旧路面热再生沥青混合料综合性能研究

徐法政，刘永利,席长友

(1.威海市公路管理局，山东威海 264200；2.济宁市公路管理局，山东济宁 272100)

沥青路面再生是指通过重复利用路面材料中的沥青和集料，最优与最大化地利用再生资源和生态环保的一种现代环保技术。我国高等级公路建设已有20多a的发展历史，至今已陆续进入了大中养护期。在公路维修中铣刨或翻挖下来的废旧沥青混合料大多数废弃堆放，占用耕田，既污染环境，又造成极大的浪费。废旧沥青混合料虽然性能恶化，但其中已老化的沥青与大量石料仍旧能够再生利用。废旧沥青混合料再生技术的研究与应用在国外起步较早，技术也相对成熟。随着我国对资源保护的逐年重视，目前国内有关沥青路面再生方面的研究亦有不少，也取得了较多成果，这些技术与成果对我国公路建设中有效利用再生资源、降低工程造价、保护生态环境都起着巨大的推动作用[1-2]。

本文以威海市旧路面热再生沥青混合料为例，对其综合性能进行研究，内容包括废旧沥青混合料中老化沥青的质量分数、废料矿料的级配、热再生沥青混凝土的配合比设计方法及其路用性能，为施工单位在现有仪器设备与技术水平下的热再生沥青混合料施工与质量控制提供了可靠的技术资料。

1 废旧沥青混合料中沥青的质量分数和性能指标测定

试验采用的废旧沥青混合料全部来自于旧沥青路面，路面使用年限为3～8 a，废旧料挖掘出来呈块状堆放，其中废旧矿料以花岗岩为主。

表1 废旧沥青混合料中沥青的相关试验结果

1.1 沥青的质量分数测定及主要技术指标

将废旧沥青混合料进行破碎与分级，通过抽提试验，测定并分析其中沥青的质量分数，对残余老化沥青的主要技术性能进行试验，检测结果见表1。

分析表1试验结果可以看出，沥青老化程度较为严重，但废旧沥青的质量分数较高，具有较高的再生利用价值。

1.2 废旧矿料级配试验

路面铲除的废旧沥青混合料中废旧矿料为花岗岩，对抽提试验后的废旧矿质混合料进行级配检验，筛分试验结果如表2所示。

表2 废旧矿料的筛分试验结果

由表2可以看出，经筛分废旧矿料的级配大致接近AC-16的工程级配范围，但粗细矿料粒径的递减系数较大。因此，矿料设计中应适量补充新的矿料。

2 热再生沥青混合料的配合比设计

本次热再生沥青混合料的配合比研究以实验室目标配合比为主。在目标配合比设计与研究中，以AC-10沥青混合料类型为例，确定了热再生沥青混凝土中新、旧矿料的掺配规格与比例，以及再生沥青的用量。

2.1 再生矿料的级配设计

1)公式法

矿料的组配设计中，废旧矿料的质量分数K的计算式为

K=G1/G2×100%，

式中G1为再生沥青混合料中废旧矿料的质量；G2为再生沥青混合料总质量，即掺加新料的再生沥青混合料的质量。

2)经验法

再生沥青混合料中旧矿料的质量分数，应根据公路等级和路面结构层厚度确定。按照我国目前热再生沥青路面的应用情况，通常高等级沥青路面的上面层中旧矿料的质量分数为20%～30%，下面层的质量分数为30%～50%；其它等级公路可根据再生设备的型号确定，一般质量分数均大于50%。

按照经验确定再生沥青混合料中旧矿料的质量分数，还应考虑沥青路面的老化程度。如果沥青路面老化程度较高，可适当减少旧矿料的质量分数，相反则可加大其质量分数。此外，再生铲除设备的类型对旧矿料的质量分数也有影响。

3)再生矿料的配合比

按照以上设计原则，对于AC-10再生沥青混合料，采用0～10mm旧碎石，掺配部分新料(5～10 mm碎石、0～5 mm石屑和矿粉)的组配方案。经设计计算，AC-10再生沥青混合料的配合比为：m(0～10 mm旧碎石)：m(5～10 mm新碎石)：m(0～5 mm石屑)：m(矿粉)=25：38：36：1，级配如表3所示。

表3 AC-10再生沥青混合料的级配设计

2.2 最佳沥青的质量分数

1)预估沥青的质量分数

沥青用量受矿料级配的影响较大。对较粗级配类型的矿质混合料，沥青用量较少；对较细级配类型的矿料，沥青用量则较高。按照设计的合成级配颗粒，可将矿料分为>13.2，13.2～4.75，4.75～0.6，0.6～0.075，<0.075mm 5挡粒级，再生沥青混合料中沥青的质量分数P的预估公式为

P=0.024A+0.036B+0.054C+0.081D+0.122E，

(1)

