基于再生沥青混合料的快速检测方法

王如春（上海市长宁区市政工程管理中心， 上海 200336）

随着近年来人们对环保、社会效益的关注，沥青路面再生利用技术越来越受到人们的重视，已成为公路工程建设中有待进一步发展的重要实用技术。有学者[1]提出充分利用废旧沥青路面混合料的思路：将废旧沥青混合料经过适当处理后与新料一起，按照不同配比摊铺使用，能够达到较好的路用性能，从而实现沥青铣刨料的再生循环使用，经济效益显著。

随着技术的不断改进与提升，再生沥青混合料的利用率大为提高，但在工程实际中还没有相应的系统性评价体系或者检测方法沥青混合料中是否掺加了废旧沥青混合料的。在对再生沥青混合料的常规路用性能检测时发现，其抗车辙性能有所提高，但抗水损和抗低温开裂性能则有所降低[2-3]。因此在沥青混合料中大量添加铣刨料会对沥青路面的使用性能产生不可测的影响。将没有经过技术论证的再生沥青混合料铺筑在道路上，会在很大程度上导致路面初期就发生严重损害，如水损害、路面开裂等，对行车安全性和舒适性产生严重不良后果。为了进一步规范道路工程中沥青铣刨料的再生利用，为以后再生沥青混合料的检测提供参考，同时也为了给道路工程的监控方更好地把控工程质量提供技术支撑，本文主要从沥青混合料岩性、粗集料的集合特性、沥青含量 3个方面对沥青混合料中是否添加再生料进行判断与检测。

1 集料岩性判断方法

沥青混合料是集料与沥青混合，依靠集料颗粒之间嵌锁形成骨架结构和沥青黏结力成型的一种路面材料。集料是沥青混合料的主要组成材料之一。集料的性能对沥青混合料的路用性能有显著影响。沥青混合料中添加有旧沥青混合料后，沥青混合料中集料岩性会发生变化。

岩性是指按照岩石的物质成分、结构组成来定义的岩石的分类名称。沥青混合料中集料常用的岩石有石灰岩、玄武岩、花岗岩、石英岩、辉长岩、闪长岩等。各种岩石由于成分和结构组成的不同，形成了不同的使用性能，而路面各层由于功能、受力的不同又对集料所用岩石种类提出一定的要求。对于表面层，从受力看属于三向受压区，力学要求以抗剪、抗滑移为主，从功能看主要是提供平整的行驶表面和足够的抗滑性能，因此对岩石各方面性能要求较高，以抵抗车辆的长期荷载作用。

根据各结构层的特定的不同功能要求，再结合工程实际和经济性综合考虑：在工程上，表面层一般采用玄武岩、辉长岩或闪长岩，中下面层由于对性能要求偏低，考虑到价格因素首选石灰岩，其次是花岗岩。

路面各层使用的岩性不同，为判断沥青混合料中是否添加铣刨料提供了有效的解决思路。由于路面铣刨后，各层的铣刨料混合在一起堆放，因此再利用的铣刨料就包含了各路面结构层不同岩性的集料。判断沥青混合料中是否添加了再生沥青混合料，需要将混合料中的沥青与集料分离，以观察集料中是否含有多种岩性。同时，沥青混合料中所添加的铣刨料的含量也可根据集料中不同岩性的集料比例进行初步判断。

道路工程中最常见的有玄武岩、石灰岩、花岗岩等 3 种岩石。

玄武岩的主要成分是二氧化硅（SiO2）、三氧化二铝（AL2O3）、氧化铁（Fe2O3）、氧化钙（CaO）、氧化镁（MgO）。其中 SiO2占 40%～50%，遇稀盐酸无剧烈反应，颜色多为黑色、黑褐或暗绿色。玄武岩因为是岩浆喷出地表形成的，矿物质结晶不完全，所以通常呈细粒至隐晶质或玻璃质结构。

石灰岩的主要成分是碳酸钙（CaCO3），矿物成分主要为方解石，伴有白云石、菱镁矿和其他碳酸盐矿物，有灰、灰白、灰黑、黄、浅红、褐红等色，与稀盐酸会产生剧烈的化学反应。

花岗岩是岩浆在地下深处经冷凝而形成的深成酸性火成岩，主要以石英或长石等矿物质形式存在。花岗岩颜色一般为浅色，白色和浅肉红色较常见。相比玄武岩，花岗岩矿物质结晶程度高，常能形成发育良好、肉眼可辨的矿物颗粒。

对上述 3 种岩石，可以从抽提后的沥青混合料中的集料进行抽样观察：首先对集料进行清水冲洗，清除表面残留的部分灰尘与矿粉；接着将集料放入 100 ℃的烘箱，将集料表面水分烘干；最后可根据不同岩石的区别，区分集料岩性。如果存在表观无法直接观察的情况，可采用化学试剂辅助鉴别。

通过对集料岩性的了解，可快速地对沥青混合料中是否掺加铣刨料进行初步判断。这种试验方法简洁、直观，可以保证工程质量。

2 粗集料几何特征判断方法

对铣刨料中集料级配的研究发现，铣刨料中细集料的比例出现了较大程度的增加[4]。这一现象主要是因为部分大颗粒的集料在长期的荷载作用下，集料棱角部分被磨成小颗粒的石粉而引起的。由于使用铣刨料的过程中一般会调整新加集料的级配，减少细集料的用量，使整个级配曲线良好，所以无法从细集料比例的角度来判断是否使用了铣刨料。但是，铣刨料中的大颗粒粗集料在长期使用过程中棱角被磨平的特征可以作为是否添加铣刨料的判断依据。

