温再生沥青混合料路用性能研究

傅海彪，郭宽锐

(广西龙靖高速公路有限公司，广西 百色 533800)

0 引言

截止到2019年年底，我国高速公路通车里程已位列世界第一，达到14.96万km，比2018年年底增加0.70万km，其中95%以上为沥青混凝土路面[1]。一般高速公路沥青路面设计使用寿命为15年，我国每年有近1万km的高速公路需要大中修，直接产生回收沥青路面材料(Reclaimed Asphalt Pavement，简称RAP)240万t以上[2]。对于常规沥青混凝土，其施工拌和温度一般≥160 ℃，SBS等改性沥青施工拌和温度一般≥180 ℃，高温加热产生大量的有害气体，加速了沥青的老化，缩短了沥青路面使用寿命，因而降低施工时的拌和、压实温度，意义重大[3]。温再生技术是指在RAP热再生的过程中加入温拌剂，以显著降低沥青混合料拌和、压实温度的一种再生技术，其拌和温度一般可降低20 ℃～40 ℃，在节能环保的同时，可显著增加RAP掺量[4]。

本文利用3G温拌剂、再生剂及新沥青配制温拌再生沥青，在RAP废旧沥青及集料特性分析的基础上，确定温拌再生沥青拌和温度及再生沥青混合料压实温度，对50%、60%和70%RAP掺量的再生沥青混合料进行高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性试验，验证其路用性能，实现其在60%RAP掺量、120 ℃压实条件下的再生利用。

1 原材料

1.1 新沥青及旧沥青性能

试验时，RAP料取自广西百色市某高速公路路面大修工程铣刨料，原级配为AC-16，根据规范要求利用旋转蒸馏法及离心抽提法提取旧沥青，试验测得RAP沥青含量为4.1%，测得其三大指标如表1所示。由此可知，RAP中沥青针入度>20，可再生利用。再生时，新掺入沥青为A70#沥青，其相关技术指标如表1所示[12]。

表1 新、旧沥青技术指标测试结果表

1.2 温拌剂及再生剂特性

选用的温拌剂为MeadWestvaco公司生产的第三代Evtherm(简称“3G”)温拌剂，该温拌剂常温下为液体，呈深琥珀色，可实现降低沥青混合料拌和温度30 ℃～40 ℃，掺量为新沥青质量的1%。

选用的再生剂为天津市兴胜油脂化工有限公司的长二线芳烃油，该芳烃油不仅可以补充老化沥青中的轻质组分，而且对老化沥青具有良好的渗透作用，可有效激活、软化老化沥青。

1.3 旧集料特性

RAP破碎和筛分后，根据相关规范将破碎后的旧料分为0～4.75 mm、4.75～13.2 mm和13.2～26.5 mm三档。利用三氯乙烯对RAP中旧沥青进行抽提，然后对集料进行筛分，结果如表2所示。对表2级配进行分析后，发现该级配粗料较少，细料较多，但符合规范中AC-16级配要求，后文混合料级配设计时将加入一定的粗集料，以适当优化级配。

表2 抽提后RAP中集料筛分结果表

1.4 新集料特性

选用粗集料为百色市当地企业生产的碎石，材质为石灰岩，细集料为天然砂，其相关技术指标如表3所示，各个指标符合规范要求。

表3 掺入的新集料技术指标表

2 拌和、压实温度的确定

2.1 拌和温度的确定

根据规范要求，沥青拌和时其黏度应≥0.17±0.02 Pa·s，因而以该黏度值确定拌和温度。试验时，将再生剂、温拌剂及一定量的新沥青拌和，制备温再生沥青，其中再生剂掺量为7%、8%、9%(占新沥青质量的百分比)，温拌剂掺量为1%(占新沥青质量的百分比)，进行黏度测试，获得其黏温曲线，结果如图1所示。

图1 再生剂掺量及温度不同时沥青黏度曲线图

如图1所示，当增加再生剂掺量时，再生后的沥青黏度渐渐降低，当再生剂掺量为7%、8%、9%时，拌和温度分别为150 ℃、140 ℃和130 ℃。

2.2 压实温度的确定

规范规定连续密级配的混合料空隙率应≤6%，因而可通过分析不同压实温度下混合料空隙率的变化来确定压实温度。当RAP掺量为60%时，通过马歇尔试验进行级配设计，确定最佳沥青用量为4.8%，根据RAP旧沥青含量，计算可知温拌再生沥青掺量为2.34%。制备马歇尔试件，测试不同温度下再生沥青混合料的空隙率变化，测试结果如图2所示，以空隙率6%为控制指标，再生剂掺量分别为7%、8%和9%时，最佳压实温度分别为128 ℃、118 ℃和109 ℃。考虑到本文研究目的为实现120 ℃压实条件下的RAP再生利用，因而建议再生剂掺量为8%，此时拌和温度可低至118 ℃，建议拌和温度为120 ℃。

