不同RAP的质量分数的热再生沥青混合料试验研究

高崇，李楚鹏,关晓琳

(新疆农业大学机械交通学院,新疆乌鲁木齐　830052)



不同RAP的质量分数的热再生沥青混合料试验研究

高崇，李楚鹏,关晓琳

(新疆农业大学机械交通学院,新疆乌鲁木齐830052)

摘要：依托乌苏至赛里木湖段一级公路改扩建高速公路工程,对回收沥青路面材料(Recycled asphalt pavement materials，RAP)的质量分数为20%、30%、45%和60%的热再生沥青混合料进行性能试验，并进行马歇尔试验、冻融劈裂试验、低温小梁弯曲试验和车辙试验。试验结果表明：热再生沥青混合料掺入回收沥青路面材料后，降低了新沥青用量；热再生沥青混合料的高温稳定性和水稳定性得到不同程度的改善，而低温稳定性有所减弱。

关键词：RAP；道路工程；路用性能；再生沥青混合料

厂拌热再生技术是将回收的沥青路面材料与新的沥青、集料材料、再生剂混合，在拌和厂集中生产再生热拌沥青混合料的过程[1-3]。在各种再生形式中，厂拌热再生技术是目前世界上应用最广泛的沥青路面再生方法。大量工程实践表明，回收再生已逐渐成为最有吸引力的沥青路面修复方案之一[4-7]。

路面废弃材料再生利用是最大限度地利用资源并减少废物堆放的最佳选择，与传统的沥青路面维修方式相比，能够节约大量的沥青、砂石等原材料，节省工程投资，同时有利于处理废料、保护环境，因而具有显著的经济效益和社会、环境效益。随着人们对环保、社会效益的关注，以及技术的进步，沥青路面再生利用技术越来越受到人们的重视[8-9]。

1原材料性能试验

新疆乌赛一级公路改扩建高速公路工程的热再生沥青混合料类型为AC-20C，沥青选用SBS改性沥青。通过抽提并检测回收的旧沥青和旧集料。为了确定RAP中旧沥青是否符合再生技术要求[10]，对旧沥青进行常规试验检测，检测结果见表1。

表1　回收沥青指标

对于RAP中的旧集料的级配情况，进行筛分试验，试验结果见表2。

表2　回收沥青路面材料RAP筛分试验结果

在试验室对新、旧集料进行含水率、压碎值、针片状的质量分数、砂当量及棱角性试验，其中新集料为矿粉、石屑(0～5 mm)、碎石(5～10 mm)、碎石(10～15mm)、碎石(15～20 mm)，其中新、旧集料中粒径大于4.75 mm的为粗集料，粒径小于4.75 mm的为细集料，试验结果如表3所示。

表3　新旧集料试验结果

由表1～3可以看出，旧路铣刨料中旧沥青和旧集料的试验检测结果均符合规范技术要求[8]，根据回收旧沥青的针入度，回收旧沥青的等级P=20～30级，属于中等老化程度。对旧路铣刨料的旧集料筛分级配可以看出，旧路铣刨料的组成与普通的集料基本一样；新、旧集料符合技术要求，可见旧路铣刨料中的旧沥青和旧集料可以添加到沥青混合料中，其中旧沥青可以代替一部分新的沥青，旧集料可以作为集料充当沥青混合料的骨料。

2沥青混合料设计

2.1级配设计

为了确定合理的RAP掺量，选定热再生沥青混合料类型AC-20C为目标级配，选取了4种掺配比例，即RAP作为旧集料时，热再生沥青混合料中RAP的质量分数为20%、30%、45%和60%。得到4种级配的矿料组成设计(见表4)和级配图(图1)

表4　不同RAP掺量的级配设计

图1　热再生沥青混合料级配设计图

从图1可以看出:热再生沥青混合料级配设计在级配上限和级配下限之间均符合设计要求，但是考虑旧集料在铣刨过程中难免会造成一定程度的破坏，可能造成部分旧集料粒径变小，综合级配设计要求和旧沥青混合料的特点,选用级配上限和级配下限的中值附近的级配。

2.2确定最佳油石质量比

按照图1中的4种集料合成级配，在3.5%～5.5%按0.5%的间隔分别选取5种油石质量比进行试验，依据马歇尔性能指标和体积指标，计算得到最佳油石质量比结果见表5，其中，Po、Pa分别为热再生沥青混合料中旧沥青、SBS改性沥青的质量分数，P=Po+Pa，P为最佳沥青的质量分数。

表5　不同RAP得到的最佳油石比

由表5可知：由于RAP中含有旧沥青，随着RAP掺量的增加(旧沥青的质量分数由0.63%增加到1.26%)，热再生沥青混合料中SBS改性沥青的用量下降(质量分数由3.85%降低到3.24%)。这表明RAP中旧沥青得到有效利用，掺入RAP可以降低新沥青的用量。

