橡胶沥青再生旧沥青路面技术应用研究

吴春颖，于明明，刘开琼

(1. 江苏省交通科学研究院股份有限公司，江苏 南京 210017； 2. 新型道路材料国家工程实验室，江苏 南京 211112)



橡胶沥青再生旧沥青路面技术应用研究

吴春颖1,2，于明明1,2，刘开琼1,2

(1. 江苏省交通科学研究院股份有限公司，江苏 南京 210017； 2. 新型道路材料国家工程实验室，江苏 南京 211112)

依托贵州省道S305线大中修改造工程，对废旧轮胎橡胶沥青再生旧沥青路面技术进行应用研究，给出了确定“橡胶沥青+再生沥青”混溶比例的方法，验证橡胶沥青再生胶结料性能、配合比设计方法及其路用性能。结果表明：橡胶沥青内掺比例不低于70%时，再生胶结料各项指标均满足橡胶沥青技术标准；橡胶沥青再生混合料AC13的各项路用性能均满足改性沥青混合料技术要求，综合性能优异。

道路工程；橡胶沥青；沥青再生；设计方法；混溶比例

0 引 言

受能源危机影响，废旧沥青路面材料的循环利用，是未来公路交通行业发展的重要方向之一。如何在高速公路建设和养护过程中，进行再生和循环利用技术的应用，是当前工作的重中之重。厂拌热再生技术[1]采用集中破碎、重新设计配比、添加再生剂等方法，重新拌合成新沥青混合料，沥青利用率更高、路面性能优异，具有重要的现实意义和研究应用价值。

随着我国经济快速蓬勃发展，全国汽车保有量大幅攀升，产生的废旧轮胎数量也快速增加。橡胶沥青作为世界上公认的资源化利用废旧轮胎、减少废旧轮胎“黑色污染”的最有效方式，不但在环境保护方面独树一帜，而且具有优良的稳定性、耐久性以及抗滑降噪能力[2-3]。

现有的再生技术对旧路面老化沥青进行再生，再生后的沥青路面性能与原路面初始路面性能相当，而与新型的改性沥青路面如SBS改性沥青路面、橡胶沥青路面等仍有相当大的差距。同时，国内无论废旧沥青路面再生还是废旧轮胎橡胶沥青方面，均有大量研究成果和工程应用，但把橡胶沥青和再生技术相结合的“双废”研究却鲜有报道。

笔者依托贵州省道S305线大中修改造工程，在分析“橡胶沥青+再生沥青”混溶比例的基础上，对橡胶沥青再生胶结料性能进行研究，并提出橡胶沥青再生混合料的配合比设计方法，验证其再生混合料AC13的路用性能，实现了旧路面向橡胶沥青路面的升级转变，大幅度提升路面养护质量和养护后的路面性能。

1 橡胶沥青再生胶结料研究

1.1 “橡胶沥青+再生沥青”混溶比例的确定

现有的再生技术，采用新沥青或再生剂对旧路面老化沥青进行再生，再生后的沥青路面性能与原路面初始路面性能相当，而与新型的改性沥青路面如SBS改性沥青路面、橡胶沥青路面等仍有相当大的差距。再生技术的核心，其实是混合料中沥青结合料的再生。为保证再生沥青胶结料达到橡胶沥青的性能，将橡胶沥青与再生后的老化沥青进行混溶，以177 ℃黏度作为控制指标(1.0～4.0 Pa·s)，确定“橡胶沥青+再生沥青”混溶的适宜掺配比例，试验结果如图1。笔者采用贵州省公路局久长物资管理处提供的工厂化的成品橡胶沥青，技术指标如表1。

图1 橡胶沥青掺配比例与177 ℃黏度关系

指标针入度/(0.1mm)软化点/℃弹性恢复/%177℃黏度/(Pa·s)试验数值4770972.10技术要求35～65≥60≥751.0～4.0

由橡胶沥青掺配比例(内掺)与177 ℃黏度关系图可知，随着橡胶沥青掺配比例的减小，橡胶沥青再生胶结料的177 ℃黏度不断降低；30%和50%“橡胶沥青+再生沥青”，不能满足DB32/T 2286—2012《湿法橡胶沥青路面施工技术规范》177 ℃黏度大于1.0 Pa·s的技术指标要求，因此要求橡胶沥青再生胶结料中，橡胶沥青的掺配比例(内掺)不低于70%。

