高RAP摻量廠拌熱再生瀝青混合料路用性能研究

趙 彩 馬魯寬

(同濟大學道路與交通工程教育部重點實驗室 上海 201804)

瀝青路面廠拌熱再生作為一種綠色、節能、環保的養護技術，實現了道路工程循環經濟與低碳經濟發展，在公路養護工程中得到了廣泛應用[1-4]。目前，廠拌熱再生研究的熱點之一在于瀝青混合料回收料(reclaimed asphalt pavement，RAP)的摻量問題。RAP摻量大小會顯著影響到再生瀝青混合料的路用性能與再生路面施工的經濟性。調研結果顯示大多數廠拌熱再生實體工程RAP的摻量一般不高于30%[5-7]，且其性能基本可以達到新拌瀝青混合料的技術要求。然而，綜合考慮拌和設備的改造費用、舊路面的銑刨費用及RAP材料的運輸費用，當RAP摻量較低時廠拌熱再生路面工程的經濟效益并不顯著[8-9]，這從一定程度上限制了廠拌熱再生的規?；瘧?。

基于此，本文針對RAP高摻量情況，分別以30%，50%，70% RAP摻量設計廠拌熱再生瀝青混合料AC-20，通過馬歇爾試驗確定了高RAP摻量最佳油石比，采用車轍試驗、小梁彎曲試驗、浸水馬歇爾試驗及凍融劈裂試驗，綜合分析其路用性能，并鋪筑試驗路進一步探索高RAP摻量的再生路面的性能特點，以期為高RAP摻量廠拌熱再生的推廣應用提供理論依據與參考。

1 原材料

1.1 RAP

本文用RAP為某高速公路維修路段銑刨回收料，按JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》對其技術進行檢測，結果見表1。

表1 RAP技術指標

由表1可見，RAP中瀝青針入度與延度較低，表明該路面經長期行車荷載及自然環境作用下瀝青老化程度較高，因此需要添加再生劑以恢復其流變性能。

1.2 再生劑

本文選用上海某公司提供的石化油基再生劑，其技術指標見表2，經測試確定其摻量為RAP摻量的0.15%，此時再生瀝青的技術指標見表3。

表2 再生劑技術指標

表3 再生瀝青技術指標

1.3 SBS改性瀝青

新加瀝青為SBS改性瀝青，其技術指標列于表4。

表4 SBS改性瀝青技術指標

1.4 礦料

礦料為石灰巖粗、細集料及礦粉，各檔集料毛體積相對密度見表5。

表5 礦料毛體積相對密度

2 試驗方案

2.1 材料組成設計

RAP經破碎、篩分、分檔處理后，分別以30%、50%、70%RAP摻量設計再生瀝青混合料AC-20的合成級配見圖1。

圖1 再生瀝青混合料配合比

再生瀝青混合料總瀝青含量包括三部分：RAP中老化瀝青、再生劑及新加SBS改性瀝青。分別以3.8%，4.1%，4.4%，4.7%，5.0%油石比成型馬歇爾試件，并測試空隙率、穩定度、毛體積密度等指標，計算得到各RAP摻量再生混合料最佳油石比。

2.2 再生瀝青混合料性能室內試驗

以最佳油石比分別成型各RAP摻量再生混合料試件，采用車轍試驗、低溫彎曲試驗、浸水馬歇爾試驗及凍融劈裂試驗分別評價再生瀝青混合料高溫抗車轍性能、低溫抗裂性及抗水損壞性能。

2.3 現場試驗路試驗

根據室內試驗研究結果，選擇綜合路用性能滿足規范要求的RAP摻量進行試驗路鋪筑，分別進行鉆芯取樣、滲水試驗測試其壓實度、滲水系數。

3 結果分析與討論

3.1 最佳油石比

試驗得不同RAP摻量下再生混合料最佳油石比見圖2。

圖2 再生混合料最佳油石比

由圖2可見，隨著RAP摻量的增加，再生混合料最佳油石比略有增高。這是因為，隨著RAP摻量的增加，再生混合料總瀝青用量中舊瀝青占比增大，新加SBS改性瀝青占比減少，而由于舊瀝青受到再生劑軟化調和并不充分，只有部分處于流動狀態與新瀝青共同填充礦料間隙，導致瀝青飽和度較低，因而總瀝青用量需要有所升高。

