高RAP掺量的再生沥青混合料路用性能研究

金星 吴凡

摘 要：设计了一种高RAP掺量的再生沥青混合料，同时改变改性沥青中橡胶粉的掺量，研究高RAP掺量以及橡胶粉掺量对再生沥青混合料高温性能、抗水损害性能的影响。结果表明：高RAP掺量可以提高再生沥青混合料的动稳定度，但会轻微影响冻融劈裂强度比;橡胶粉掺量在8%～16%范围内，再生沥青混合料的动稳定度、冻融劈裂强度比与橡胶粉的掺量成正比。

关键词：RAP;再生沥青混合料;路用性能

0 引言

二十一世纪以来，我国的经济飞速增长，与此同时，交通运输事业也取得了前所未有的质的飞跃，高等级的公路建设突飞猛进。但是，早期建设的沥青公路由于设计使用年限的迫近以及车辆数量、载重的不断增加，已出现大量的病害，需要进行翻修重建。而如何处理道路维修过程中产生的大量沥青混合料废弃物（RAP）成了急需解决的一大难点。

再生沥青混合料是指将RAP破碎处理后当作骨料与天然骨料、新沥青、矿粉混合搅拌而得到的沥青混合料。再生沥青混合料的应用不仅为处理大量堆积的RAP提供了新的处理方案，解决环境问题，同时还可以降低施工成本，带来不菲的经济效益。但是再生沥青混合料中，目前RAP的掺量均不是很高，仅在20%～30%之间，本文以提高RAP掺量为目的，设计一种高RAP掺量的再生沥青混合料，检测其路用性能，并分析不同橡胶粉掺量的改性沥青对再生沥青混合料路用性能的影响。

1 原材料

1.1 旧沥青混合料

试验所用的沥青混合料废弃物取自南京某高架路面翻修时产生的废弃旧料，将其加热分散后进行筛分，筛分数据见表1。并测得表观相对密度为2.8 g/cm3，吸水率为1.2%。同时采用离心分离法对RAP进行抽提蒸馏，测得RAP中的沥青含量为4.9%。

1.2 沥青

试验所用的沥青是橡胶粉改性沥青，是由实验室自制得到。采用市售的壳牌70号基质沥青与8%掺量的橡胶粉在200转速的搅拌机中混合均匀而得。橡胶粉改性沥青的技术指标见表2。

1.3 天然骨料

试验所用的天然骨料选用玄武岩碎石，共有0 mm～3 mm、3 mm～5 mm、5 mm～10 mm、10 mm～15 mm四个粒径区间。其筛分数据见表3。

1.4 矿粉

试验所用的矿粉为石灰岩矿粉，表观密度2.7 g/cm3，含水量0.4%，粒度均在0.15 mm以下，符合规范要求。

2 配合比设计

2.1 矿料级配设计

混合料的矿料级配设计会直接影响到混合料的性能，选用抗车辙变形较为优异的级配super-13进行设计。根据天然骨料以及RAP的筛分数據，调节各档骨料的用量，并将其级配进行合成，合成级配数据见表4，合成级配曲线见图1。合成级配的各档骨料比例：RAP：0 mm～3 mm天然骨料：矿粉为83：14：3。

2.2 最佳沥青用量设计

由于RAP中原本含有4.9%的沥青，说明该RAP在服役的过程中沥青的损耗量并不多，进行最佳沥青用量设计时根据经验选取0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%五种沥青用量进行制备马歇尔试件，制得的马歇尔试件的体积及性能指标见图2。

由图2可知，在沥青掺量为1%时，空隙率最大为5.3%。对曲线进行拟合并计算得到4.0%空隙率对应的沥青掺量为1.7%。此掺量下对应的矿料间隙率、饱和度分别为15.3%、71.2%，均符合规范标准，因此确定最佳沥青用量为1.7%。

3 路用性能分析

根据设计好的矿料级配以及最佳沥青用量进行沥青混合料的路用性能试验。由于处于沿海地区，基本无严寒或者冰冻现象，但雨水丰富，所以选择以高温性能和抗水损害性能为主。为了比较不同的橡胶粉掺量对沥青混合料路用性能的影响，共制备8%、12%、16%三种不同橡胶粉掺量的改性沥青。同时成型一组不掺RAP的天然骨料沥青混合料作为对比。各组沥青混合料具体编号见表5。

