大比例RAP摻量的乳化瀝青冷再生混合料路用性能研究

邱川 李寧 周東亮 孫俊健 王漾

1.北京公聯潔達公路養護工程有限公司 北京 100000

2.北京正達通順檢測科技有限公司 北京 100000

3.北京市市政四建設工程有限責任公司 北京 100000

4.北京國道通公路設計研究院股份有限公司 北京 100000

我國道路建設不斷加快，路網密度不斷提高，道路交通功能不斷完善，大量早期修筑的路面需要進行養護、大中修或重建。瀝青路面的設計使用年限一般為8到15年，從現在算起，每年將有約10%的瀝青路面進入養護或重建周期。據統計，我國每年產生的廢舊瀝青路面材料達到上千萬噸，僅北京地區每年產生的廢舊瀝青路面材料約100～150萬噸，若將廢舊瀝青路面材料棄之不用，不僅會占用大量的土地，同時將造成資源浪費和環境污染[1]。

對于舊瀝青路面材料的再生主要有兩種技術途徑：一是以恢復舊瀝青性能為主要目的的熱再生技術，二是實現瀝青舊料再生利用的冷再生技術。冷再生相比熱再生能更有效地利用RAP料[2]，具有較強的技術優勢，能夠進行深度處理，不需要耗能對銑刨料進行烘干，對環境有較好的適應性，節約資源，降低生產成本，減小能源消耗量[3-5]，加快施工進度，最大程度的保護生態環境。

為進一步提高廢舊瀝青路面材料的利用率，研究大摻量RAP乳化瀝青冷再生混合料的可行性，本文選取三個大比例RAP摻量的冷再生混合料的配合比進行研究并考察其路用性能，為大比例RAP回收料的工程應用提供數據支持。

1 原材料與配合比設計

1.1 原材料

（1）乳化瀝青

乳化瀝青為北京市政路橋正達通順檢測科技有限公司自制，指標見表1。

表1 乳化瀝青性能指標檢測結果

（2）RAP料

采用北京市城市主干道瀝青路面上面層銑刨料，為了更好的控制冷再生混合料的級配，配合比設計中將舊料分成0～10mm和10～25mm兩檔，舊料篩分結果如表2所示。

表2 舊料篩分數據

（3）新集料

試驗用的新集料為某碎石場石灰巖碎石，新集料均滿足現行《公路瀝青路面施工技術規范》（JTGF40）技術要求。

（4）水泥

本研究采用42.5普通硅酸鹽水泥。

（5）水

外摻水為普通飲用水。

1.2 配合比設計

（1）級配

本研究設計三種級配，三種級配的舊料添加比例分別為60%、80%、100%，以對比含大比例RAP的乳化瀝青冷再生混合料的設計結果及性能。本文所選用的三種級配見圖1，三種級配分別記為：級配1、級配2、級配3。

圖1 乳化瀝青混合料合成級配曲線

（2）最佳含水量

參照現行《公路土工試驗規程》（JTG E40）T0131的方法，對合成礦料進行擊實試驗，確定拌和用水量。將乳化瀝青和水按1∶1的比例組成流體，分別以4%、5%、6%、7%、8%的摻量加入到三種級配的礦料中進行重型擊實試驗，試驗結果如圖2所示。

圖2 擊實試驗結果

經過回歸計算，三種級配的最佳液體用量分別為5.2%、5.9%、6.0%。拌和用水量按下式計算：

其中，WM——拌和用水量，%；

WO——最佳液體含量，%；

WA——乳化瀝青用量，%。

（3）最佳乳化瀝青用量

乳化瀝青選用2.5%、3.0%、3.5%、3.5%、4.0%和4.5%五個用量，參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》，分別對三種級配拌制乳化瀝青混合料，并成型馬歇爾試件，乳化瀝青混合料干劈強度和濕劈裂強度的試驗結果如圖3所示。

圖3 乳化瀝青用量對劈裂強度的影響

對各級配的混合料劈裂強度進行多項式回歸，計算強度峰值點所對應橫坐標值作為該級配的乳化瀝青用量。計算結果如表3所示，結果顯示，采用未浸水劈裂強度所確定的乳化瀝青用量略小于采用浸水劈裂強度所確定的乳化瀝青用量，但差別微小。而在保證性能的前提下，提高乳化瀝青用量有助于提高混合料水穩定性，因此，建議通過浸水劈裂強度確定乳化瀝青用量，級配1、級配2、級配3的最佳乳化瀝青用量分別為3.4%、3.5%、3.6%。

表3 最佳乳化瀝青用量

2 路用性能

2.1 早期穩定性

按照本研究所設計的目標配合比拌和乳化瀝青冷再生混合料（RAP摻量為60%、80%、100%的混合料分別命名為1#、2#、3#），成型車轍試件，本次試驗厚度為10cm，即成型車轍試件尺寸為：30×30×10cm。