图2 再生剂掺量及温度不同时混合料空隙率曲线图

3 路用性能研究

试验前，首先对RAP掺量分别为50%、60%和70%的再生沥青混合料进行配合比设计，设计时沥青最佳掺量均为4.8%，计算可知温再生沥青掺量分别为2.75%、2.34%和1.93%。对不同RAP掺量(分别为50%、60%和70%)的再生沥青混合料进行高温、低温、水稳定性试验，研究RAP掺量对再生沥青混合料路用性能的影响。

3.1 高温稳定性评价

采用车辙试验评价再生沥青混合料的高温性能，制备车辙板试件，其长、宽、高分别为30 cm、30 cm和5 cm，试验成型后在室温条件下养生1 d，试验前将试件放置在60 ℃的恒温箱内保温6 h，而后进行车辙试验，计算其动稳定度，试验结果见图3。

图3 RAP掺量不同时混合料的动稳定度柱状图

由图3可知，当增加RAP掺量时，混合料稳定度逐渐增加，可见其高温稳定性逐渐增强，分析原因，主要是因为随着RAP掺量的增加，旧沥青所占比例逐渐增大，沥青整体变硬，黏度加大，因而其动稳定度增加，高温性能提高。

3.2 低温抗裂性评价

进行再生沥青混合料低温性能评价时，采用低温小梁弯曲试验方法，试验时制备250 mm×30 mm×35 mm的小梁试件，温度为-10±0.5 ℃，结果如图4所示。

可以看出，当RAP掺量分别为50%、60%和70%时，混合料弯拉应变分别为3 325με、2 945με和2 652με；当RAP掺量增加时，混合料破坏时的弯拉应变及其弯拉强度降低，其低温性能有所衰减，当RAP掺量为70%时，低温性能已不满足规范要求。

图4 RAP掺量不同时混合料的弯拉应变及弯拉强度柱状图

3.3 水稳定性评价

目前评价沥青混合料水稳定的试验方法较多，常见的为浸水车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验等，由于冻融劈裂试验条件要求苛刻，试验结果比较稳定，因而本文采用冻融劈裂试验评价再生沥青混合料的低温性能。试验时，每一种掺量下制备2组试件，每组2个，其中一组在25 ℃水中浸泡2h后测试其劈裂强度，另一组测试其冻融循环试验后的劈裂强度。根据两组试件试验结果计算劈裂强度比，结果如图5所示。

图5 RAP掺量不同时混合料的冻融劈裂强度比柱状图

可以看出，当RAP掺量增加时，劈裂强度比减小；当RAP掺量为50%和60%时，冻融劈裂强度比分别为81.2%和77.4%，满足低温性能规范要求；而当RAP掺量为70%时，冻融劈裂强度比为72.8%，不满足相关规范要求。

4 结语

通过本文研究主要得出以下结论：

(1)温拌剂掺量为1%，再生剂掺量分别为7%、8%和9%时，随着再生剂掺量的增加，沥青黏度逐渐降低，当再生剂掺量分别为7%、8%和9%时，拌和温度分别为150 ℃、140 ℃和130 ℃。

(2)当温度逐渐增加、再生剂掺量一定时，混合料空隙率渐渐降低；当再生剂掺量逐渐增加、温度一定时，混合料的空隙率显著降低；以空隙率6%为控制指标，再生剂掺量分别为7%、8%和9%时，最佳压实温度分别为128 ℃、118 ℃和109 ℃。为实现120 ℃压实条件下的RAP再生利用，推荐再生剂掺量为8%。

(3)RAP掺量对混合料路用性能影响显著，当RAP掺量逐渐增加时，混合料高温稳定性渐渐增强，低温及水稳定性渐渐降低；当RAP掺量为70%时低温及水稳定性不满足规范要求，因而建议所研发的温再生剂RAP最大掺量为60%，压实温度最低为120 ℃。