添加废旧机油预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料路用性能与耐久性研究

高建清

(1.中交一公局第五工程有限公司, 河北 廊坊 065201； 2.河北工业大学 公路交通基础设施可持续发展国际合作联合实验室， 天津 300404)

截止2018年底，我国公路总里程已经达到了478万km，其中高速公路里程突破14万km，我国公路网和高速公路网规模已经位居世界前列，与此同时，路面维修养护产生的废旧路面材料问题已经成为制约公路行业可持续发展的重要问题[1-3]。泡沫沥青冷再生技术是一种路面维修的重要方式，不仅可以恢复路面性能，还可以充分发挥废旧沥青路面材料(Recycled Asphalt Pavement Material， RAPM)的“残留强度”和“剩余价值”，促进RAPM的循环利用，保护生态环境、降低材料成本；相比热再生技术，泡沫沥青冷再生技术具有RAPM利用率高、施工便捷等优势，因而受到工程界和学术界广泛关注，国内研究也较多。近年来，国内外学者从原材料组成设计、配合比设计方法、微细观强度形成机理与破坏机理、施工性能、路用性能、耐久性能及实体工程跟踪检测等方面深入研究了泡沫沥青冷再生混合料的技术性能。王宏[4-7]等研究了试件成型方式、养生温度、养生方式、水泥和泡沫沥青等原材料组成对泡沫沥青冷再生混合料微细观空隙结构和集料分布状况的影响，通过测试泡沫沥青分散性状与实体工程跟踪检测，揭示了泡沫沥青冷再生基层(下面层)的强度形成机理与破坏机理。徐金枝[8-10]等从原材料组成角度揭示了材料组成、矿料级配等因素对泡沫沥青冷再生混合料力学性能、高低温路用性能、抗松散性能和长期抗变形能力的影响，为泡沫沥青冷再生混合料推广应用提供了有益指导。郝培文[11]、李志刚[12-14]、刘娜[15]等[16-17]基于室内试验研究了泡沫沥青冷再生混合料养生方式、试件成型方式及干湿与冻融循环作用对泡沫沥青冷再生混合料配合比设计方法、抗剪切性能与微观空隙结构的影响，并借鉴南非TG2规范提出了基于振动成型的泡沫沥青冷再生混合料三阶段配合比设计方法，为确定泡沫沥青冷再生混合料合理的配合比设计方法基于提供了理论依据。KIM Y[18-19]、YAN J[20]等基于数字图像处理技术揭示了泡沫沥青分散性状对冷再生混合料干湿劈裂强度的影响机理，同时开展了泡沫沥青冷再生混合料现场的使用性能跟踪检测。

上述相关研究成果为泡沫沥青冷再生技术在国内外的推广应用奠定了良好的基础，但是已有研究只是将RAPM作为“黑色集料”对待，RAPM的利用仅限于作为集料，RAPM中老化沥青并没有发挥黏结力作用，老化沥青仅是再利用并没有实现RAPM表面老化沥青的再生，没有发挥老化沥青应有的价值，造成沥青资源浪费。针对上述问题，考虑冷废旧机油轻质组分居多，有渗透、还原、再生老化沥青功能，本文提出在泡沫沥青冷再生混合料中添加适量机动车回收废旧机油，在拌和阶段首先将废旧机油与RAPM进行预拌，以达到软化老化沥青、恢复老化沥青黏结力，从而增强冷再生混合料黏聚力、改善路用性能，同时节省材料成本的目的。

