高掺配率RAP厂拌热再生沥青混合料路用性能分析

段绍辉

(湖南路桥建设集团有限责任公司， 湖南 长沙　410004)



高掺配率RAP厂拌热再生沥青混合料路用性能分析

段绍辉

(湖南路桥建设集团有限责任公司， 湖南 长沙410004)

摘要：为了确定厂拌热再生沥青混合料的沥青比，在假设再生沥青混合料的沥青比为40%、55%、70%、85%、100%情况下，对两个高掺配率40%和60%RAP的沥青混合料进行了路用性能验证，根据热再生混合料的高温性能、抗水损害性能、低温性能试验结果，确定出最佳沥青比范围，并给出了在进行高掺配率RAP施工时的建议，以期为工程人员提供一定参考。

关键词：高掺配率RAP； 厂拌热再生沥青混合料； 沥青比

0前言

道路工程建设需要的沥青属于石油工业的范畴，石油作为地球资源的一部分，随着世界各国的大规模开发利用，正日益减少。同时，石油是不可再生资源，过度的开发利用会导致其枯竭。用于道路建设的碎石同样很紧缺，以北京市为例，其在2008年就宣布不再颁发相关矿山开采许可证，用于铺筑道路的碎石生产受到了很大限制。为了节省资源，实现筑路材料的可持续利用，世界各国相继开发了路面循环利用再生技术，用于再生利用废弃沥青混合料。

美国在20世纪初就领先世界各国开发了路面再生技术，但由于当时对路面再生技术的认识不够，导致其没有大规模运用，直到20世纪末，随经济危机而来的石油危机才使他们发现到了再生路面技术的意义，截止21世纪初，美国实现了近一半的RAP材料的再生利用，节约相关建造费用近60%，有重要的经济价值和社会意义。

结合当下我国沥青路面的维修养护情况，目前，在道路养护维修方面，每年我国要铣刨掉近2亿t沥青混合料[1]，随着高速公路大修期的到来，会产生更多的路面废料，如果不能将这些废料加以利用将会对我国环境造成重大破坏，同时，经济的发展也会受到影响。

本文从混合料的混合状态和黑箱问题等热点问题出发，以提高RAP掺配率为目的，着重分析混合料的路用性能，从宏观到微观，了解混合料路用性能变化的原因，科学提高RAP掺配率，同时改进RAP热再生混合料的施工工艺，为工程施工人员、科研人员提供一定借鉴。

1原材料

1) 沥青：选择韩国SK公司生产的70#沥青，根据交通部公路科学院主编的最新试验规程以及相关路面技术规范对SK70#沥青进行了性能检验，具体物理参数见表1。

表1 SK-70沥青的物理性能针入度(25℃)/(0.1mm)软化点/℃延度(15℃)/cm动力粘度(60℃)/(Pa·s)溶解度(三氯乙烯)/%7247.4>15025399.86闪点/℃含蜡量/%质量损失(TFOT)/%针入度比(TFOT)/%延度(TFOT)/cm25℃15℃3342.30.0479.34>10097.45

2) RAP材料：本文所选的RAP材料为京哈高速AK1829+234～AK1902+434段进行养护维修的路面废料，在进行相关试验以前，首先要对RAP材料进行筛分、检测，根据混合料试验规程对RAP材料进行处理，用燃烧法提取旧沥青，对包括RAP材料的含水率、沥青含量、旧沥青的三大指标、所选矿料的指标等进行检测。具体技术指标见表2、表3。

3) 集料：粗集料(16～9.5 mm)为玄武岩和石灰岩(9.5～4.75 mm和4.75～2.36 mm)，细集料(0～2.36 mm)为石灰岩；矿粉，连云港徐福石业生产的石灰岩矿粉，密度均匀，光泽度好，表面光滑；沥青、粗细集料、矿粉的各项指标均符合各项要求，其物理性能见表4。

表2 RAP材料筛分结果筛孔尺寸/mm通过率/%筛孔尺寸/mm通过率/%161001.1820.413.2930.619.39.574.10.314.84.7540.30.1510.42.3629.10.0757.2

表3 RAP检测项目指标含水率(烘箱法)沥青含量(燃烧法)0～6mm6～26mm0～6mm6～26mm砂当量/%旧沥青软化点(环球法)/℃针入度(25℃,100g,5s)/(0.1mm)延度(5cm/min,15s)/cm粘度(60℃)/(Pa·s)2.40.895.334.8279702190279

表4 集料的视密度筛孔/mm视密度/(g·cm-3)筛孔/mm视密度/(g·cm-3)13.22.7230.62.6644.752.7190.32.6732.362.6540.152.5491.182.6730.0752.644

