厂拌热再生混合料性能研究与应用效果评价

王亚奇，丁文胜，王 军，葛 浩

（1.江苏省镇江市公路管理处，镇江 212028；2.江苏东交工程设计顾问有限公司，南京 211100）

目前，国内已较深入地开展了厂拌热再生技术的应用研究。2002年，华北高速公路有限公司购买了国内首套热再生机械设备，以京津唐高速公路为依托，铺筑再生路面试验段，取得了良好的应用效果。2009年，田国富介绍了厂拌热再生技术的工作原理，同时对施工质量控制等方面也进行了研究与探讨[1]。2011年，姚岢等首先对原沥青路面病害进行调研，对旧沥青和矿料性能指标进行综合评价，最后阐述厂拌热再生混合料配合比设计流程步骤[2]。2014年，倪富健等利用回收的高等级公路上面层RAP材料，在室内进行RAP掺量为15%的AC-13厂拌热再生混合料的设计与性能研究，通过采用多种添加剂来保证和提升再生混合料的压实性能和路用性能，最终得到具有优良性能的高RAP掺量再生混合料[3]。2016年，程强从旧料变异性控制、加热温度控制、再生剂掺量控制和摊铺碾压工艺等方面提出了厂拌热再生混合料施工要点和控制措施[4]。

2011年以来，法国等欧洲国家对厂拌热再生技术也开展了一系列的研究，并在高速公路大中修养护工程中进行了再生技术工程实际应用，RAP料掺量不超过20%。2014年，基于混合料路用性能的考虑，美国部分州规定用作上面层的再生混合料中RAP的掺量不允许超过30%[5]。2016年，Andrea Grilli等使用特定的添加剂，以达到所需的沥青性能，从而产生高性能的厂拌热再生沥青混凝土（AC），实现了PAP料掺量40%的应用，且路用性能良好[6]。

目前，国内外厂拌热再生技术主要集中在沥青路面的中、下面层中，针对路面使用性能要求较高的上面层的研究甚少。本文以镇江市某养护工程为依托，以添加不同旧料比例的SMA-13热再生沥青混合料为研究对象，对其开展配合比设计与路用性能研究。在此基础上，对试验路段进行了现场检测，以评价上面层用厂拌热再生沥青路面实际应用效果。

1 目标配合比设计

结合镇江市某养护工程的实际，本次研究通过筛选，选取性能较好的铣刨料，并进行抽提试验，其沥青用量及筛分结果见表1。

表1 旧料抽提试验结果

为验证旧沥青混合料比例在沥青混合料中的影响，对不同掺配比例旧沥青混合料进行级配设计。合成级配设计结果与马歇尔试验结果见表2、表3。

表2 沥青混合料级配设计结果

表3 厂拌热再生SMA-13马歇尔试验结果

表4 厂拌热再生混合料设计结果

通过设计，最终确定上面层厂拌热再生SMA-13沥青混合料配合比设计结果，具体数据见表4。

2 路用性能研究

2.1 混合料性能试验方案

试验采用3种不同旧料比例（0%、10%、15%）的SMA-13沥青混合料进行研究。采用对比试验的方法分析上面层用厂拌热再生沥青混合料性能以及不同旧料比例条件下对混合料性能的影响。主要研究内容见表5。

2.2 混合料性能试验

2.2.1 抗水损害性能分析

目前，国内水稳定性试验应用最为广泛的是浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验。浸水马歇尔试验简单，区分度较低，但残留稳定度可作为对比值分析其水稳定性能；而冻融劈裂试验的饱水过程主要包括真空饱水、冻融和高温水浴3个阶段，可有效地模拟路面在不同条件下实际水稳定情况[7-8]。故采用冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验相结合的方式来评价沥青混合料水稳定性。各类型混合料水稳定试验结果见表6和表7。

表5 混合料性能试验内容汇总表

表6 不同混合料的残留稳定度性能试验结果

表7 不同混合料的冻融劈裂试验结果

表6和表7数据分析表明:（1）随着铣刨料比例的增加，混合料的水稳定性呈下降的趋势。沥青混合料抗水损害性能主要与沥青的粘附性等因素有关。由于旧料的掺入，再生沥青混合料中的沥青老化，胶结料粘附性能会有所降低，致使再生沥青混合料抗水损害性能降低[9]。（2）铣刨旧料的掺入对厂拌热再生混合料的试验结果存在一定程度的影响，但评价指标满足相关技术要求，这说明在合适的旧料比例下，厂拌热再生路面仍具有一定的抗水损害性能。

2.2.2 高温性能分析

沥青混合料在行车荷载的重复作用下，由于永久变形的累积而导致路表面出现车辙。车辙试验方法对沥青路面车辙形成过程的模拟性好，采用车辙试验作为厂拌热再生沥青混合料高温稳定性的评价方法[10]。试验数据见表8。

表8 不同混合料的动稳定度试验结果

试验结果表明：随着旧沥青混合料用量的增加，动稳定度呈逐渐增大的趋势，主要源于沥青材料本身特性对混合料高温性能有较大的影响。由于再生混合料中加入了旧料，旧料中的沥青经过了长期的使用而高温粘度变大、劲度增加，抗高温变形能力增强，进而导致再生混合料的高温稳定性能得到一定的增强。