1 预拌工艺与试验方案

1.1 原材料性能

回收沥青路面材料(RAPM)取自G1817乌巴一级路改高速项目，老路沥青混凝土层厚度为16cm(4cm厚SBS改性AC-13沥青混凝土+5cm厚SBS改性AC-20沥青混凝+7 cm厚AC-25沥青混凝土)，道路已经服役了6 a，RAPM由冷铣刨后获取，经二次破碎、筛分后分0～5、5～10、10～20、20～30mm共4档存放，RAPM性能测试见表1，筛分试验结果见表2。粗集料采用10～25mm石灰岩碎石，针片状含量9.3%、压碎值18.6%、洛杉矶磨耗损失22.7%、毛体积相对密度2.708。细集料采用0～3mm机制砂，砂当量82%、棱角性流动时间35s，表观相对密度2.711。基质沥青为克拉玛依90#A级道路石油沥青，基质沥青25℃针入度85.3(0.01mm)，软化点47.9℃，针入度指数PI为-1.35，15℃延度大于100cm，基质沥青各项性能满足JTG F41-2004规范要求。按照JTG F41-2008附录E泡沫沥青发泡试验确定克拉玛依基质沥青的最佳发泡温度为165℃，最佳发泡用水量为2.0%，泡沫沥青的膨胀率19(倍)、半衰期24s。废旧机油为山东东营废油回收公司将机动车保养换油置换出来的费油经沉淀、蒸馏、过滤得到的去杂质机油，常温下外观为黑色黏稠液体，60℃黏度116cst，饱和分含量小于30%。采用PO42.5普通硅酸盐水泥，水为饮用自来水。

表1 RAPM性能Table 1 RAPM performance类别RAPMRAPM料的组成含水率/%0.075 mm通过百分率变异性1/%变异性2/%超粒径颗粒(>31 mm)含量/%沥青含量/%沥青粗集料细集料针入度/(0.1 mm)60 ℃黏度软化点/℃15 ℃延度/cm压碎值/%针片状颗粒含量/%棱角性、流动时间/s2.36 mm以下砂当量试验结果 0.31.12.41.44.447.128568.74.618.45.84557规范要求<2.0±2.0±5.0<5.0实测实测实测实测实测<30<20.0>30>55

表2 RAPM料燃烧前后矿料级配Table 2 Mineral grading before and after burning of RAPM material筛孔/mmRAPM料/%燃烧后/%筛孔/mmRAPM料/%燃烧后/%26.50100.0100.02.36034.444.919.0094.5100.01.18024.038.616.0088.794.20.60017.026.413.2080.591.00.30011.717.89.5076.882.70.1507.112.14.7545.753.30.0754.17.9

1.2 泡沫沥青冷再生混合料配合比设计

根据新旧集料筛分试验结果，以满足JTGF41-2008中粒式泡沫沥青冷再生混合料工程设计级配范围为要求，确定10～25 mm(新集料)、0～3 mm(新集料)、0～5 mm(RAPM)、5～10 mm(RAPM)、10～20 mm(RAPM)、20～30 mm(RAPM)掺配比例为10∶3∶41∶25∶12∶9，RAPM掺量为87%，合成级配见表3。按照修正马歇尔试验确定泡沫沥青冷再生混合料最佳拌和用水量为5.7%、最佳泡沫沥青用量为2.9%。最佳泡沫沥青用量下的泡沫沥青冷再生混合料劈裂强度为0.53MPa，空隙率12.7%，马歇尔密度2.257g/cm3，干湿劈裂强度比88.9%、冻融劈裂强度比84.3%，满足JTG F41-2008设计要求。

表3 中粒式泡沫沥青冷再生混合料矿料级配Table 3 Granular foamed asphalt cold recycled mixture mineral gradation筛孔/mm合成级配%规范要求%筛孔/mm合成级配%规范要求%26.50100.01002.36034.430～5519.0094.590-1000.30011.710～309.5076.860～850.0754.16～204.7551.735～65

1.3 制备工艺

根据老化沥青再生的“相容性理论”、“组分调节理论”，废旧机油有一定稀释、渗透功能，能够提高RAPM老化沥青中的芳香分含量、降低沥青质的相对含量、实现沥青组分配比的协调，改善老化沥青的流变特性，从而使老化沥青获得黏结力，废旧机油预拌增强技术优势在于其对老化RAP中的老化沥青性能改善和发挥老化沥青黏结力作用。基于废旧机油预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料的技术原理，在拌和泡沫沥青冷再生混合料前先将废旧机油加入到RAPM中，加入2%拌和用水量，以500rad/min速率匀速搅拌3～5min，常温焖料30min，使废旧机油与RAPM充分接触。接着加入新集料和1.5%水泥，搅拌90s，加入剩余3.7%拌和用水，搅拌90s，边搅拌边喷入泡沫沥青，搅拌120s，完成泡沫沥青冷再生混合料拌和。采用双面各击实50次成型马歇尔试件，采用 “50+25”成型马歇尔试件，主要考虑到加铺上层沥青混凝土层时压路机的二次碾压作用。将马歇尔击实后的试件不脱模在40℃环境箱中加速养生72h，然后取出马歇尔试件，趁热再双面各击实25次，待试件冷却后完成试件制备。