1.2 橡胶沥青再生胶结料性能验证

鉴于以上结论，采用70%橡胶沥青的掺配比例，将成品橡胶沥青与再生后的沥青进行混溶，测试混溶沥青性能(针入度、软化点、弹性恢复、177 ℃黏度)，试验结果见表2。“橡胶沥青+再生沥青”混溶的橡胶沥青再生胶结料，各项物理性能指标均达到了成品橡胶沥青的技术要求[4-5]，采用橡胶沥青实现了老化沥青的升级再生。

表2 “橡胶沥青+再生沥青”性能

2 橡胶沥青再生混合料配合比设计

2.1 设计步骤

目前，国内再生混合料配合比设计过程中，旧料的掺量以经验法为主，没有明确的技术方法、控制指标和标准。结合橡胶沥青再生胶结料相关研究成果，笔者提出以橡胶沥青与老化沥青的掺配比例(内掺)宜不低于70%为控制指标，确定铣刨料RAP的最高掺量，从而为旧料掺量的确定提供了理论依据。

橡胶沥青再生沥青混合料通常由4部分组成，分别为回收的沥青路面混合料、新集料、橡胶沥青胶结料、再生剂。由于其中掺加了一定比例的旧料和再生剂，并采用橡胶沥青胶结料进行再生，其配合比设计与普通的新拌沥青混合料配合比设计有所不同。在清楚认识橡胶沥青再生混合料特点的基础上，制定橡胶沥青再生混合料的设计流程(如图2)，并以贵州省道S305线大中修改造工程为例进行说明。

图2 橡胶沥青再生混合料设计流程

具体设计步骤如下：

步骤1 获取有代表性的RAP；

步骤2 原材料的分析与评价；

步骤3 初拟总沥青用量，估算RAP掺配比例。借鉴已往工程经验，根据新集料、旧料的性质(密度和吸水率)进行估算，初拟橡胶沥青再生混合料的总沥青用量，建议橡胶沥青再生混合料AC13的油石比5.0%±0.5%，SMA13油石比6.1%±0.5%。在经验总沥青用量的基础上，以橡胶沥青占总沥青用量的70%为控制指标，反推RAP的最大掺配比例。

以贵州S305线橡胶沥青再生AC13为例：结合贵州当地路用经验，初拟总油石比为4.9%。从现场铣刨料状况看，RAP中含旧沥青为4.3%。假设沥青路面材料RAP用量为a，掺入新矿料用量为b。以旧沥青 ∶新橡胶沥青=3 ∶7为控制比例，则：

得到a ∶b(RAP∶新矿料)=1 ∶1.925。

即沥青路面材料RAP的掺量控制在34%范围以内。

步骤4 橡胶沥青再生混合料级配设计。确定添加新集料的级配和粗、细RAP的级配比例。特别注意，粗、细铣刨料的级配应控制在估算RAP掺配比例范围内。

步骤5 新橡胶沥青用量的计算。在拟定再生沥青混合料的总沥青用量后，根据旧料的添加比例以及旧沥青混合料中沥青含量，按式(1)确定新橡胶沥青用量，注意，必须进行旧沥青与橡胶沥青比例的验算：

(1)

式中：IB为新沥青的加入量，g；M为再生沥青混合料的矿料质量，g；IR为旧沥青混合料的掺量，g；i0为旧沥青混合料中沥青含量，%；iR为再生沥青混合料的设计油石比，%。

步骤6 橡胶沥青再生胶结料性能验证。成型马歇尔试件之前，必须对橡胶沥青再生胶结料性能进行验证。将回收沥青、再生剂与橡胶沥青进行混溶，检测其物理性能指标(针入度、延度、软化点、177 ℃运动黏度等)，使之满足橡胶沥青再生胶结料的技术标准[6]。

步骤7 马歇尔方法成型试件。

步骤8 配合比选择。

2.2 贵州S305橡胶沥青再生AC13配合比设计

2.2.1RAP的检验评价

S305线铣刨料回收的老化沥青测试指标如表3，老化沥青再生试验结果如表4，再生剂掺量7.0%时老化沥青的针入度达到普通道路石油沥青60～80(0.1mm)的标准。