3.1 再生沥青混合料高温性能

沥青混合料的高温性能是指在高温下承受外界荷载时抵抗变形发生的性能。车辙试验可以很好的模拟真实路面车辆碾压之后沥青混合料的变形情况。试验温度设定60℃，轮压固定0.7 MPa不变。需要注意的是，在开始试验之前，需要将车辙试块置于60℃恒温环境下保温4 h。车辙试验的结果使用动稳定度来表征，动稳定度计算公式见式（1）：

式中，DS是动稳定度，单位次/mm，动稳定度越大，意味着沥青混合料的抗车辙性能越优异，即高温下抗变形性能越好;d1、d2分别指的是在T145分钟和T260分钟时对应的变形量，单位为mm;C1、C2为试验参数，取值均为1.0;N是轮碾行进的速度，为42次/min。

沥青混合料车辙试验的结果见表3。由表3可知，高RAP再生沥青混合料的动稳定度要显著高于天然骨料的沥青混合料，最大可高于Blank组47.5%。这是因为RAP在自然条件下长期的服役中，不断地遭受车轮碾压以及太阳地紫外线照射，其中包含地沥青已经发生了老化。而沥青的老化是一个油分减少、沥青质增加，低分子组分向高分子组分转变的过程，该过程会导致沥青变脆变硬。在再生沥青混合料中含有大量的RAP，从而导致了其动稳定度的增大，高温性能更为优异。

观察表6中3组再生沥青混合料的动稳定度数据，发现新沥青中的橡胶粉含量增大，沥青混合料的动稳定度也随之提高。ZJ-12组的动稳定度比ZJ-8组提高了10.9%，ZJ-16组比ZJ-8组提高了15.5%。在橡胶粉掺量大于8%以后，增大橡胶粉掺量对提高动稳定度带来的效果并不显著。

3.2 再生沥青混合料抗水损害性能

沥青混合料的抗水损害性能用冻融劈裂试验的冻融劈裂强度比来表征。冻融劈裂试验使用马歇尔试验来进行。分为两组，其中一组需在真空饱水之后在-18℃的环境中冷冻16 h，之后取出在60℃水浴中浸泡24 h，最后将两组试件同时置于25℃水域中浸泡2 h后进行劈裂试验。冻融劈裂强度比的计算公式见式（2）：

式中，、分别为未经冻融和经过冻融的劈裂抗拉强度，单位为MPa;、分别为未经冻融和经过冻融的劈裂时荷载值，单位为N;h1、h2为马歇尔试件的高度，单位mm;TSR为冻融劈裂强度比。

沥青混合料的冻融劈裂试验结果见表7。由表7可知，高RAP掺量的再生沥青混合料的冻融劈裂强度比相较于天然骨料的沥青混合料更低一些。说明高RAP掺量会导致沥青混合料抗水损害性能不良。这是因为RAP中的旧沥青老化严重，黏度下降，与骨料的粘结性变差，导致再生沥青混合料中的空隙率增大;其次是因为一部分旧沥青与新沥青会发生胶结，导致混合料中的有效沥青降低，这两个因素导致了再生沥青混合料的水稳定性较差。橡胶粉掺量在8%～16%的范围内变化时，冻融劈裂强度比随橡胶粉掺量的增大而增大。

4 结论

设计了一种高RAP掺量的再生沥青混合料，并改变改性沥青中橡胶粉的掺量，研究高RAP掺量以及橡胶粉掺量对再生沥青混合料性能的影响，得出如下结论：

（1）高RAP掺量会提高再生沥青混合料的動稳定度。虽然降低再生沥青混合料的冻融劈裂强度比，但仍能满足规范要求。

（2）橡胶粉改性沥青可以提高沥青混合料的动稳定度和冻融劈裂强度比。在8%～16%掺量范围内，橡胶粉掺量越高，对再生沥青混合料性能的提升效果越好。

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