1.4 试验方案

采用本文1.2所述预拌工艺，试验研究变化废旧机油掺量为RAPM质量的0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%，基于劈裂强度试验、抗压强度试验、贯入剪切试验、马歇尔试验和动态压缩模量试验研究废旧机油预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料的强度特性，通过低温弯曲试验、60 ℃车辙试验、浸水马歇尔、冻融劈裂试验四点弯曲试验和室内加速加载试验研究废旧机油预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料的路用性能和耐久性能。

2 废旧机油预拌增强型沥青混合料强度特性

2.1 劈裂强度试验

试验采用标准马歇尔试件，加载速率为50 mm/min，试验温度为15 ℃，湿劈裂强度试验方法、步骤按照JTG F41-2008相关要求进行，试验结果见表4。

表4 劈裂强度试验结果Table 4 splitting strength test results废旧机油掺量/%劈裂强度/MPa湿劈裂强度/MPa干湿劈裂强度比/%0.00.5300.52488.90.50.6850.65592.31.00.7230.70595.61.50.7520.74797.52.00.7960.77599.32.50.7120.66597.3规范要求>0.500—>75.0

由表4可见，掺加0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%废旧机油后，废旧机油预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料的干劈裂强度增大了29.2%、36.4%、41.9%、50.2%、34.3%，湿劈裂强度增大了25.2%、34.5%、42.6%、47.9%、26.9%，废旧机油预拌增强泡沫沥青冷再生混合料的干湿劈裂强度比也明显大于普通泡沫沥青冷再生混合料。随着废旧机油掺量增大，干、湿劈裂强度均先增大后减小，在废旧机油掺量为1.5%～2.0%时，劈裂强度达到峰值，因此用于泡沫沥青冷再生混合料的适宜废旧机油掺量在2.0%左右。分析其原因，一方面，在试件成型和养生阶段，废旧机油起到了还原老化沥青作用，老化沥青性能改善和发挥老化沥青黏结力作用，从而泡沫沥青混合料内部的泡沫沥青砂浆与RAPM之间的界面黏附强度和泡沫沥青砂浆之间的黏结强度有明显提高，随着废旧机油掺量增大，废旧机油的溶解、稀释、渗透作用能够还原的老化沥青数量和侵入老化沥青砂浆的深度都有增加，宏观表现为劈裂强度增大；另一方面，普通冷再生混合料在拌和阶段泡沫沥青只是选择性与细集料尤其是和矿粉接触，加入废旧机油，能够在新集料和矿粉表面形成一定厚度油膜，在拌和过程更有利于集料与泡沫沥青接触，从而使得泡沫沥青分散的更加均匀，泡沫沥青的“焊点”更多，这对强度有利。但是废旧机油溶解再生老化沥青的能力有限，随着废旧机油掺量的进一步增大，没有与老化沥青发生组分调节的自由废旧机油，在试件受荷时起到了润滑、软化界面作用，反而对劈裂强度有负面影响。

2.2 马歇尔稳定度试验

参照JTG E20-2011进行马歇尔试验，结果如下：选取0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%废旧机油掺量,得出相对应的马歇尔稳定度6.3、7.4、8.2、8.8、9.4、8.3 kN；其规范要求值为大于6 kN。

可见，随着废旧机油掺量的增大，马歇尔稳定度值先增大后减小，在掺废旧机油掺量为2%时马歇尔稳定度达到最大，0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%废机油掺量下，预拌增强型泡沫沥青冷再生的马歇尔稳定度比普通泡沫沥青冷再生混合料增大了17.5%、30.2%、39.7%、49.2%、31.7%。废机油掺量为1.0%～2.5%，废机油预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料的马歇尔稳定度大于8 kN，满足JTG F40-2004热拌沥青混合料的马歇尔稳定度要求。

2.3 贯入剪切试验

贯入剪切强度试验方法及试验数据处理严格参照JTG D50-2017附录F进行，采用旋转压实成型直径100 mm、高100 mm圆柱体试件，试验加载速率1 mm/min，温度为60 ℃，贯入应力系数取0.34，试验结果如下：选取0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%废旧机油掺量，得出相对应的贯入剪切强度0.74、0.86、0.94、1.06、0.96、0.81 MPa。