式中A，B，C，D，E分别为>13.2，13.2～4.75，4.75～0.6，0.6～0.075，<0.075 mm的颗粒的质量分数，%。

根据式(1)和表3，计算得到AC-10再生沥青混合料预估沥青的质量分数为5.74%。

2)确定再生剂

试验研究中采用了2种旧沥青的再生方法：①采用90#软沥青(新)与旧沥青按照一定的比例混合。②采用再生剂与70#新沥青共同掺配再生旧沥青[3]。再生后沥青的性能指标试验结果见表4。

表4 新旧沥青与再生沥青的技术指标

图1 再生剂与旧沥青混合料中沥青的质量比与再生沥青的针入度关系

通过试验验证，两种改性方法均可使再生沥青达到70#等级，并且满足威海地区70#沥青的技术要求。考虑到再生工艺特性与再生成本，研究中主要采用了再生剂的再生方案，并对再生剂与旧沥青混合料中沥青的质量比为0,0.05，0.08，0.10，0.15的再生沥青(以旧料沥青含量计)进行比对试验，试验曲线如图1所示。

由图1可知，随着再生剂质量的增加，再生沥青的针入度逐渐增大。再生剂与旧沥青混合料中沥青的质量比为0.08～0.10时，基本可以掺配得到70#沥青。本研究采用再生剂与旧沥青混合料中沥青的质量比为0.08，再生沥青的针入度约为60～80(0.1 mm)。

3 综合路用性能研究

3.1 马歇尔试验与高温性能研究

试验采用掺加再生剂的细粒式AC-10沥青混合料，对再生沥青混合料的技术性能进行研究。通过马歇尔试验，确定AC-10再生沥青混合料的沥青用量，并与未掺加再生剂的普通沥青混合料的技术性能进行对比，试验结果如表5所示。

表5表明，掺加与未掺加再生剂的AC-10沥青混合料中沥青的质量分数均为5.9%，设计空隙率均达到4.0%。掺加改性剂后再生沥青混合料的稳定度较普通沥青混合料稍低，但其马氏模数有较大提高，预计再生沥青混合料的抗车辙能力有所提高。车辙试验进一步验证了再生剂与沥青的质量比为0.08时，AC-10再生沥青混合料的动稳定度达到1 520次/mm，比未加改性剂的普通沥青混合料提高了55.7%，高出规范要求指标的2～3倍。可见，掺加再生剂后，再生沥青混合料的抗车辙能力大大提高。

表5 AC-10再生沥青混合料的马歇尔试验结果

3.2 水稳定性试验

对再生沥青混合料进行水稳性能检验，考虑威海地区受雨雪天气影响较大，比较2种沥青混合料的浸水马歇尔试验与冻融劈裂试验，试验结果见表6。

表6 再生沥青混合料水稳性试验结果

由表6可知，掺加再生剂的AC-10沥青混合料与普通沥青混合料的残留稳定度和冻融劈裂强度比十分接近，均能达到规范要求，水稳性较好。

3.3 低温和疲劳性能试验

进行AC-10再生沥青混合料低温性能和弯拉疲劳性能的试验研究[4]，比对分析采用3种组配材料的AC-10沥青混合料：1#为普通沥青混合料全部采用新矿料；2#为未掺加再生剂的再生沥青混合料，旧料的质量分数为25%；3#为加入再生剂的再生沥青混合料，旧料的质量分数为25%，再生剂质量与旧料沥青质量比为0.08。低温弯曲试验和常温疲劳试验参照我国现行规范规定的方法进行，试验结果见表7。

表7 AC-10沥青混合料低温性能和弯拉疲劳试验结果

由表7可知：1)低温抗裂性。1#混合料的低温弯拉破坏应变小于规范规定值，不满足规范要求；2#混合料的低温弯拉破坏应变满足规范规定要求，且比1#混合料的弯拉应变大19.0%；3#混合料的低温弯拉破坏应变是1#混合料的1.3倍，比2#混合料提高了10.0%。2)疲劳性能。2#混合料与3#混合料的弯拉破坏疲劳次数接近，均是1#混合料的1.6倍。可见，添加再生剂的再生沥青混合料的低温抗裂性和疲劳特性明显优于普通沥青混合料。

4 结语

为合理有效地利用废旧材料，对废旧沥青混合料中的沥青的质量分数及废旧矿料级配进行了全面分析。对再生沥青混合料进行了合理的配比设计，确定出热再生沥青混合料中新、旧矿料的掺配规格与掺配比例，并给出合理的再生沥青用量。对再生沥青混合料的路用性能进行了综合研究。试验结果表明，添加再生剂的再生沥青混合料具有良好的水稳定性和较高的车辙性能，同时明显提高了低温抗裂性和疲劳性能。

参考文献：

[1]侯睿，李海军，黄晓明.高等级路面旧沥青混合料热再生分析[J].中外公路,2005，25(4):155-159.

[2]王东.旧沥青混合料热再生技术应用研究[M].吉林：吉林大学，2007.

[3]盛兴跃，熊巍，文海.沥青热再生剂路用性能的试验分析[J].公路交通技术,2007，25(4):47-50.

[4]交通运输部公路科学研究院.JTJ 052—2011 公路工程沥青基沥青混合料试验规程[S].北京：人民交通出版社，2011.