表3 RAP回收老化沥青测试指标

表4 老化沥青再生试验结果

2.2.2 RAP的掺配比例

按照笔者提出的橡胶沥青再生混合料配合比设计方法，以橡胶沥青占总沥青用量的70%为控制指标，反推得到贵州S305线大中修改造工程RAP的最大掺配比例为34%。

2.2.3 橡胶沥青再生混合料级配设计

按照普通的新拌沥青混合料级配设计方法，依据规范(JTG F 40—2004)的设计要求，在工程设计级配范围内，根据新集料、旧料的筛分结果初选出粗、中、细3个级配(级配1、级配2、级配3)，图3为3种级配曲线图。

图3 S305橡胶沥青再生AC-13级配曲线图

2.2.4 橡胶沥青用量的计算

采用上文的集料级配，确定的新橡胶沥青用量，并验算旧沥青与新橡胶沥青的掺配比例，计算结果见表5。

表5 3种级配新橡胶沥青用量(矿料100 g为基础)

2.2.5 级配的确定

采用3种设计级配和新橡胶沥青用量，双面各击实75次成型马歇尔试件，马歇尔试验结果汇总如表6。由试验结果可以看出仅级配2体积指标满足要求，级配1及级配3体积指标均不满足要求，结合本项目研究成果及当地实践经验，本次设计选择级配2为设计级配。

表6 3种试级配马歇尔试验结果汇总

注：*要求空隙率4%、5%、6%所对应的VMA最小值分别为13%、14%、15%，当空隙率不是整数时，由内插确定要求的VMA最小值。

3 橡胶沥青再生混合料性能评价

依据橡胶沥青再生混合料配合比设计结果，采用车辙试验、低温小梁试验、浸水马歇尔和冻融劈裂试验，进行橡胶沥青再生混合料的高温性能、低温性能及水稳定性能进行测试，试验结果如表7。

表7 S305橡胶沥青再生AC13路用性能

由试验结果可知：采用橡胶沥青再生混合料，各项路用性能均满足改性沥青混合料技术要求[7-8]，且动稳定度达到6 000次/mm，高温性能优异。

4 实体工程验证

4.1 施工工艺研究

依托贵州省S305线大中修改造工程，修筑了橡胶沥青厂拌热再生专项试验路。结合橡胶沥青技术与路面再生工艺两者相关研究成果，在完成拌和楼改造的基础上，对橡胶沥青再生施工工艺进行优化。

4.1.1 拌和时间

为了保证拌和均匀，再生混合料的拌和时间应比普通混合料略有延长。养护段拌和站，采用1 000型间歇式拌和楼。干拌时间采用12 s，湿拌时间48 s。从所拌和沥青混合料情况看较为均匀，无花白料现象。

4.1.2 施工温度的控制

采用厂拌热再生装置进行生产时，应严格控制RAP加热温度不可过高，根据经验RAP加热温度一般控制在120～140 ℃，并适当提高新集料的加热温度，但最高温度不宜超过220 ℃。

橡胶沥青具有较高的黏度，因此橡胶沥青再生混合料各阶段的温度与其他再生混合料相比，均普遍高于普通道路石油沥青。结合已往研究成果及工程应用经验，橡胶沥青加热温度为175～185 ℃。橡胶沥青再生混合料出料温度在170～180 ℃，比普通热拌沥青混合料高5～15 ℃，超过195 ℃者废弃。S305线橡胶沥青再生AC13铺面效果如图4。

图4 橡胶沥青再生AC13铺面效果和整体效果

4.2 现场检测

在项目实施过程中，分别对橡胶沥青再生路面进行了渗水和压实度抽检和现场检测，检测结果如表8。

表8 路面现场检测结果

S305线橡胶沥青再生AC13的厚度满足设计要求，密水和压实效果良好。

5 结 论

笔者依托贵州省道S305线大中修改造工程，对废旧轮胎橡胶沥青再生旧沥青路面技术进行探讨，给出了确定“橡胶沥青+再生沥青”混溶比例的方法，提出了橡胶沥青再生混合料的配合比设计流程，并验证橡胶沥青再生混合料性能，主要结论如下：

1)为保证再生的沥青胶结料达到橡胶沥青的性能，以177 ℃黏度作为控制指标(1.0 ～ 4.0 Pa·s)，确定橡胶沥青的最低掺配比例。

2)结合贵州省道S305线大中修改造工程，优化了橡胶沥青再生混合料的配合比设计流程，以老化沥青：新橡胶沥青的控制比例计算RAP的用量。

3)橡胶沥青再生混合料试验结果可知，其各项路用性能均满足改性沥青混合料技术要求，且动稳定度达到6 000 次/mm，高温性能优异。

[1] 吕泉,黄卫东,柴冲冲.Terminal Blending橡胶沥青的特性与应用前景[J].重庆交通大学学报：自然科学版,2014,33(4)：51-55. Lv Quan,Huang Weidong,Chai Chongchong.Properties and application of terminal blending rubber asphalt[J].Journal of Chongqing Jiaotong University:Natural Science,2014,33(4):51-55.

