就地热再生沥青混合料配合比优化设计及性能研究

张军仁 张兴军 任小遇

(1 甘肃省张掖公路管理局，甘肃 张掖 734000；

2 甘肃省博士后创新实践基地 甘肃恒达路桥工程集团有限公司，甘肃 兰州 730070；3 兰州交通大学 甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室，甘肃 兰州 730070)

就地热再生沥青混合料配合比优化设计及性能研究

张军仁1张兴军2任小遇3

(1 甘肃省张掖公路管理局，甘肃 张掖 734000；

2 甘肃省博士后创新实践基地 甘肃恒达路桥工程集团有限公司，甘肃 兰州 730070；3 兰州交通大学 甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室，甘肃 兰州 730070)

为了避免在沥青路面就地热再生中由于级配设计不良导致的沥青混合料出现离析、松散、粘接性能不佳和路用性能等问题。通过对原路面材料进行调查，掌握原材料级配及老化程度，根据调查结果对沥青路面就地热再生材料进行级配优化设计，控制再生剂用量、级配和最佳油石比，得到室内配合比。在此基础上对再生沥青混合料进行水稳定性和高温稳定性能检测。试验结果表明通过对原有沥青路面情况调查和就地热再生沥青混合料配合比优化设计，可以得到路用性能优良的再生沥青混凝土路面。

道路工程；沥青混合料；就地热再生；配合比优化设计；性能研究

沥青路面就地热再生作为一种经济快捷的现代沥青混凝土路面维修技术，它被越来越多的人所接受并广泛应用到浅层轻微病害的高速公路及一、二级公路沥青路面表层的治理中。与传统的沥青路面维修方式相比，节约了大量的沥青、砂石等原材料及运输费用，大大降低了工程投资与施工费用，同时废料的再利用也解决了环境污染问题，被称为绿色再生技术[1]。就地热再生技术的节约、环保、优质和高效的特点更是符合“绿色交通”、“低碳经济”的发展要求[2]。由于就地热再生所使用的RAP料掺量高、变异性大、不确定因素多等特点，会对再生的路用性能造成很大的影响，经常出现级配设计不良造成的沥青混合料离析、松散、层间连接和路用性能等问题。

针对热再生出现的问题有必要进行沥青混合料的级配优化设计和路用性能研究。 韩波等[3]研究认为沥青老化和级配衰变皆对地热再生沥青混合料性能产生影响，尤其是水稳定性和低温抗裂性；尤江[4]等综合分析得出，再生沥青混合料的各性能都与旧料掺配率和集料级配有密切关系，通过合理的级配设计的再生沥青混合料各性能虽有所降低但都能满足路面规范要求；黄晓明[5]等认为应充分考虑再生沥青混合料的特点，针对性地提出再生沥青和再生混合料的配合比设计方法。本文通过室内模拟试验对热再生沥青混合料的配合比进行优化设计和性能检测，并结合工程实例进行级配的验证和路用性能的实测，最终得到适合热再生沥青混合料的配合比设计，为工程建设提供参考依据。

1 原材料调查

试验段配合比设计使用的原材料有：SBS I-C改性沥青、碎石、机制砂、某品牌的高性能再生剂等。

首先对回收后的旧沥青进行三大指标的评价，以此为基准在再生剂添加后进行指标对比。试验结果见表1。根据三大指标测定结果综合判定RAP中沥青老化较严重。

由表1试验结果可知，老化后的沥青针入度为26.0（0.1mm）、延度为1.2（5℃）/cm，两个指标变化非常大远低于技术要求。根据黄晓明，江瑞龄[6]的《沥青路面就地热再生施工技术指南》一书所述，当针入度不低于20（0.1mm）时，经过再生处理后，仍能满足技术要求。

按T0722-1993中试验方法抽提后取得矿料级配，为拌制新混合料提供基础数据。试验结果表明，原路面旧沥青混合料部分粗集料破碎，致使既有混合料级配偏细。为了弥补混合料粒径的细化，达到增大路面强度的目的，采用添加15%新料的方法进行再生混合料配合比设计[7]。

2 地热再生沥青混合料级配的控制

2.1 再生剂掺量的控制

再生剂是沥青路面再生工程中一项重要的外掺原材料，其作用是恢复已经老化沥青的各项技术使其接近至新沥青水平。根据RAP中沥青针入度测定值测算，再生剂掺量以2%的步长上下浮动，测定再生后沥青的三大技术指标，绘出曲线，综合得出最佳掺量。

图1 外掺沥青混合料合成级配曲线图

图2 再生沥青混合料合成级配图

再生剂对老化沥青性能有一定程度上的改善，随着再生剂掺配比率的增大针入度增大，软化点降低，延度增长。当再生剂掺入量为4%时，针入度和软化点已达到SBS类I-D沥青指标，并满足《公路沥青路面再生技术规范》JTG F41-2008要求。

表2 再生沥青技术指标

2.2 再生混合料级配控制

依照AC-16级配要求，试配得到的外掺沥青混合料合成级配曲线图见图1。外掺新沥青混合料掺量为15%，RAP掺量为85%。再生沥青混合料合成级配曲线图见图2。

外掺新沥青混合料的油石比采用试拌的方法确定为4.0%，按设计矿料比例配料，采用4种油石比进行体积指标试验[8]。

分析AC-16设计级配体积指标及稳定度试验结果可得，当油石比从4.6%～5.5%变化时，饱和度和流值随油石比增大而增大，油石比为5.5%时饱和度超过65%～75%的技术要求。综合分析最佳油石比应在4.6%～5.2%