集料的几何特征可以分为轮廓形状、棱角性和表面纹理 3 个方面，分别反映了集料的针片度、轮廓棱角的突出程度以及集料表面的粗糙度[5]。使用传统的测量方法评价这些特征费时费力且精度较低。随着数字图像处理技术的发展，近年来数字图像处理技术在土木工程领域中的使用也日益广泛，依靠该技术评价集料的几何特征变得便捷和准确。数字图像处理筛分有效剔除了变异性较大的集料颗粒，粗集料分布均匀性提高[6]，可以提高粗集料对比度。李晓燕等人[7]通过自主研制的粗集料形态特征研究系统（MASCA）测得粗集料轴向系数、凸度、粗糙度、棱角参数、圆度、分形维数共 6 个定量评价指标值。涂新斌等人[8]使用图像分析方法对花岗岩、云母、石英等颗粒的形状进行了研究，提出了二维形状参数，并提出利用颗粒面积和周长得到的参数，用以描述集料颗粒形状效果，这样更加合理。

对再生沥青混合料进行抽提筛分后，分别分离出其中4.75 mm 挡和 9.5 mm 挡的粗集料，同时选用原路面相同挡次的新集料（玄武岩和石灰岩）进行对比分析，分别使用数字图像处理技术得到两挡集料的平面形状系数、圆度值、分形维数。平面形状系数可用来评价集料的形状特性，是集料等效椭圆的长轴与短轴的比值，计算方法见式（1）：

式中：A—平面形状系数；

L1—等效椭圆的长轴长，mm；

L2—等效椭圆的短轴长，mm。

圆度值及分形维数是评价集料棱角性的指标，圆度值越接近 1 的集料形状越接近圆，计算方法见式（2）：

式中：R—圆度值；

P—集料周长，mm；

A—集料面积，mm2。

分形维值还可以评价集料边界的复杂程度，可以使用IPP 软件内置的计算维数方法得到。图1 为铣刨料中抽提的集料。图2 为新集料。图3 为各种集料几何特征参数对比。

图1 铣刨料中抽提集料

图2 新集料

图3 各种集料几何特征参数

本文将铣刨料中粒径为 4.75 mm 和 9.5 mm 的集料与新石灰岩、玄武岩中同粒径大小的集料进行分析对比。从图3 各集料几何特征参数的对照可以看出：①圆度和平面形状系数都随集料的不同有显著的变化，而各集料的分形维数相差不大，可能是由于分形维数只是对集料表面精细程度的描述，与生产方法、厂家有关，各种集料的生产厂家都一样，因此分形维数相差不大；②同一种石料，粒径越大完整性越高，形状也越接近圆形；③铣刨料中集料的圆度和平面形状系数相比同等粒径的新集料有明显减小，可用于判断沥青混合料中是否添加铣刨料。

根据以上分析可知，若检测混合料中的平面形状系数大于或等于新集料的系数，则可判断沥青混合料中没有添加废旧沥青再生沥青混合料；反之，则添加了废旧沥青混合料。

3 沥青含量判断方法

由于沥青在沥青混合料中起到了将集料黏聚在一起的作用，是沥青混合料抗水损、抗低温开裂、抗车辙等性能的主要影响因素，因此对沥青混合料中沥青用量的检测，一直是混合料的重要性能指标。由于拌和不均等因素，所以一般要求沥青用量在设计值上下浮动 0.3%。但是，近年来发现部分沥青混合料油石比常偏高 0.5% 以上，在混合料施工摊铺时却没有表现出明显的泛油现象，经过调查发现是因为在沥青混合料中掺加了沥青铣刨料。由于铣刨料中沥青老化严重，在与新沥青进行拌和过程中，铣刨料表面的沥青并不能完全参与拌和工作，相当于黑色的岩石[9]，因此为了能够满足路面性能的要求，只能在混合料中额外添加新沥青。这就使混合料的沥青用量偏大。

因此，在检测混合料沥青用量过程中，如果发现沥青用量偏高值超过 0.3%，且沥青混合料施工摊铺现场仍表现出较为干涩的现象，压实后路面空隙率偏大，就可以初步判断该沥青混合料中可能添加了铣刨料。

4 结 语

根据工程实践经验和室内试验，提出快速判断沥青混合料中是否添加沥青铣刨料的 3 种有效方法，为工程监控方、监理方控制施工质量提供新思路。

（1）集料岩性判断方法。铣刨料中集料种类比较复杂，当在沥青混合料中掺加铣刨料后，混合料的集料中必然会出现大量与原集料岩性不同的岩石。因此，可以将混合料进行抽提后观察集料中其他岩性的岩石所占比率，以判断混合料中是否掺加了铣刨料。

（2）粗集料几何特征判断方法。根据对比试验发现，铣刨料中粗集料的圆度和平面形状系数相比同等粒径的新集料有明显减小。因此，可以对比混合料抽提得到的集料与新集料的几何特征，从而可判断沥青混合料中是否含有铣刨料。

（3）沥青含量判断方法。在混合料中添加了铣刨料以后，为了能够保证混合料的性能满足要求，一般会提高沥青用量。因此，如果检测中发现沥青用量偏多，超过 0.3%，且沥青混合料施工摊铺仍表现较为干涩，压实后路面孔隙率偏大，便可判断该沥青混合料中可能添加了铣刨料。

通过以上 3 种快捷、操作简便的方式对再生沥青混合料中是否添加铣刨料进行判断，可为今后再生沥青混合料的规范施工提供参考，从而在保证工程质量的前提下，节约工程成本。