2热再生沥青混合料掺配RAP变异性分析

2.1高掺配率RAP含水率的影响

为了更好的表征混合料RAP掺量对沥青混合料路用性能的影响，现引入RAP掺量分析[2]，RAP在产生过程中，由于铣刨、筛分、运输等过程的存在，导致其性能受到很大影响，不确定性因素太多，对混合料的路用性能造成不利影响。一方面RAP材料中一般水分含量较高，导致其抗水损害能力下降；另一方面，在分析实验数据时因为各数据量纲、单位不同，不能合理的分析实验数据；现引入实验变异系数的概念对其路用性能做出科学对比，采用公路现场测试规范以及施工规范(04版)对RAP材料的变异系数进行评价(具体参见下式)，表征对路用性能的影响。

变异系数=(标准差/平均值)×100%

因为RAP材料含水率对路用性能影响较大，现引入烘干前后RAP材料的质量变化指标。具体见下式：

其中mw代表RAP材料烘干前质量；md代表烘干后质量；Ω代表含水率。

在施工过程中，因为RAP材料的水分会对施工温度造成影响，以及影响再生材料的实际称重，所以，混合料中RAP的水分如果不加以控制会对再生工艺造成一定影响，所以，在正式的试验以及施工过程前，要对RAP材料的含水率进行控制，保证施工过程继续进行。为了解决RAP材料中的含水率变化问题，常采用布设排水沟，减少RAP材料储存时间，对RAP材料及时加热等措施保证RAP材料的含水率稳定。

2.2矿料级配对RAP掺配率影响

通过对京哈高速上铣刨的RAP材料进行多次筛分对比可知，每档料的通过百分率均处于稳定水平，在4%附近，变异程度较小，较为均质统一，说明施工人员的管理工作较为到位，同时，为了保证施工质量要做好以下工作，避免运输过程中的混合料离析，储存过程中禁止放入废料等杂物，筛分时，将RAP材料单独分开，避免与新集料混淆。

3高掺配率RAP路用性能分析

3.1高温稳定性

对于沥青混合料，最重要的一项路用性能评价指标即为高温稳定性，RAP材料中因为沥青老化较为严重，针入度降低，对混合料的高温性能造成不利影响，尤其是抵抗高温车辙和开裂能力，试验采用车辙试验仪对RAP材料的高温稳定性进行评价，具体试验步骤参见公路工程试验规范，试验数据见表5、图1。

表5 不同有效沥青比情况下的动稳定度RAP比例/%不同有效沥青比(%)时的动稳定度/(次·mm-1)40557085100技术要求/(次·mm-1)4030582934590033493299605781231234152325431≥1000

图1　不同有效沥青比情况下的动稳定度

从表5和图1分析可知，当有效沥青比较低时，40%RAP沥青混合料的动稳定度要高于60%RAP沥青混合料，随着RAP材料的不断增加，新沥青不变的情况下，老化沥青越多，针入度越小，粘性越大，抗车辙能力越强，当有效沥青达到70%以上时，动稳定度下降，这是因为随着新沥青的加入，针入度增加，粘性减小，抗车辙能力减弱，反映在动稳定度上即为数值减小。所以，对于40%RAP掺配率RAP其有效沥青含量不能太高，过多的新沥青会导致动稳定度下降较快。

对于60%RAP掺量，其动稳定度均符合规范要求，沥青混合料动稳定度随着沥青含量的增加而增加，结合60%RAP的试验结果可知，当再沥青混合料的有效沥青含量在70%～100%之间时，其动稳定度较高，处于合理区间，所以在工程中推荐优选70%～100%间的有效沥青含量。

3.2低温抗裂性

沥青混合料的低温抗裂性是指在低温环境下，路面抵抗收缩裂缝的能力，当周围气温较低时，路面受环境因素影响，容易产生路面裂缝，路面出现裂缝以后，水和荷载的双重作用使裂缝得以扩大，进而影响到路面基层，使路面的功能性得以丧失，失去承载能力。再生沥青混合料由于老化沥青的存在，针入度下降，很容易发生低温环境下的脆裂变形，因此，有必要对低温性能进行相关试验，具体采用了小梁弯曲试验对高RAP掺量下热再生沥青混合料的低温抗裂性进行了评价。试验步骤参照沥青混合料试验规程，试验结果参见表6～表8，图2。

表6 不同有效沥青比情况下的弯曲劲度模量RAP比例/%不同有效沥青比(%)时的弯曲劲度模量/Pa4055708510040967189218721982862609822781280434711344

表7 不同有效沥青比情况下的抗弯拉强度RAP比例/%不同有效沥青比(%)时的抗弯拉强度/MPa405570851004012.113.313.012.19.76014.212.311.510.39.2

表8 不同有效沥青比情况下的最大弯拉应变RAP比例/%不同有效沥青比(%)时的最大弯拉应变40557085100407200με6321με6412με5998με6212με609321με5653με4992με3898με5123με