贯入剪切试验结果表明，随着废旧机油掺量增大，预拌增强型沥青混合料的贯入剪切强度先增大后减小，0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%废机油掺量下，预拌增强型泡沫沥青冷再生的贯入剪切强度比普通泡沫沥青冷再生混合料增大了16.2%、27%、43.3%、29.7%、9.5%，在废旧机油掺量为1.5%时贯入剪切强度达到最大值，在1.0%～2.0%废旧机油掺量下，废旧机油预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料的贯入剪切强度约为1.0 MPa，可达到热拌沥青混合料的贯入剪切强度水平。废旧机油预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料的贯入剪切强度大于普通泡沫沥青冷再生混合料，分析其原因，废旧机油对老化沥青的渗透、溶解、软化、再生作用，恢复了老化沥青的黏结力，老化沥青恢复黏结力后起到次级结合料作用，提高了泡沫沥青冷再生混合料内部的黏结强度，随着废旧机油掺量增大，被废旧机油还原的老化沥青数量越多，同时废旧机油渗透老化沥青的深度越大，对泡沫沥青冷再生混合料黏聚力改善效果越明显；废旧机油在新集料表面形成油膜裹附，改变了泡沫沥青选择性与填料黏附接触状态，提高了泡沫沥青与粗集料的黏附性。当再生沥青的数量达到饱和后，进一步增大废旧机油掺量，RAPM表层老化沥青及泡沫沥青被过渡软化，沥青胶结料因黏度显著降低而不能发挥黏结力作用，且处于游离状态的废旧机油在集料表面形成富油层，对受荷时结构面滑移起到了润滑作用，反而削弱了集料之间的骨架嵌挤作用。

2.4 动态回弹模量试验

回弹模量是计算路面结构的基础力学参数，为了更加真实地模拟路面结构在行车荷载作用下的受力状况，试验采用美国公路战略研究计划(SHRP)推荐的SPT系统进行动态模量试验。动态模量试验按照AASHTO TP62标准进行，试件尺寸为100mm×150mm(直径×高)，试验温度为20℃，加载频率为5、10、25Hz，围压138kPa，试验结果见表5。

表5 动态回弹模量试验结果Table 5 Dynamic resilience modulus test results加载频率/Hz以下废旧机油掺量(%)动态回弹模量/MPa00.51.01.52.02.553 4853 2383 0982 7542 6572 459104 4773 9883 7253 4223 2093 077255 6355 1674 9874 4444 2203 965

表5动态回弹模量试验结果表明，随着试验加载频率增大，各泡沫沥青冷再生混合料的动态回弹模量增大，加载频率由5Hz增加至10Hz、5Hz增加至25Hz，0.5%～2.5%废旧机油预拌泡沫沥青冷再生混合料的动态回弹模量增大了20%、50%以上，20℃试验温度下，废旧机油预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料在5、10、25Hz加载条件下的动态模量约为2400～3200、3000～4000、4000～5000MPa，普通泡沫沥青冷再生混合料在5、10、25Hz加载条件下的动态模量为3485、4477、5635MPa，研究成果为泡沫沥青冷再生层结构计算选取动态模量提供借鉴。相同加载频率，随着废旧机油掺量增大，泡沫沥青冷再生混合料动态回弹模量呈线性关系降低(见图1)，拟合优化度R2大于0.95，加载频率5、10、25Hz，掺加0.5%～2.5%废旧机油的预拌增强型泡沫沥青比普通泡沫沥青冷再生混合料动态模量降低了7.1%～29.4%、10.9%～31.3%、8.3%～29.6%。分析其原因，废旧机油通过溶解、软化老化沥青使泡沫沥青砂浆与RAPM界面黏结更稳定，废旧机油掺量越大，沥青柔性粘结料数量增多，泡沫沥青冷再生混合料柔性提高。

图1 动态回弹模量试验结果Figure 1 Dynamic resilience modulus test results

3 废旧机油预拌增强型沥青混合料路用性能

采用车辙试验评价废旧机油预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料的高温稳定性。试验方法按照JTG E20-2011中T079-2011试验方法，结果见表6。采用低温弯曲试验和低温SCB试验综合评价废机油预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料的低温性能，低温弯曲试验按照JTG E20-2011中T0728-2000试验方法进行，试验结果见表7。按照JTG E20-