3.2 高溫穩定性

圖3為不同RAP摻量下再生混合料車轍試驗結果。

圖3 再生混合料車轍試驗結果

由圖3可見，再生混合料的動穩定度隨著RAP摻量的增加呈線性增長趨勢，表明再生混合料高溫抗變形能力得到增強。這是因為RAP中的瀝青老化變硬，抗變形能力增強，隨著RAP摻量的增加而愈發凸顯。當RAP摻量高于50%時，再生混合料的動穩定度均高于4 000次/mm，可以滿足重交通路面的抗車轍要求。

3.3 低溫抗裂性

圖4為不同RAP摻量下再生混合料低溫彎曲試驗結果。

圖4 再生混合料小梁彎曲試驗結果

由圖4可見，隨著RAP摻量的增加，再生混合料最大彎拉應變加劇降低，說明再生混合料低溫抗裂性變差。這是因為RAP中瀝青老化變脆，且隨著RAP摻量的增加，再生混合料中RAP容易分布不均，新舊材料界面處成為混合料薄弱環節，在低溫條件下容易發生斷裂破壞。行業規范要求冬寒區瀝青混合料破壞應變不低于2 800×10-6，冬冷區不低于2 500×10-6[10]。本研究結果顯示當RAP摻量分別為50%，70%時，再生混合料破壞應變分別為2 510×10-6，1 890×10-6，70%RAP摻量再生混合料低溫抗開裂性能已不滿足規范要求。

3.4 水穩定性

圖5和圖6分別為不同RAP摻量下再生混合料浸水馬歇爾試驗結果和凍融劈裂試驗結果。

圖5 再生混合料浸水馬歇爾試驗結果

圖6 再生混合料凍融劈裂試驗結果

由圖5、圖6可見，再生混合料殘留穩定度與凍融劈裂強度比隨RAP摻量增加均呈下降趨勢，表明RAP摻量越高，再生混合料的水穩定性越差。雖然3種摻量下再生混合料殘留穩定度均高于85%，凍融劈裂強度比高于80%，符合規范使用要求。但不難發現，當RAP摻量達到70%時，再生混合料的抗水損壞能力下降幅度較大，且在凍融劈裂試驗加載破壞階段出現松散掉?，F象，這說明在凍融條件下其內部容易產生微裂紋，水分侵入裂隙中破壞了瀝青與集料間的黏附性，使得混合料的水穩定性急劇降低。因此，需嚴格控制RAP摻量。

3.5 現場應用

依托某高速公路維修養護實體工程，分別以RAP摻量30%，50%鋪筑200 m瀝青路面上面層試驗路段，并進行質量檢驗，結果見圖7、表6。

圖7 現場鉆芯取樣結果

表6 壓實度與滲水系數

由圖7可見，當RAP摻量為30%時，集料分布均勻且間隙較小，再生混合料較為致密；當RAP摻量達到50%時，再生混合料接近路表部分出現明顯孔隙，瀝青與細集料出現團聚現象，再生混合料較為粗疏，這主要與新舊瀝青融合較差有關。

由表6可見，2種RAP摻量下再生瀝青混合料的壓實度與滲水系數均滿足規范要求；但隨著RAP摻量的增加，再生混合料壓實度減小而滲水系數增加，表明RAP摻量越高越容易產生水損壞。因此，當RAP摻量較高時應適當增加壓實遍數提高再生混合料密實度，從而增強其水穩定性。

4 結語

1)室內試驗表明，隨著RAP摻量的增加，廠拌熱再生瀝青混合料最佳油石比增加，再生瀝青混合料高溫抗車轍能力增強，低溫抗裂性能和抗水損壞能力降低。根據路面層位功能要求，低RAP摻量宜應用路面表面層以保證其抗低溫性能，高RAP摻量可應用于路面中/下面層以充分利用其抗變形能力。

2)室內試驗表明，當RAP摻量為50%時，再生混合料具有優秀的高溫穩定性和水穩定性，良好的低溫抗裂性能；但是當RAP摻量達到70%時，再生混合料低溫性能已不滿足規范要求。

3)試驗路試驗表明，隨著RAP摻量的增加，再生瀝青混合料的均勻性變差，壓實度降低，滲水系數升高，應適當增加壓實遍數提高再生混合料密實度，從而增強其水穩定性。