冷再生RAP料瀝青變異性對路面性能的影響分析

郭瑞東，扎西達瓦

（1.山東公路技師學院，山東 濟南 250104；2.日喀則市交通運輸局，西藏 日喀則 857000）

0 前言

再生路面采用瀝青路面的廢舊材料，既能提高資源利用率也可以保護生態環境。瀝青路面冷再生技術施工速度快，節約生產成本，對現場的交通影響小，具有良好的經濟效益和社會效益。本文以國道某段K1730+000-K1826+000 段瀝青混凝土路面維修改造工程為例，當道路結構層破壞影響正常使用或面層出現唧漿病害時，銑刨原路面后，選用厚度分別為6cm、8cm、10cm 的AC-16（上面層）+AC-20（下面層）+水溫層，先噴射透層油（采用PC-3 乳化瀝青），隨后施工稀漿封層，最后施工冷再生基層（乳化瀝青廠拌厚度13cm）的施工方案[1-2]。通過實測數據，計算RAP 料中瀝青三大指標的變異性及其對再生瀝青路面性能的影響。

1 RAP料瀝青變異性分析

1.1 計算RAP 材料變異性的方法

通常可以采用極差、標準差或者變異系數來反映檢測數據的變異程度。由于極差不能完全準確地反映樣本統計中數值的波動，且易受到非正常的極值影響，所以實際應用較少；標準差既能反映樣本數據的變異幅度，也能衡量出樣本中各個數據的變異程度的大小，但它只對均值和量綱相同的變量有效；變異系數可以評價量綱不同的多個變量的離散程度，鑒于不同的瀝青指標量綱不同，因此本文采用變異系數來分析瀝青的變異性。

1.2 RAP 料取樣

RAP 采樣要求具有象征特性，能真實地表現舊路面的材料性能、力學性能及狀態。為了準確地反映RAP 料瀝青變異性與車道、路段、結構層、舊路面回收方式之間的關系，本次試驗共14 個取樣點，分別取自上下彎和轉彎路段，行車道、超車道及路肩，上中下結構層，銑刨、翻松及人工破碎等回收工藝。

1.3 舊瀝青的回收方法及其性質試驗

1.3.1 RAP 瀝青回收試驗

舊瀝青的提取分為兩個步驟，一是從舊路面中分離；二是從冷溶劑三氯乙烯中提取。分別采用常用的離心抽提法和阿布森法[2]。

1.3.2 舊瀝青的三大指標試驗

①瀝青的三個必要指標

一是針入度，二是軟化點，三是延度。

通過試驗對舊瀝青三項指標進行試驗分析，得到相關指標的差異性。

②瀝青含量試驗

通過燃燒試驗對RAP 舊料中的瀝青含量進行精準分析評價，實驗儀器采用瀝青含量分析儀。

1.3.3 RAP瀝青指標符合性檢驗

公路工程中采用連續型概率（即正態分布）驗證質量數據。鑒于所取數據小于50 個，所以采用W 檢驗[3]。規定樣本數據：針入度記為X，延度記為Y，軟化點記為X。 取α=0.05，查表得W=0.905[3]，數據見表1。

表1 W檢驗數據表

計算結果如下。

①針入度

②延度

③軟化點

計算結果雖然顯示本次RAP 料舊瀝青的針入度、延度、軟化點都服從正態分布，但是也表明RAP 料舊瀝青針入度變異性比其他兩個指標的變異程度高，因此在冷再生混合料設計時需要重點控制。

1.3.4 RAP 舊瀝青材料三大指標變異程度分析

根據路段的上下坡、轉彎等不同情況，將相關檢測數據定義為A 類，其三大指標變異系數計算如表2。

表2 不同路段變異系數計算

根據行車道、超車道的不同，將相關檢測數據定義為B 類，其變異系數的計算如表3。

表3 不同行車道變異系數計算

根據銑刨、翻松等不同回收工藝，將相關檢測數據定義為C 類，其變異系數的計算如表4。

表4 不同回收工藝變異系數計算

根據上、中、下面層等不同結構層將相關檢測數據定義為D 類，其變異系數的計算見表5。

表5 不同路面結構層變異系數計算

由計算可知：

①將檢測數據與瀝青技術指標進行對比發現軟化點增大，針入度、延度降低，說明舊料中的瀝青已經出現較為嚴重的老化現象；

②針對不同的路段、車道、結構層，道路中舊料RAP 瀝青性質穩定性差，變異性大[4]；

③采取不同的回收方式，道路中舊料的瀝青性質較為穩定，變異性小[4]。

1.3.5 瀝青含量的變異性計算

將舊瀝青從混合料中與骨料和礦粉分離，然后燃燒抽提液。通過瀝青含量的試驗，檢測數據及計算結果見表6。

表6 各變異參數與瀝青含量的關系

由計算可知：

①瀝青含量在不同路面結構層處，變異性最大，變異系數計算數值為14.5%；

②車道位置不同，其所承受的交通荷載存在差異，故瀝青含量在回收的舊料中顯示變異系數大，承受荷載大的位置瀝青占比少，承受荷載小的位置（比如路肩），舊料中的瀝青占比大；