本文从中证指数有限公司官网收集了中证阿拉善生态主题100指数（CSI AEF Ecology 100 Index，指数代码：399817）的成分股作为样本股，2018年第一季度（报告期为2018-3-31）各支股票的上市公司的财务数据均来源于巨潮资讯网的数据库，考虑到数据缺失、公司体量差异较大、公司信息披露不完全等问题，剔除了17支成份股，保留62支成份股，确定样本容量为62。

表6 车辙试验结果Table 6 Rutting test results废旧机油掺量/%车辙试验动稳定度/(次·mm-1)加载60 min车辙变形量/mm0.04 5691.8940.55 438 1.7541.05 548 1.7121.55 6691.6992.05 269 1.7832.54 849 1.812

2011中浸水马歇尔试验(T0709-2011)和冻融劈裂试验(T0729-2000)综合评定废机油预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料的水稳定性，试验结果见表8。

表8 水稳定性试验结果Table 8 Water stability test results废机油掺量/%冻融劈裂强度试验浸水马歇尔试验冻融后ITS/MPaTSR/%浸水后马歇尔稳定度/kNMS00.00.4584.35.689.30.50.6594.57.297.51.00.6995.68.198.81.50.7498.38.799.42.00.7999.29.399.32.50.6996.48.298.2

由表6可知，泡沫沥青冷再生混合料的动稳定度达到了4 500次/mm以上，掺加废旧机油能明显提高泡沫沥青冷再生混合料的车辙试验动稳定度，同时降低了车辙变形量。掺加0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%废旧机油后，预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料的动稳定度比普通泡沫沥青冷再生混合料增大了19%、21.4%、24.1%、15.3%、6.1%，废旧机油预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料的动稳定度达到了5 000次/mm，表现出了优良的高温稳定性。随着废旧机油掺量增大，预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料的动稳定度先增大后减小，在废旧机油掺量为1.5%时动稳定度达到最大值。分析其原因，废旧机油恢复了老化沥青的黏结力，使老化沥青具有一定黏结强度，但也增加了泡沫沥青砂浆和RAPM的感温性，当后者的劣化作用大于前者时，泡沫沥青冷再生混合料的高温抗变形能力将减弱。

由表7可知，泡沫沥青冷再生混合料弯拉强度3.44 MPa、弯曲应变1 198 με，弯拉强度和弯曲应变约为热拌沥青混合料的三分之一。掺加0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%废旧机油后，预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料的弯拉强度比普通泡沫沥青冷再生混合料增大了28.2%、35.8%、42.2%、51.7%、38.1%，弯曲应变增大了25%、47.2%、58.1%、59.6%、52.9%，随着废旧机油掺量增大，预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料弯拉强度、弯曲应变均先增大后减小，在废旧机油掺量达到1.5%～2.0%时弯拉强度与弯曲应变达到最大值。分析其原因，废旧机油的再生、软化老化沥青作用，一方面提高了泡沫沥青冷再生混合料的黏结力和增加了泡沫沥青的分散均匀性，保障了泡沫沥青的有效分散和冷再生混合料的有效压实；另一方面，RAPM表面的老化沥青被还原后，沥青的劲度减小、柔韧性增强，柔性粘结材料数量增多，冷再生混合料整体柔性、抗变形能力得到明显提高，低温性能得到改善。

由表8可知，普通泡沫沥青冷再生混合料的浸水马歇尔残留稳定度大于85%，冻融劈裂强度比大于80%，掺加0.5%～2.5%废旧机油后，预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料的冻融劈裂强度比大于90%，浸水马歇尔残留强度大于95%，表现出了优良的水稳定性。

4 废旧机油预拌增强型沥青混合料耐久性能

4.1 四点弯曲疲劳试验

试验方法按照JTG E20-2011中T0739-2011四点弯曲疲劳试验进行，试验温度15 ℃，加载频率10 Hz，采用恒应变控制的连续偏正弦加载模式，试件尺寸(长度×厚度×宽度)380 mm×50mm×63.5 mm，试验采用400、600、750、1000 με 该4个应变水平，试验终止条件为弯曲劲度模量降低到初始弯曲劲度模量50%对应的加载循环次数。本次疲劳试验选择的废旧机油掺量为0.5%、1.5%、2.5%，基准组为普通泡沫沥青冷再生混合料，不同应变水平下的疲劳寿命、累积耗散能试验结果见表9。

