至2020年年底，我國公路養護總里程達514.40萬km，占公路總里程的99.0%，我國公路建設行業逐漸由早年的建設為主轉變為建養并重，大量早期修建的公路亟須進行養護維修。日益繁重的養護維修任務導致我國每年產生大量的舊瀝青路面材料(Reclaimed Asphalt Pavement，RAP)，若將其全部棄置，一方面會對環境造成污染，另一方面需重新開采大量土石資源用于生產新瀝青混凝土，因此道路建設工作者基于綠色公路發展理念，提出采用瀝青路面再生技術對RAP進行回收利用。

瀝青路面再生技術一般可分為熱再生與冷再生兩類，其中熱再生技術通過將RAP、再生劑、新瀝青與新集料一同加熱拌和均勻后攤鋪碾壓形成再生路面，實現對RAP的高效利用，其相對于冷再生技術，具有RAP再生效果較好、RAP摻量高、施工質量易于控制等優點，應用相對廣泛[1]。目前我國實際工程中RAP摻量一般不超過40%，大摻量RAP熱再生瀝青混合料應用較少，因此本文基于正交試驗設計，通過瀝青混合料室內路用性能試驗，研究加熱溫度、拌和時間、大摻量RAP對再生瀝青混凝土性能的影響，以期為大摻量RAP熱再生瀝青混合料的應用提供參考。

1 原材料

1.1 新瀝青

本文采用的新瀝青為成品SBS改性瀝青，其技術指標如表1所示。

1.2 新集料

本文采用玄武巖粗集料、石灰巖細集料作為新集料，其技術指標如表2、表3所示。

表1 SBS改性瀝青技術指標表

表2 玄武巖粗集料技術指標表

表3 石灰巖細集料主要技術指標表

1.3 再生劑

本文所采用的再生劑技術指標如表4所示。

表4 再生劑技術指標表

1.4 RAP

本文采用的RAP來自舊瀝青路面表面層AC-13銑刨料，瀝青含量測定結果為4.7%，通過離析分離試驗對其級配進行測定，結果如表5所示。

表5 RAP離析分離后級配測定結果表

2 再生瀝青混合料級配設計

根據RAP-13級配組成與新集料級配范圍，調整不同RAP摻量下的新集料比例，使其合成級配滿足AC-13級配范圍要求，合成級配結果如表6所示。

表6 AC-13熱再生瀝青混合料合成級配表

根據表6中不同RAP摻量下的再生混合料合成級配，參考《公路瀝青路面再生技術規范》(JTG/T 5521-2019)，采用式(1)、式(2)計算再生混合料中新瀝青預估用量。

Pb=0.035a+0.045b+Kc+F

(1)

Pnb=Pb?傆bPab×n/100

(2)

式中：Pb——再生混合料中總瀝青用量；

Pab——RAP內舊瀝青含量，4.7%；

Pnb——再生混合料新瀝青用量；

a——>2.36 mm集料含量；

b——0.075～2.36 mm集料含量；

c——<0.075 mm粉料含量；

K、F——常數，本文分別取0.12、0.7。

根據式(1)和式(2)可計算出70%RAP、80%RAP與90%RAP三個合成級配的新瀝青用量分別為1.68%、1.21%與0.74%，然后分別以0.5%為間距上下各浮動兩個油石比進行馬歇爾試驗，根據圖解法得到70%RAP、80%RAP與90%RAP三個合成級配的最佳油石比分別為1.93%、1.29%與0.69%。

3 試驗方案

熱再生瀝青混合料制備工藝參數的選擇將直接影響再生路面的路用性能與施工質量，因此本文選取RAP摻量、拌和溫度與拌和時間作為試驗影響因素，采用正交試驗設計法進行試驗方案設計。正交試驗設計法是一種利用正交設計表安排與分析多因素試驗的設計方法，可均勻挑出代表性較強的少數試驗方案，在各因素間進行多種可能的最佳搭配，從而提高試驗效率、節省試驗材料。本文結合國內外相關文獻，確定各因素水平取值如表7所示。

表7 L9(33)正交試驗因素及水平取值表

4 試驗結果與分析

4.1 RAP摻量與制備工藝對再生瀝青混合料性能的影響

基于表7中的影響因素與水平，對大摻量RAP熱再生瀝青混合料進行60 ℃車轍試驗、低溫彎曲試驗及凍融劈裂試驗，試驗結果如表8所示。

表8 大摻量RAP熱再生瀝青混合料試驗結果表

為評價不同水平對大摻量RAP熱再生瀝青混合料性能影響，以各因素相同水平下試驗結果的均值作為縱坐標，以各因素水平作為橫坐標，基于上頁表8中的試驗結果，繪出各因素與試驗指標的關系，如圖1～3所示。

圖1 不同因素水平對動穩定度的影響曲線圖

圖2 不同因素水平對破壞應變的影響曲線圖

圖3 不同因素水平對凍融劈裂強度比的影響曲線圖

由圖1～3可知：

4.1.1 高溫性能

隨著RAP摻量增大，再生混合料動穩定度不斷提高，表明RAP的摻入顯著改善了再生瀝青混合料的高溫穩定性能。這是由于RAP摻量的增加，使再生瀝青混合料中舊瀝青含量增加，RAP中舊瀝青經過老化后軟化點提高、勁度增大，從而提高再生瀝青混合料動穩定度，增強其抵抗高溫剪切變形能力。