2.2.3 低温抗裂性分析

我国一般采用低温小梁弯曲试验来研究沥青混合料的低温性能，通过规定温度和加载速率时混合料弯曲破坏的力学参数——破坏弯拉应变来评价沥青混合料的低温抗裂性能，试验温度-10 ℃[11]。试验结果见表9。

表9 不同混合料的小梁弯曲试验结果

分析低温弯曲试验结果可得如下结论：

（1）再生沥青混合料随着旧料掺配率的增加，弯曲劲度模量逐渐增大，而破坏应变逐渐减小。数据表明，再生料的低温抗裂性能随着旧料掺配率的增大而逐渐降低。主要源于旧料中的沥青在长期使用过程中，由于温度、光照等原因变脆变硬，软化点提高、黏度和劲度增大，塑性会有所降低，进而导致在低温条件下，再生混合料在受到荷载作用时，更容易发生开裂破坏。

（2）再生混合料低温性能不如常规新拌沥青混合料，但是在旧料比例为15%以下时，其破坏弯拉应变满足规范要求。这表明，该比例下厂拌热再生混合料仍然具有一定的低温抗裂性。鉴于上面层直接暴露在空气中，为了保证上面层厂拌热再生的低温性能，不宜采用过高的旧料掺量。

3 厂拌热再生沥青路面实际应用效果评价

3.1 现场检测方案

为更好地研究厂拌热再生沥青路面的使用性能，于2016年10月在镇江某养护大中修工程进行了试验路铺筑工作（试验路面方案见表10），并对试验路面进行了现场检测，主要检测指标为抽提筛分（级配）、芯样压实度、渗水系数、摩擦系数以及构造深度等，以评价厂拌热再生沥青路面实际应用效果[12]。各指标检测结果见表11～14。

表10 试验路面方案

表11 SMA-13（掺量10%）厂拌热再生混合料抽提结果

表12 SMA-13（掺量15%）厂拌热再生混合料抽提结果

表13 厂拌热再生SMA-13路面压实度检测结果

表14 厂拌热再生SMA-13现场检测结果汇总表

3.2 试验路段检测结果分析

（1）室内抽提试验

通过现场取回的厂拌热再生SMA-13（掺量10%）和（掺量15%）沥青混合料进行抽提筛分试验。

由表11和表12可看出，厂拌热再生SMA-13（掺量10%）和（掺量15%）沥青混合料抽提筛分结果均满足施工技术要求。

（2）厂拌热再生SMA-13路面现场检测

现场对试验路段的压实度、渗水系数、摩擦系数、构造深度指标进行检测。

由现场检测数据表明：旧混合料掺量为10%和15%的厂拌热再生SMA-13路面施工质量较好，压实度、渗水系数、摩擦系数、构造深度等各技术指标均满足相关规范要求，达到了试验路的预期效果。

4 结语

厂拌热再生路面是一种经济合理、技术可行且具有良好路用性能的结构形式。本文对3种不同旧料掺配比例SMA-13再生混合料进行了配合比设计，再分别对水稳定性、高温稳定性及低温抗裂性能进行了对比试验，综合评价路面的路用性能。在此基础上，对试验路段进行了现场检测，数据表明各评价指标均满足相应技术要求。通过对上面层SMA-13厂拌热再生技术研究，进一步拓宽了厂拌热再生技术的应用范围，为后期在江苏省推广应用提供了技术支撑。

参考文献

[1]田国富，赵志强.沥青路面厂拌热再生的原理与施工工艺研究[J].交通标准化，2009（1）：23-24.

[2]姚岢，黎侃.厂拌热再生沥青路面施工质量控制技术[J].广东公路交通，2011（114）：21-22.

[3]倪富健，李健，袁芮.沥青路面厂拌热再生RAP高掺量的实现措施研究[C]∥江苏省公路学会2014年学术年会论文集，2014：8-10.

[4]程强.厂拌热再生沥青路面施工质量控制探讨[J].交通世界，2016（10）：100-102.

[5]S. Diefenderfer，H. Nair. Evaluation of High RAP Mixture Production，Construction，and Properties[J].Transportation Research Board，Washington，DC.，2014.

[6]Andrea Grilli, Edoardo Bocci, Maurizio Bocci. 8th RILEM International Symposium on Testing and Characterization of Sustainable and Innovative Bituminous Materials[J]. 2016：953-964.

[7]毛文华.废旧沥青混合料厂拌热再生利用研究[D].西安：长安大学，2014.

[8]王峻.厂拌热再生沥青混合料在面层应用的研究[D].大连：大连理工大学，2013.

[9]于玲，刁家栋，杨彦海.沥青路面厂拌热再生技术的使用性能评价与研究[J].中外公路，2014，34（2）：65-67.

[10]何柳.厂拌热再生沥青混合料施工工艺及质量控制探讨[J].公路交通技术，2016（2）：43-45.

[11]JTG E20—2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].

[12]袁耀波.不同RAP掺配比例厂拌热再生沥青混合料路用性能研究[J].公路与汽运，2016（6）：151-153.