表9 四点弯曲疲劳试验结果Table 9 Four-point bending fatigue test results废旧机油掺量/%初始劲度模量/MPa不同应变水平(με)疲劳寿命/次不同应变水平(με)累积耗散能/(J·m-3)3004006001 0003004006001 0000.04 694330 984130 43959 54013 685175 41356 89411 5685 6750.54 139449 825208 78099 84824 736220 80071 84631 1768 3801.53 920659 973310 844166 80053 056)454 389223 78696 73465 4782.53 439520 984240 946111 93437 656324 568165 76865 47811 576

由表9可见，各应变水平条件下，废机油预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料的疲劳寿命、耗散能大于普通泡沫沥青冷再生混合料，随着废旧机油掺量增大，预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料初始劲度模量持续减小，掺加0.5%、1.5%、2.5%废旧机油的泡沫沥青冷再生混合料初始劲度模量降低了11.8%、16.5%、26.7%。在300、400、600、1000με应变水平下，废旧机油预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料疲劳寿命增大了35.9%～99.4%、60.1%～138.3%、67.7%～180.1%、80.8%～287.7%，累积耗散能增加了25.9%～159.1%、26.3%～293.3%、169.6%～736.2%、47.7%～155.3%，应变水平越大，预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料的疲劳寿命和累积耗散能提高幅度越大，在废旧机油掺量为1.5%时，预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料的疲劳寿命、累积耗散能在各应力强度均达到最大值，表现出了优良的抗疲劳耐久性能。

采用疲劳寿命(Nf)、累积耗散能(Wf)与应变的双对数拟合方程参数表征泡沫沥青冷再生混合料疲劳性能，由图2可见，疲劳方程的负线性拟合优化度R2大于0.95，采用耗散能和疲劳荷载作用次数均能评价泡沫沥青冷再生混合料的疲劳特性。疲劳方程斜率的绝对值越大，表明疲劳寿命对应变水平的变化越敏感，增大应变水平后疲劳寿命衰减幅度越大，拟合方程截距越大，表明疲劳曲线线位越高，相同应变水平下相应的疲劳寿命越大。掺加0.5%、1.5%、2.5%废旧机油后，废机油预拌增强型泡沫沥青冷再混合料疲劳寿命拟合方程截距为25.213、27.324、26.449，比普通泡沫冷再生混合料增大了1.1%、9.6%、6.1%，疲劳方程斜率绝对值为2.356、2.033、2.141，比普通泡沫沥青冷再生混合料减小了8.4%、20.9%、16.7%。累积耗散能在掺加0.5%、1.5%、2.5%废旧机油后，拟合方程截距比普通泡沫冷再生混合料增大了3.0%、7.1%、4.4%，斜率减小了10.1%、18.9%、13.1%，由此可见，废旧机油预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料有疲劳性能更优，疲劳寿命累积耗散能对应变水平变化的敏感程度更低，更具有耐久性。

4.2 MMLS1/3试验

采用南非进口的MMLS1/3试验设备模拟行车荷载对预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料的疲劳损伤作用。试验变化0%、0.5%、1.5%、2.5%废旧机油掺量，采用旋转压实成型直径150 mm、高100 mm试件，按照MMLS1/3试模尺寸切割标准试件，试件厚80 mm，试验温度60 ℃，接地压强0.7 MPa，试验胶轮加载速率6000次/mm，相当于实际车速7.2 km/h，不同加载次数下轮迹正下方的车辙深度发展规律试验结果见图3。