隨著再生瀝青混合料拌和時間延長與拌和溫度增加，再生瀝青混合料動穩定度逐漸增大，結果表明適當延長拌和時間、提高拌和溫度可有效增強再生瀝青混合料高溫性能。這是由于溫度提高和拌和時間延長有利于RAP中舊瀝青的軟化，促進新舊瀝青的融合，使RAP中的舊集料與新集料充分混合均勻，從而提高RAP的再生效率，宏觀表現為再生瀝青混合料高溫穩定性能明顯提高[2]。

4.1.2 低溫抗裂性能

隨著RAP摻量增加，再生瀝青混合料低溫破壞應變大幅下降，表明大摻量RAP對再生瀝青混合料低溫抗裂性存在負面影響。這是由于RAP中舊瀝青老化后，輕質組分含量降低，舊瀝青低溫延展性能下降，而RAP摻量的增加，使得再生瀝青混合料中老化后的舊瀝青含量顯著提高，從而對再生瀝青混合料的低溫性能產生負面影響[3]。

隨著拌和時間延長與拌和溫度提高，再生瀝青混合料低溫破壞應變分別表現出單調遞增與先增大后減少的變化趨勢。這是由于提高拌和溫度、延長拌和時間有利于RAP與新集料、新瀝青的混合，消除RAP混合不均產生的薄弱界面，提高RAP的再生程度，從而提高再生瀝青混合料的低溫抗裂性能。當拌和溫度過大時，導致新瀝青短期老化，降低新瀝青延展變形能力，一定程度上降低再生瀝青混合料的低溫性能。

4.1.3 水穩定性

隨著RAP摻量增加，大摻量RAP再生瀝青混合料凍融劈裂強度比大幅下降，表明大摻量RAP條件下，加大RAP摻量對再生瀝青混合料水穩定性存在一定負面影響。這是由于過多的RAP摻量使再生混合料中舊瀝青含量增加，舊瀝青經過老化后，變硬變脆，與集料間的粘附性下降，導致再生瀝青混合料的水穩定性能顯著降低[4]。

隨著拌和時間延長與拌和溫度增加，再生瀝青混合料凍融劈裂強度比分別呈現單調遞增與先增大后降低的變化規律，與前文分析一致，這是由于延長拌和時間與提高拌和溫度能促進新舊瀝青融合再生，使新舊集料均勻分散，提高再生效率，從而明顯提高再生瀝青混合料的抗水損害能力，但過高的拌和溫度將導致新瀝青老化，對再生瀝青混合料的水穩定性存在負面影響。

4.2 相關性分析

為分析RAP摻量程度、拌和溫度與拌和時間對熱再生瀝青混合料性能的影響程度，采用SPSS軟件對表8中的試驗數據進行Pearson相關性分析，結果如表9所示。

由表9可知，對于再生瀝青混合料高溫穩定性能與低溫抗裂性能影響因素相關性排序均為：RAP摻量>拌和溫度>拌和時間，且RAP摻量分別與高溫穩定性能、低溫抗裂性能之間存在顯著相關性(0.05水平上顯著相關)。對于再生瀝青混合料水穩定性能影響因素相關性排序為：RAP摻量>拌和時間>拌和溫度，且RAP摻量與水穩定性能之間存在顯著相關性(0.05水平上顯著相關)。

表9 大摻量RAP熱再生瀝青混合料性能影響因素相關性分析數值表

綜上所述，結合各因素對再生瀝青混合料性能的影響，大摻量RAP熱再生瀝青混合料生產過程中應適當提高拌和溫度與拌和時間，以確保再生瀝青混合料中新舊瀝青與新舊集料混合均勻，其中推薦拌和溫度為170 ℃、推薦拌和時間為6 min。

5 結語

本文基于正交試驗對大摻量RAP熱再生瀝青混合料性能進行研究，得出以下結論：

(1)提高RAP摻量可明顯增強再生混合料高溫穩定性能，增強其抵抗高溫剪切變形能力，且摻量越大，性能提升越大，但對再生混合料低溫抗裂性能與水穩定性能存在一定程度的負面影響。

(2)適當提高拌和溫度(≤170 ℃)可提高再生混合料高溫穩定性、低溫抗裂性能與水穩定性能，但拌和溫度過高時(>170 ℃)可能會造成新瀝青的老化，對再生瀝青混合料低溫抗裂性能與水穩定性能產生負面影響。

(3)提高拌和時間有利于促進新舊瀝青融合再生與新舊集料均勻分散，從而提高再生瀝青混合料高溫穩定性、低溫抗裂性能與水穩定性能。

(4)大摻量RAP熱再生瀝青混合料生產過程中應適當提高拌和溫度與拌和時間，其中推薦拌和溫度為170 ℃、推薦拌和時間為6 min。