图2　高掺配率热再生沥青混合料低温性能

从图2中的抗弯拉强度和最大弯拉应变可知，高掺配率RAP混合料中RAP比例越高，热再生混合料的低温抗裂性越差，分析原因可知，这是因为RAP比例越高，老化沥青含量越高，老化沥青的脆硬性影响到了混合料的低温开裂性能，使沥青混合料的路用性能下降。

从沥青比例角度分析出发，当高掺配率RAP中的沥青比例发生变化时，最大弯拉强度，最大弯拉应变变化较小，随着沥青比例的增加较高掺配率的RAP的抗弯拉强度呈下降趋势，较小掺配率的RAP的抗弯拉强度呈先增大后降低的趋势，都能在较高沥青比例时达到峰值，这都是由于高掺配率RAP材料中老化沥青的性质所影响的，高掺配率RAP中老化沥青较脆，对混合料的整体低温抗裂性较为不利。

分析两个掺量下的热再生沥青混合料可知，40%RAP和60%RAP掺量均符合相关规范要求，但是，因为沥青比例的不同，其在各个有效沥青比例下的路用性能又出现不一致，这说明老化沥青的性质对于混合料有一定的性能影响，当沥青含量较高时，因为沥青是弹塑性体，会提高混合料的整体弹塑性能，提高混合料的路用性能，减少脆性；当沥青含量较低时，整体来说，对于混合料的低温性能影响不算太大，综上，高掺配率RAP掺入混合料中，对于混合料的低温抗裂性影响不大，可以消除因为RAP的掺入而导致混合料路用性能不佳的顾虑，在任一个有效沥青含量的情况下，高掺配率RAP对于热再生混合料的低温抗裂性无不利影响。

3.3抗水损害性能

沥青混合料的水损害性能是评价其路用性能的一项重要指标，路面病害中常见的坑槽、剥落等大部分是由于沥青混合料的水损害性能不足导致的，对于高掺配率的再生沥青混合料，因为其老化沥青含量较高常常要加入抗剥落剂保证其抗水损害能力，加上车辆动载的作用，路面上的水会进入到沥青界面，使黏附力下降，进而造成其他路面病害的产生，为了评估高掺配率RAP对热再生沥青混合料水损害性能的影响，采用冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验评价其水损害性能。

试验参照沥青混合料试验规范，用马歇尔击实仪成型标准马歇尔试件，要注意的是冻融劈裂试验要求马歇尔试件双面击实各50下，与浸水马歇尔试验稍有不同。试验结果见表9、表10、图3。

表10 不同有效沥青比情况下的冻融劈裂试验强度比RAP比例/%不同有效沥青比(%)时的冻融劈裂试验强度比/%40557085100技术要求/%4089991051081116097102877994≥75

图3　高掺配率沥青混合料残留稳定度和冻融强度比

从实验结果可知，40%、60%掺配率下的沥青混合料冻融劈裂强度以及浸水马歇尔稳定度均在试验要求的范围以内，两种掺配率下的冻融劈裂强度比以及浸水马歇尔稳定度均有相似结果，并且随着RAP掺配率的提高，残留稳定度呈下降趋势，这说明RAP中老化沥青的存在降低了高掺配率热再生沥青混合料的水稳定性能，60%RAP的热再生沥青混合料随新沥青比例的增高而变化不明显，呈现先减少后降低的趋势，最后仍符合规范指标。40%RAP的混合料残留稳定度同样先减少后增加，最大仍高于规定值，结合试验结果以及分析，最佳有效沥青含量在55%～85%之间。

4结语

通过对两种高掺配率RAP热再生沥青混合料进行路用性能试验可知，不同有效沥青含量下的RAP热再生沥青混合料具有较好的高温稳定性，能较好地防止高温车辙的产生；通过小梁弯曲试验可知，由于随着老化沥青含量的增加，其粘性降低，脆性增加，对热再生沥青混合料的低温性能不利[3]，但仍满足需求；通过浸水马歇尔试验以及冻融劈裂试验可知，其具有较好的水稳定性能，综合各种指标，推荐有效沥青含量在70%～85%之间，能满足其各项路用性能指标的要求。

参考文献：

[1] 王胜来，时彪，季节，等.高掺配率再生沥青混合料的工程应用[J].市政技术，2013(3)：136-138.

[2] 时彪，季节，曹东伟.高掺配率热再生沥青混合料性能研究[J].公路，2013(9)：205-208.

[3] 董德全.高掺配率AC-13型温拌再生沥青混合料组成设计与路用性能评价[J].中外公路，2014(4)：250-255.

文章编号：1008-844X(2016)02-0058-05

收稿日期:2016-01-28

作者简介:段绍辉( 1980-) ，男，工程师，主要从事路桥建设。

中图分类号：U 414

文献标识码：B