(a) 疲劳寿命

(b) 累积耗散能

图3 MMLS1/3加速加载试验结果Figure 3 MMLS1/3 accelerated loading test results

由图3试验结果可知，随着试验轮荷载作用次数增大，泡沫沥青冷再生混合料车辙深度持续增大，而车辙发展速率不断减小，加载10万次前，车辙深度随加载次数增大而快速增加，分析以为此阶段为车辙变形量主要源于压密变形，在加载10万次的车辙深度为加载135万次时的50%，泡沫沥青冷再生压密变形所产生的永久变形约为总车辙深度的50%，分析认为，这是泡沫沥青冷再生混合料空隙率大所致，在压密变形阶段末，废旧机油预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料车辙变形量略小于普通泡沫沥青冷再生混合料，这可能是掺加废旧机油保障了泡沫沥青的有效分散和冷再生混合料的有效压实，混合料密实度有所提高。加载次数超过20万次以后，随着加载次数增大，车辙深度增加速率趋于稳定，泡沫沥青冷再生混合料车辙发展进入剪切稳定阶段，0%、0.5%、1.5%、2.5%废旧机油掺量下，泡沫沥青冷再生混合料蠕变稳定阶段的车辙发展速率依次为0.0294、0.026 7、0.207、0.0241mm/万次，可见废旧机油预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料的抗永久变形性能优于普通泡沫沥青冷再生混合料，掺加适量废旧机油能够显著降低车辙发展速率，在1.5%废旧机油掺量下的预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料抵抗永久变形能力最优，掺加2.5%过多的废旧机油掺量反而会对高温长期稳定性有劣化影响。加载136万次后，0%、0.5%、1.5%、2.5%废旧机油掺量下泡沫沥青冷再生混合料车辙变形量分别为10.1、9.2、6.8、8.1mm，此时试件仍未有明显开裂和松散现象，表现出了良好稳定性。

对加载次数(自变量x)与车辙变形量(因变量y)进行回归拟合分析，拟合方程见表10。

表10 MMLS1/3试验车辙变形量与加载次数拟合方程Table10 MMLS1/3 test rutting deformation and loading times fitting equation废旧机油掺量/%拟合方程y=A×ln(x+B)+C拟合优化度R20.0y=1.783×ln(x+0.535)+1.3450.9930.5y=1.465×ln(x+0.319)+0.8640.9881.5y=1.244×ln(x+0.218)+0.6640.9912.5y=1.681×ln(x+0.408)+0.9450.989 注: x为加载次数,万次; y为车辙变形量,mm。

由表10可见，加载过程中车辙深度随加载次数增大呈对数关系增大，满足y=A×ln(x+B)+C预测模型，拟合优化度R2大于0.95，因此可采用对数模型对MMLS1/3试验过程中的车辙深度发展规律进行预测，式中A值越大，相同加载次数下车辙深度越快、蠕变速率越大，相应的车辙深度变化对加载次数越敏感，B、C值越大，相同加载次数下的车辙深度越大，拟合参数A、B、C越大，泡沫沥青冷再生混合料的长期高温稳定性越差，服役期间越容易产生永久变形，因此掺加1.5%废旧机油的预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料在高温持续荷载作用下的稳定性最优。

5 结语

a.随着废旧机油掺量增大，预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料的干、湿劈裂强度、贯入剪切均先增大后减小，在废旧机油掺量为1.5%～2.0%时劈裂强度、贯入剪切强度达到峰值，动态回弹模量随废旧机油掺量增大而减小。

b.废旧机油预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料的动稳定度达到了5000次/mm，冻融劈裂强度比大于90%，浸水马歇尔残留强度大于95%，表现出了优良的高温稳定性和水稳定性，随着废旧机油掺量增大，预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料弯拉强度、弯曲应变、车辙试验动稳定度均先增大后减小，在废旧机油掺量达到1.5%～2.0%时高低温性能最佳。

c.废旧机油通过溶解、软化老化沥青使泡沫沥青砂浆与RAPM界面黏结更稳定，添加适量废旧机油，显著提高了泡沫沥青冷再生混合料的黏结力和增加了泡沫沥青的分散均匀性，保障了泡沫沥青的有效分散和冷再生混合料的有效压实，使泡沫沥青冷再生混合料整体柔性、抗变形能力得到明显提高，低温性能得到改善。

d. 掺加适量废旧机油能够显著降低泡沫沥青冷再生混合料车辙发展速率，在1.5%废旧机油掺量下的预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料抵抗永久变形能力最优，掺加2.5%过多的废旧机油掺量反而会对高温长期稳定性有劣化影响。综合考虑，建议预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料适宜的废旧机油掺量为1.5%。