高掺量厂拌热再生沥青混合料路用性能应用研究

（江苏瑞沃建设集团有限公司总工室，江苏扬州 225600）

随着路桥工程的建设，为了满足可持续发展要求，推进公路建设的节约化、生态化进程。其中再生沥青混合料（RAP）是一种回收利用旧沥青路面后，将其重新和新的集料、沥青材料与再生剂等按照一定比例进行有效拌制构成的全新沥青混合料，具有可循环再生利用的优势，符合可持续发展战略下路桥行业发展需求。特别是当前国内许多沥青路面已经逐步进入改扩建或大中修阶段，制造了许多的废料和旧料，使得RAP的推广和应用具有非常重要的价值。但是为了确保RAP应用的质量，必须要对其选料以及施工配合比进行优化设计。

1 工程概况

在本次研究中主要涉及的工程主要为京港澳高速公路中磁县到石家庄段的公路改扩建工程，是京港澳地区河北段的重要组成部分。由于在1997年建成之后，相应地区的交通运输产业得到了迅猛发展，交通量持续增加，使得相应路段的高速公路通行能力无法满足实际的交通增长需求，此时必须对相应的道路进行改扩建。

2 旧料老化情况分析

对旧道路沥青路面中的混合料进行再生的过程实际上就是对混合料出现老化反应的逆转过程，所以为了更好地恢复其良好的使用性能，有必要提前深入、有效分析这些已经出现老化问题的沥青混合料。在本次研究中，针对RAP的设计依据主要包括如下两个方面：

（1）RAP沥青性质分析。旧公路工程沥青路面的混合料是影响后续RAP掺配比的一个重要因素，主要体现在沥青含量、黏度、变异性以及其“三大指标”。在对旧沥青混合料中的沥青进行检测期间可以应用抽提法进行提取，具体需要首先通过抽取操作确定油石比，之后利用阿布森处理获取旧沥青混合料中的沥青成分，并对其延度、黏度、针入度以及软化点等几个指标进行评价和测试，这样就可以对旧沥青实际老化状况进行有效评价。

基于上述的检测手段与技术指标，对本次工程路段当中的旧沥青混合料开展抽提处理得到沥青后，测定沥青基本技术指标以及油石比等，旧料沥青的延度与针入度出现了显著降低变化，相应的软化点则出现了升高情况，这表明沥青混合料在长时间老化作用下的饱和酚、芳香酚的相应含量都出现下降变化趋势，大幅度削弱了沥青的低温性能，沥青质与胶质含量的增加改善了沥青的高温性能。而抽提得到的沥青本身已经发生了脆化与硬化问题，旧沥青低温性能指标显然已经无法满足相关规范的要求，为了更好地恢复其使用性能，就需要有针对性地恢复其低温性能。

（2）RAP矿料级配分析。通过回收工程项目中的旧沥青混合料可知，无论是采取挖除或铣刨处理，包括后期的破碎处理，这些操作都会改变沥青混合料的粗集料性质，所以必须仔细地检测相应粗集料的使用性能。根据旧沥青混合料中的实际矿料变化，可以针对性选择适宜的新混合料掺加量，使RAP中的新旧矿料更好地保持良好的搭配比，增加整体的强度与使用性能。

通过对旧沥青混合料中的骨料级配进行分析，可以借助离心分离法分离矿质集料与旧沥青路面材料结合料，筛分处理抽提处理生成的矿料，配合常规使用性能的检测分析可以对矿料的实际级配构成情况进行确定。

通过研究可知，回收本次公路工程中的旧沥青混合料中粒径为9.5、13.2和16 mm的集料出现显著减少的变化趋势，而粒径为1.18、2.36和4.75 mm的集料出现显著增加的变化趋势，即矿料本身的级配发生了细化变化。究其根本原因，主要体现在以下几个方面：其一，公路长期承受汽车的行车荷载作用；其二，铣刨机的刀头对旧公路的沥青路面造成了比较严重的切削破坏；其三，铣刨料的过程中损坏了集料。由此可知，本次研究中的回收料本身级配比较差，在其中添加全新的集料期间要注意对其级配进行合理调整，保证所调配的RAP满足使用规范和要求。

3 厂拌热再生配合比设计

3.1 RAP掺配比设计

基于RAP的抽提操作和检测分析可知，旧沥青混合料中的沥青针入度达到了28.6，为了保证同原路面采用同样的沥青，本次研究中选择的沥青标号为70#A，同时为了可以更好地实现对高层位再生沥青混合料的实际应用效果进行探究的目标，本次研究中决定再生原公路沥青路面的中面层。为了对不同再生掺配比下的实际路面应用效果进行确定，再生沥青混合料的掺配比分别控制在20%、30%和40%。