將每種級配的混合料所成型的車轍試件分為兩組，第一組在空氣中放置1小時，在常溫下進行車轍試驗；另一組在25℃空氣中放置6小時，再放入45℃通風烘箱中保溫2小時，在45℃條件下進行車轍試驗。

試驗結果如表4和圖4所示。其中，試驗項目1模擬施工結束后立即開放交通時，乳化瀝青冷再生混合料抗車轍性能，試驗項目2模擬施工結束后，當天中午高溫狀況下乳化瀝青冷再生混合料抗車轍性能。

圖4 乳化瀝青冷再生混合料動穩定度試驗結果

表4 乳化瀝青冷再生混合料車轍深度試驗結果

根據試驗經驗，并參考《公路工程瀝青路面施工技術規范》動穩定度要求為〉1000次，從圖4中可以看出，無論是剛開放交通（試驗項目1），還是當天中午高溫條件下（試驗項目2），三種RAP摻量的乳化瀝青冷再生混合料的抗車轍性能均完全滿足要求。從表4可以看出，三種混合料的車轍深度均小于3mm，車轍深度較小，不會影響乳化瀝青冷再生層之上的結構層的鋪筑，說明大比例RAP摻量的乳化瀝青冷再生混合料早期穩定性較好，在滿足壓實度的條件下可以開放交通。

2.2 水穩定性

本節通過凍融劈裂試驗、浸水劈裂試驗和浸水馬歇爾試驗，研不究同RAP添加比例的乳化瀝青冷再生混合料抗水損害能力，試驗結果如表5所示。

表5 乳化瀝青冷再生混合料水穩定性數據

根據《公路瀝青路面再生技術規范》，三種級配空隙率指標均滿足要求。從試驗結果可以看出，不同舊料添加比例的混合料性能較為接近，舊料添加量近似為100%的級配3乳化瀝青冷再生混合料空隙率、馬歇爾穩定度、殘留馬歇爾穩定度、劈裂強度及干濕劈裂強度比、凍融劈裂強度比TSR指標完全合格，證明含大比例RAP的乳化瀝青冷再生是完全可行的，具有較強的抗水損害能力。

三種級配的乳化瀝青冷再生混合料劈裂強度試驗結果如圖5所示。

圖5 RAP添加比例對劈裂強度的影響

從圖中數據可以看出，隨著RAP添加比例的增加，無論浸水劈裂強度還是未浸水劈裂強度都逐漸提高，也說明含有大比例RAP的乳化瀝青冷再生混合料性能優良，這也為工程中采用高RAP摻量提供了數據支持。

2.3 強度增長規律研究

成型乳化瀝青冷再生混合料試件，對比乳化瀝青冷再生混合料加速養生及自然養生（25℃）情況下，其干濕劈裂強度，殘留強度的變化情況，研究強度增長隨養生時間變化的規律。其中，濕劈裂強度在自然養生規定的天數前一天，浸水養生一天。加速養生采用60℃通風烘箱養生，測量其干濕劈裂強度和殘留強度，試驗結果如表6所示。

表6 不同齡期的強度值匯總

根據試驗得出的不同齡期的干濕劈裂強度和殘留強度數據，可以將其繪制成其隨時間的變化曲線，如圖6～圖7所示。

圖6 不同養生方式強度比較

圖7 不同養生方式的殘留強度

從圖7中可以看出，無論采取何種養生方式，劈裂強度隨養生齡期的增長而增加。自然養生3～7天干濕劈裂強度增長較快，之后增長較為平緩，而加速養生1-2天的干濕劈裂強度的增長速率與自然養生3-7天的速率相同。從劈裂強度上看，60℃加速養生一天相當于自然養生三天；60℃加速養生兩天相當于自然養生七天。

從圖7中可以看出，隨著養生時間的增加，殘留強度逐漸提高，開始增加較快，隨后增加緩慢，從殘留強度看，加速養生的水份散失較快，因此加速養生殘留強度較自然養生殘留強度高。

3 結論

本文采用乳化瀝青和水泥作為膠結料，采用60%、80%和100%三個比例的回收舊料（RAP）作為骨料，開展含大比例RAP的乳化瀝青冷再生混合料材料設計和性能研究，為工程應用提供技術支持。項目通過系統材料設計和性能研究，得到如下結論：

（1）含大比例RAP摻量的乳化瀝青冷再生混合料早期穩定性較好且混合料的水穩定性均滿足要求，說明含大比例RAP的乳化瀝青混合料可行，滿足壓實度的條件下可以開放交通。

（2）劈裂強度及無側限抗壓強度隨養生時間的增長而增加，自然養生前7天強度增長較快，之后強度增長較為平緩，表明養生對乳化瀝青冷再生混合料強度的形成必不可少，自然養生7天之后的強度與加速養生后強度相當。

室內試驗表明，含大比例RAP的乳化瀝青冷再生混合料性能完全滿足要求，可以將這種大比例利用RAP回收舊料的技術推廣開來，為節約資源、降低能耗和氣體排放開辟新的道路。