2.3 最佳油石比的控制

采用4.6%、4.9%、5.2%和5.5%这四种油石比，制成马歇尔试件，对试件进行稳定度和空隙率试验，试验结果见表3。

表3 矿料配比、油石比、沥青掺量和再生剂掺量

作图分析可知，试件最大毛体积相对密度、最大稳定度、目标空隙率中值及饱和度范围中值所对应的油石比分别为5.2%、4.9%、4.75%和4.9%，四者均值为4.94%，即OAC1为4.94%。由各项指标与油石比的关系图可得符合各指标要求的油石比范围为4.6%～5.05%，其中值为4.83%，即为OAC2，OAC1与OAC2的平均值为4.88%，且OAC1在OACmin与OACmax之间，根据设计经验和项目所在地区气候条件取油石比4.9%为设计油石比。

表4 沥青混合料体积性质表

2.4 配合比设计结果

结合前期的理论分析和后期的工程实践对AC-16型就地热再生沥青混合料进行目标配合比设计，设计结果见表3。

切割取样进行AC-16型就地热再生沥青混合料目标配合比设计，外掺沥青混合料占再生沥青混合料的比例为15%，再生剂的掺量为RAP沥青的4%；外掺新沥青为RAP沥青的4.8%。

根据上述试验分析，选择设计油石比为4.9%，相对应的沥青混合料性质如表4所示。

3 沥青混合料性能检测

3.1 水稳定性检测

根据浸水马歇尔稳定度试验结果可知残留稳定度MSO为87.9%，大于80%的技术要求；同样冻融劈裂试验结果TSR为84.7%，远大于75%的技术要求。综合浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验结果可得再生沥青混合料满足水稳定性要求。

3.2 高温稳定性试验

在温度为60.0±1℃，压强为0.7±0.05MPa的试验条件下进行车辙试验。从车辙试验动稳定结果来看，三组试件的动稳定度平均值为3452（次/mm）大于2400（次/mm）的要求，且变异系数为8.1%，低于20%的要求。综上所述设计的再生沥青混凝土高温稳定性能良好，满足规范要求。

4 结 语

试验结论如下：

1）回收RAP中沥青油石比为4.6%，回收沥青的针入度为25.0（0.1mm），软化点为69.0℃，15℃延度为2.6cm。综合以上结果判定RAP中沥青老化较严重。

2）切割取样进行AC-16型就地热再生沥青混合料目标配合比设计，外掺沥青混合料占再生沥青混合料的比例为15%，再生剂的掺量为RAP沥青的4%；外掺SBS I-C改性新沥青为RAP沥青的4.8%。通过对四种油石比的马歇尔试件进行稳定度和空隙率试验，得出4.9%为最佳油石比。

3）再生的沥青混合料经浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验和车辙试验检测，得出所设计的再生混凝土配合比满足规范要求且水稳定性和高温稳定性能良好。

[1]李波，杨小龙，李晓辉.沥青超薄磨耗层材料回收再利用及其性能评价[J].中外公路, 2014,34(3):283-286.

[2]刘振兴.海南省现场热再生沥青路面施工工艺及质量控制研究[D].长沙理工大学,2009.

[3]韩波,刘强,于斌,张利东,倪富健.就地热再生老化沥青混合料性能评价[J].公路,2016,（07）:274-280.

[4]尤江.再生沥青混合料的设计及路用性能试验研究[D].重庆交通大学,2015.

[5]黄晓明,赵永利,江臣.沥青路面再生利用试验分析[J].岩土工程学报,2001,23（04）:468-471.

[6]黄晓明，江瑞龄.沥青路面就地热再生施工技术指南[M].北京：人民交通出版社，2007.

[7]李波，李晓辉，杨小龙.沥青路面回收材料再生性能评价[J].中外公路,2014,34(5):267-269.

[8]丛卓红,郑南翔.沥青混合料级配优化设计[J].长安大学学报:自然科学版,2007,27(3):15-19.

国检集团入选首批“国家级标准验证检验检测点”试点单位

为贯彻落实《国家标准化体系建设发展规划（2016-2020年）》（国办发〔2015〕89号）中关于加强标准验证能力建设、建设国家级标准验证点的相关要求，做好标准验证点建设工作，进一步探索标准验证点工作模式和机制，国家标准化管理委员会委于2017年7月17日下发了《国家标准委办公室关于下达第一批国家级标准验证检验检测点试点的通知》（标委办综合〔2017〕122号），批准了第一批20家国家级标准验证检验检测点试点单位，覆盖电子、皮革、纺织、化工等领域，国检集团负责建筑材料和无机非金属新材料领域的验证试点工作，将为相关标准制修订提供标准验证服务。

获批后，CTC将积极开展试点标准验证工作，细化试点实施方案，分解试点工作任务，在标准制修订和实施过程中为标准的核心内容、关键技术指标提供实验验证服务，逐步探索形成标准验证点的运行模式，规范产品标准和方法标准的验证流程，不断完善标准验证工作机制和服务模式，为标准验证工作在全国推广打好基础。

Optimum design and performance study on mix proportion of hot in-place recycling asphalt mixture

In order to avoid the problems of segregation,loosening,poor bonding performance and road performance of asphalt mixture due to poor design of gradation in the process of hot in-place recycling mixture for asphalt pavement,In this paper,the gradation and the aging degree of raw material are researched.Based on the survey results,optimization design is done for the the gradation on the material of hot in-place recycling asphalt pavements,including control the amount of the regenerant and gradation and the optimum ratio of the whey,finally the indoor proportion is obtained.On the basis,the performances,including water stability,high temperature stability are tested.The experimental results show that the recycled asphalt concrete pavement with excellent road performance can be obtained by researching the original asphalt pavement and proportion optimizing design for the hot in-place recycling asphalt mixture.

road engineering；asphalt mixture；hot in-place recycling；proportion optimizing design；performance study

文献标识码：B

1003-8965(2017)04-0040-03