初步确定了再生方案：选择新的沥青材料的针入度为70，再生掺配比控制在20%～40%。

3.2 RAP配合比设计

针对RAP的级配设计可以按照一般沥青混合料级配设计的基本思路与方法进行确定。在设计RAP配合比期间，要对比分析已经通过试验确定得到的旧沥青混合料配合比以及所需沥青混合料类型的差异性，之后通过合理调整各种混合料的级配来确定最佳的RAP配合比，具体的设计思路如下：

（1）RAP级配设计。鉴于旧沥青混合料中不同的矿料发生了比较大的变化，即粒径为9.5、13.2和16 mm的集料出现显著减少的变化趋势，而粒径为1.18、2.36和4.75 mm的集料出现显著增加的变化趋势。在面层AC-20级配设计领域中对不同种级配设计方案的矿料比例进行初步合成，分析各种方案下的最佳级配。（2）最佳沥青用量确定。基于AC-20马歇尔配合比设计的相关技术要求和规定，确定本次试验中的空隙率控制在4%～5%，基于相关设计经验，可以将油石比确定为3.7%、4.0%、4.3%和4.6%。将不同沥青用量比例下的沥青混合料分别制成马歇尔试件进行检测分析。

基于上述指标分析和试验检测分析之后，最终利用马歇尔试件来对本次试验中的沥青最佳用量进行确定，最终得到最佳的油石比为4.3%。

4 路用性能分析

基于RAP的相关路用性能分析，结合相关的规范和要求，灵活地利用冻融劈裂试验、马歇尔试验、小梁低温弯曲试验与车辙试验来对RAP的水稳定性、低温抗裂性与高温稳定性进行检测，最终得出结论。

（1）RAP水稳定性分析。基于试验可得如下两个结论：①在掺配率不同时，RAP的劈裂抗拉强度比与残留稳定度都无法满足相关规定要求。随着掺配率的持续增加，RAP本身抗水损害性比较差，意味着旧沥青混合料的掺入会使RAP水稳定性出现下降变化。②掺配率从20%逐渐提升到30%的期间，RAP的劈裂抗拉强度和残留稳定性都出现了不同幅度的下降变化；当掺配率从30%提升到40%的时候，RPA的劈裂抗拉强度和残留稳定性进一步出现了不同程度的下降变化。

（2）RAP低温抗裂性分析。基于试验研究可得以下结论：①RAP掺量从20%上升至30%，相应的破坏应变降低了6.4%。随着掺配率的相应增加，RAP的破坏应变也相应地出现了变小的变化趋势，意味着RAP本身的低温抗裂性随着旧料掺配率的增加而出现了逐渐变差的变化趋势。②沥青出现老化问题之后，由于饱和酚和芳香酚等成分的挥发，使其本身的延度出现了大幅度降低，进而使得RAP低温性能急剧下降，造成随着旧料掺配比的持续增加，降低RAP的应变。

（3）RAP高温稳定性分析。基于试验可得以下结论：①随着掺配率的持续增加，RAP本身的动稳定性也呈现为持续增加的变化趋势，表明旧沥青混合料具有越高的掺配率，RAP本身就具有更好的高温稳定性。在从20%升高到30%的时候，RAP本身的动稳定度次数增加幅度达到了7.0%；当从30%掺量增加到40%的时候，RAP本身的动稳定度增加幅度达到了1.9%左右。②不同掺配比下，RAP动稳定次数远高于2 800 次/mm，意味着RAP之间具有良好的嵌挤状态，填充密实性比较好，随着沥青不断老化，配合较大黏度再生沥青，增加RAP的抗剪性能。③旧沥青本身具有的性质会对沥青混合料的车辙性能产生正面影响效果。在加载速率和温度保持一致的基础上，如果沥青具有更高的软化点和黏度，沥青混合料也会相应地具有更大的黏滞阻力以及更强的抗剪切变形能力，所以会使RAP本身具有更高的抗车辙性能。鉴于沥青混合料中的组分伴有迁移变化趋势，所以旧料当中的沥青出现老化变化之后的软化点与黏度都会相应提升，可以确定RAP随着旧料掺配比的相应增加，使得其动稳定性次数出现相应增加的变化趋势。

通过对上述路用性能进行评价分析可知，除了40%掺配率RAP的低温抗裂性能比规定要求略低之外，其余条件下所得的RAP路用性能均满足相关规范和要求。旧料的掺入会使得RAP低温抗裂性出现减弱变化，增加高温抗车辙性能，非常适用于高速公路工程建设需求。

5 结语

通过本次研究可以对掺量厂拌热RAP的路用性能进行仔细分析可知，沥青混合料各项技术指标均满足相关规范和要求，同时再生沥青路面可以起到减少环境污染与节约资源的作用，社会效益和经济效益非常显著。在RAP中掺入旧沥青混合料可以增加其高温抗车辙性能，所以在实际的工程项目中应用高掺量厂拌热再生沥青混合料期间，要做好旧沥青混合料的仔细分析，科学设计高掺量厂拌热再生沥青混合料的配合比，确保全面提升其使用性能。