3沥青混合料试验

3.1马歇尔试验

为了增加试验的可靠性，将RAP的质量分数为20%、30%、45%和60%的热再生沥青混合料进行试验。试验室采用尺寸为Φ101.6 mm×63.5 mm的标准马歇尔试件，压实温度为160 ℃，正反两面各击实75次。得到试验数据见表6。

表6　热再生沥青混合料的马歇尔试验数据

由表6可知:随着RAP的质量分数的增加，在一定范围内再生沥青混合料的空隙率和矿料间隙率在增大，大体呈线性变化，旧沥青在氧气和紫外线等的作用下，沥青发生一系列复杂的化学作用，导致沥青老化，热再生沥青混合料空隙率和矿料间隙率增大。稳定度和流值随RAP的质量分数的增加而增大，通过影响稳定度和流值使高温性能逐渐提高，但由于老化沥青的影响使得残留稳定度降低。

3.2高温性能

试验室对热再生沥青混合料的动稳定度进行了对比试验[11-12]，试验结果见表8。

表7　热再生沥青混合料的动稳定度试验结果

由表7可知：RAP的质量分数为20%～60%的热再生沥青混合料的动稳定度符合规范要求，随RAP的质量分数的增加，热再生沥青混合料的动稳定度逐渐增加，抵抗高温变形的能力逐渐上升，主要是热再生沥青混合料中老化沥青变硬，抵抗高温性能得到改善，进一步增加了道路的抗车辙性能，由此可见掺入适量的RAP能够改善热再生沥青混合料的高温性能，进而对路用性能也起到积极作用。

3.3低温性能

对RAP的质量分数为20%～60%的热再生沥青混合料进行低温弯曲破坏应变试验[13-14]，试验结果如表8所示。

表8　热再生沥青混合料的低温弯曲应变试验结果

由表8可知：热再生沥青混合料低温弯曲试验结果满足规范要求；随着RAP质量分数的增加，热再生沥青混合料的抗弯拉强度和破坏应变都有不同程度的减弱。由于老化沥青使RAP再生沥青混合料的空隙率和矿料间隙率变大(与马歇尔试验影响一致)，反而降低了低温弯曲应变量，进而影响了热再生沥青混合料的低温性能。

3.4水稳定性能

采用冻融劈裂强度比来评价旧路沥青混合料的水稳定性[15]，沥青混合料的冻融劈裂试验结果如表9所示。

表9　热再生沥青混合料的冻融劈裂试验结果

由表9可知：RAP的质量分数从20%增加到45%，热再生沥青混合料的冻融劈裂比由78.8%增加到82.3%，但RAP的质量分数由45%增加到60%，热再生沥青混合料的冻融劈裂比从82.3%下降到80.2%，可知RAP在一定的掺加范围内，热再生沥青混合料的水稳定性得到提高；超过这个范围，水稳定性能有所下降。

4结论

1)RAP中的旧沥青性能和旧集料的级配符合再生技术规范要求，随着旧沥青混合料的增加，可以使热再生沥青混合料中新沥青的含量下降。

2)RAP的质量分数为20%～60%的热再生沥青混合料的水稳定、高温性能试验结果证明旧沥青与新沥青之间确实存在混合效应，并影响混合后沥青性能。

3)随着RAP的质量分数的增加，旧沥青性能影响的效应逐渐增加，尤其是对沥青混合料的高温稳定性及水稳定性影响在逐渐增大。热再生沥青混合料的高温稳定性逐渐提高，同时水稳定性和低温稳定性逐渐降低，因此RAP的质量分数不宜超过60%。

4)加入一定量的RAP，不仅可以提高沥青混合料的路用性能，充分利用旧沥青混合料，避免浪费，又可以保护环境、节约工程投资成本。

参考文献：

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(责任编辑：郎伟锋)

Experimental Study on Different Content of RAP Hot Recycled Asphalt Mixture

GAOChong,LIChupeng,GUANXiaolin

(CollegeofMachineryandtransport,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi830052,China)

Abstract:According to the project of Class 1 highway extension between Wusu and Sailimu Lake, performance tests were carried out to recycled asphalt pavement materials (RAP) mixed with certain weight ratio (20%, 30%, 45% and 60%) of hot regenerated asphalt mixture, together with Marshall test, freeze-thaw splitting test, low temperature small beam bending test and wheel rutting test. The results show that, adding hot regenerated asphalt mixture in RAP can reduce the consumption of new asphalt, and hot regenerated asphalt mixture is improved in high temperature stability and water stability, but weakened in low-temperature stability.

Key words:RAP; road engineering; road performance; recycled asphalt mixture

中图分类号：U416.26

文献标志码：A

文章编号：1672-0032(2016)01-0059-05

DOI：10.3969/j.issn.1672-0032.2016.01.011

作者简介：高崇(1990—)，男，河北邢台人，硕士研究生，主要研究方向为道路工程材料,E-mail:419556189@qq.com.

收稿日期：2015-09-16