[2] 韩慧仙.沥青路面现场热再生技术的研究[D].西安：长安大学,2005. Han Huixian.The Study of Hot In-Place Recycling of Asphalt Concrete[D].Xi’an:Chang’an University,2005.

[3] 黄冲,黄绍龙,黄修林,等.废橡胶粉在再生沥青混合料中的性能研究[J].武汉理工大学学报,2009,31(4)：125-128. Huang Chong,Huang Shaolong,Huang Xiulin,et al.Study on performance of rehabilitation asphalt mixture by the addition of waste rubber powder[J].Journal of Wuhan University of Technology,2009,31(4):125-128.

[4] 何小波,毛宇.橡胶沥青及橡胶粉改性沥青技术指标要求[J].交通世界,2010(13):260-261. He Xiaobo,Mao Yu.Technology index requirements of rubber and powder modified asphalts[J].Transport World,2010(13):260-261.

[5] DB 32/T 2286—2012 湿法橡胶沥青路面施工技术规范[S].南京：江苏省质量技术监督局,2012. DB 32/T 2286—2012 Technical Code for Wet Rubber Asphalt Pavement Construction[S].Nanjing:Quality and Technical Supervision Bureau of Jiangsu Province,2012.

[6] 马濉溪.老化沥青再生规律与性能研究[J].现代交通技术,2007,4(6):23-26. Ma Suixi.Research on the recycling law and performance of aged asphalt[J].Modern Transportation Technology,2007,4(6):23-26.

[7] 孙岩松,坎佩·邦维莱.热拌再生橡胶沥青混合料水稳定性的试验研究[J].武汉理工大学学报,2013,35(1):53-57. Sun Yansong,Kanpei·Bangweilai.Test study on water stability of hot mix reclaimed rubber asphalt mixture[J].Journal of Wuhan University of Technology,2013,35(1):53-57.

[8] 董玲云,何兆益,黄刚.热再生沥青混合料的疲劳特性研究[J].重庆交通大学学报:自然科学版,2013,32(4):606-609. Dong Lingyun,He Zhaoyi,Huang Gang .Research on fatigue properties of reclaimed asphalt pavement[J].Journal of Chongqing Jiaotong University:Natural Science,2013,32(4):606-609.

Application Research on Technology of Scrap Tire Rubber Asphalt Regenerating Old Asphalt Pavement

Wu Chunying1,2, Yu Mingming1,2, Liu Kaiqiong1,2

(1.Jiangsu Transportation Institute, Nanjing 210017, Jiangsu, China;2. National Engineering Laboratory for Advanced Road Materials, Nanjing 211112, Jiangsu, China)

Based on large and medium-made project S305 line in Guizhou province, the technology of scrap tire rubber asphalt regenerating old asphalt pavement was researched. The method to determine “rubber asphalt & regenerated asphalt" miscible proportion was put forward. The performance of asphalt rubber regeneration binder, the mix design method and its road performance were verified. The results show that when the proportion of the rubber asphalt is not less than 70%, all the indexes of asphalt rubber regeneration binder meet the technical standards of asphalt rubber; the road performance of asphalt rubber regeneration mixes AC13 reaches the effect of modified asphalt mixture, and with an excellent comprehensive performance.

road engineering; rubber asphalt; asphalt regeneration; design method; proportion

10.3969/j.issn.1674-0696.2015.01.14

2014-05-29；

2014-08-12

基金作者：江苏省自然科学基金项目(BK2011085)；科学技术部国际科技合作与交流专项项目(2010DFB83850)

吴春颖(1976—)，女，江苏南京人，高级工程师，博士，主要从事沥青路面技术研究方面的工作。E-mail：wcy@jsti.com。

TU535

A

1674-0696(2015)01-064-04