③采取不同的回收方式時，顯示舊料瀝青含量變異性小，變異性系數只有4%。

1.4 RAP舊料中瀝青變異性分析

分析RAP 舊料中瀝青產生變異性的原因主要有以下四點。

①路段的不同引起的變異性

不同的地區的同一條車道，各地區的車流量差別較大，會導致路面實際承受不同的荷載，造成不同路段的RAP 舊料中瀝青性能的變異。

路段不同時，由于地質條件迥異，其沉降量不相等，造成路面病害程度不一致，導致回收的RAP 舊料中瀝青含量不同。

原有的公路施工時，各標段施工單位使用了不同的道路材料、不同的道路施工機具設備，現場管理水平不同，施工技術水平也不同。另外，運營中的各種外界作用、養護水平和頻次也會導致RAP舊料瀝青性能存在較大的變異性。

②不同路面結構層引起的變異性

瀝青的老化程度與瀝青路面的深度呈正相關。不同的道路材料根據使用要求用于不同的道路結構層，承受的車輛荷載大小不等，因此RAP 材料必然存在變異性。

③不同路面位置引起的變異性

路面位置，即使路段、使用年限和路面厚度相同，其回收的RAP 舊料瀝青性質也存在差異。行車道頻繁承受重交通荷載處，瀝青的老化嚴重，反之則小。

④不同回收工藝引起的變異性

RAP材料可采取常溫下的冷處理和路面預加熱的熱處理兩種回收方式。雖然回收工藝引起的變異程度相較于其他方式小，但它對RAP 舊料瀝青的變異性仍然存在，不可忽視。

2 RAP料瀝青變異性對再生路用性能影響

為了改善冷再生路面的路用性質和功能，保證其使用性能滿足設計規范及實際使用要求，通過試驗得出相關數據，確定冷再生混合料路用性能與舊料瀝青的變異性關系[5]。

2.1 試驗方法

選取代表RAP 舊料性質的三個主要因素：礦料級配、瀝青的老化程度和含量。通過正交試驗計算相關系數，評價分析RAP 舊料變異性和冷再生混合料性能的聯系。為了突出舊瀝青的試驗目的，減少試驗次數，對礦料級配選定一種，實質是變三因素三水平為兩因素三水平。

①再生瀝青混合料的性能與舊瀝青的老化程度有著必然聯系，試驗取舊瀝青針入度指標代表其老化的程度，分別由針入度為20、25、35（0.1mm）的三種瀝青來代替三種老化瀝青[4]。

②再生瀝青混合料中的最佳瀝青用量是一個重要參數，它與舊料中的瀝青含量密切相關。選擇RAP 舊料的瀝青含量能代表實際舊瀝青含量，且含量分布最集中的區域取3.3%、3.8%、4.3%。對這些材料進行高溫、低溫、水穩定和疲勞性能試驗[2]、[5]。

冷再生瀝青混合料的路用性能試驗，見表7。

表7 冷再生瀝青混合料的路用性能試驗

2.2 舊瀝青老化變異和再生瀝青混合料的性能關系

同一瀝青含量下，再生瀝青混合料動穩定度和舊料RAP 中瀝青針入度關聯性較強，二者呈負相關，針入度小時，動穩定度大。結果顯示，最低值仍滿足規范規定的1000 次/mm 要求，所以增加RAP 舊料，再生瀝青混合料的高溫穩定性可相應得到提高[4]。

同一瀝青含量下，舊瀝青針入度變小，代表水穩性的再生瀝青混合料的凍融劈裂強度比減小，同時馬歇爾殘留穩定度也減小，但是殘留穩定度滿足規范最低要求（≥75%）[2]。

同一瀝青含量下，再生瀝青混合料15℃劈裂強度隨著瀝青針入度的增加而增大，當針入度超過25 時，15℃劈裂強度隨著瀝青針入度的增加而減小。

同一針入度下，動穩定度與舊料RAP中的瀝青含量基本是正相關。

相同針入度下，瀝青含量小時，凍融劈裂強度比、殘留穩定度變小。表明再生混合料的低溫抗開裂性能和水穩定性與舊料中瀝青含量存在正相關[2]、[5]。凍融劈裂強度比和殘留穩定度達到最低值時，瀝青含量均為3.3%。根據計算的結果，建議本工程RAP 中瀝青含量最低為3.3%，RAP 中瀝青25℃針入度值最小為20（0.1mm）。

2.3 冷再生路面施工質量檢測

廠拌冷再生施工完成后，對再生路面層進行鉆芯取樣試驗，檢測結果見表8。

表8 冷再生路面技術指標檢測值

根據現場施工取樣得到的檢測數據和實驗室內得到的數據比較發現冷再生路面的力學性能和水穩定性有所降低，但是仍然滿足技術規程的要求，滿足路面的使用性能。

3 結語

研究表明，RAP 舊料中的瀝青性質對再生混合料的高溫穩定性[7]、殘留穩定度、水穩定性、再生路面抗拉性能、劈裂強度的影響大于瀝青含量對以上性能的影響。所以，針對冷再生瀝青混合料的設計，要以舊料RAP 中瀝青性質變異性作為首要考慮因素[2]。

由于RAP 材料的礦料級配對冷再生瀝青混合料的配合比設計影響較大，為了更全面地得到各因素對再生路面性能的影響，應增加礦料級配的試驗。