我国再生沥青混合料动态模量的研究进展

张 贺，刘忠根

（吉林建筑大学，吉林 长春130118）

0 引言

回收沥青路面材料（Reclaimed Asphalt Pavement）（以下简称RAP）采用铣刨、机械人工开挖等方式获得的旧路面材料。再生沥青混合料（Recycled Asphalt Mixture）是由旧料按一定比例与再生剂、新沥青、集料、矿粉掺配而成[1]。材料的再生利用保护了环境的同时又节约了大量的沥青、石料，降低了工程成本，保护了不可再生资源[2]。为响应国家环保政策的号召，近年来厂拌热再生技术在我国道路工程中应用愈发广泛[3-5]。

动态模量是在通过模仿实际行车荷载施加不同加载速度及不同荷载的条件下得到的材料的模量，其值为应力幅值与应变幅值之比，与静态模量仅考虑应力应变不同，其应力及应变均为时间的函数，更能反应路面材料在实际应用过程中的路用性能[6-8]。关于沥青混合料动态模量的研究始于20世纪美国，经过半个世纪的试验研究发展，最终被列入AASHTO 2002路面设计方法之中，成为美国道路设计方法中的一个基本设计参数[9-10]。

我国对于沥青混合料动态模量的研究发展于21世纪初期，首次将动态模量试验加入规范是在2011年的《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》JTGE 20—2011。在此之前，我国在模量方面一直使用的主要设计参数为20℃下的静态回弹模量[11]。目前《公路沥青路面设计规范》JTGD 50—2017中对道路石油沥青与常规级配沥青混合料的动态模量已有详细的计算方法与其取值范围。但是目前我国规范对于再生沥青混合料动态模量的设计参数却没有明确提及。所以，本文经查阅我国多年内的大量文献，旨在分析并总结近些年来我国学者及工程人员对于再生沥青混合料的动态模量研究进展，供有关人员在再生路面设计时作参考。

1 RAP掺量对动态模量的研究进展

文献[12]通过试验分析采用了6种不同的掺配比例（0%～60%），和2种级配（AC-13，AC-16）的沥青混合料，在控制温度20℃，40℃及60℃下，测定不同掺配比例及不同级配的再生沥青混合料的动态模量。结果表明：随着再生沥青混合料的试验温度增加其动态模量会减小及随着加载频率减小其动态模量也会减小，旧料掺量高的混合料其动态模量随之增大。文献[12]通过对比试验，为工程实践的设计中RAP掺量对动态模量的影响提供了参考。

文献[13]采用AC-25级配的再生沥青混合料利用SPT试验机测试在不同温度及不同加载频率条件下再生沥青混合料的动态模量，得出的数据见图1。

图1 不同旧料掺量再生沥青混合料的动态模量图[13]

该试验亦得出试件中RAP的掺量增大，则再生沥青混合料动态模量也增大的结论。同时得出，随着温度升高到一定程度，旧料的掺量对温拌再生混合料的动态模量的影响降低。

2 再生剂添加对RAP动态模量影响的研究进展

文献[14]在确定再生剂用量后，根据Superpave设计方法对沥青混合料、再生沥青混合料及加入再生剂的再生沥青混合料进行动态模量试验，并对试验用混合料进行短期老化和长期老化试验以模拟实际路用情况。对3种混合料的试验结果进行分析研究表明，添加再生剂的再生沥青混合料的动态模量相对于未添加再生剂的沥青混合料的动态模量更加接近新制沥青混合料的动态模量，而掺加再生剂的混合料老化速度相对于未掺加再生剂的混合料更快。另外，掺加再生剂的再生沥青混合料与未掺加再生剂的再生沥青混合料的动态模量均比新制沥青混合料要大。其试验结果见图2～图3。

图2 进行过短期老化试验的混合料动态模量主曲线[14]

图3 进行过长期老化试验的混合料动态模量主曲线[14]

该试验经过老化试验的沥青混合料的动态模量得出的规律为：在不同频率下，再生沥青混合料的动态模量最大，而加入再生剂的再生沥青混合料的动态模量比新制的混合料动态模量大，二者的动态模量更接近。

3 再生剂添加拌合方式对动态模量的影响

文献[15]设计了3种再生拌合方式（再生剂分步添加拌合、再生剂同步添加拌合、再生剂预拌添加拌合）拌合方式1为先将RAP旧料预热2 h后直接加入再生剂，然后逐次加入新集料、新沥青及矿粉；拌合方式2为先将RAP旧料预热2 h后，边搅拌边慢速加入再生剂，随后加入新集料、沥青矿粉等；拌合方式3为先将RAP旧料预热2 h，然后与新集料共同搅拌后，加入提前预掺好的混有再生剂的新沥青，最后加入矿粉搅拌。对相同级配相同RAP掺配比例的再生沥青混合料进行动态模量试验，其试验结果表明采用再生剂与新沥青预混拌合加入RAP与集料预热的拌合锅内的拌合方式得到的再生沥青混合料的动态模量明显高于其余两种拌合方式。其试验结果如图4所示。

图4 不同温度下拌合工艺对再生沥青混合料的动态模量试验结果[15]

由上述试验数据可知在5℃～50℃的几组实验中，提前加入再生剂的再生沥青混合料的动态模量均较2种后加入再生剂的再生沥青混合料高。

4 再生沥青混合料设计方法对动态模量的影响

文献[16]分别采用Superpave设计方法与马歇尔设计方法制作Superpave-19与AC-20再生沥青混合料试件，分别采用RAP掺量10%，20%，24.6%来进行动态模量试验，并控制试验温度的条件下，对其所有试件得出的试验数据进行对比分析，得出各个掺量的Superpave-19试件的动态模量均比AC-20试件动态模量大，说明了采用Superpave设计方法成型的试件压实度优于马歇尔设计方法。其试验结果见图5。

图5 采用不同设计方法设计的混合料动态模量对比图[16]

在温度-10℃～35℃的条件下，对不同设计方法成型的试件进行动态模量试验，其结果表明在试验中各个温度条件下，采用Superpave设计方法成型试件的动态模量均高于采用马歇尔设计方法成型的动态模量。

5 未来再生沥青混合料的动态模量的研究方向

随着再生沥青材料的应用越来越多，动态模量可以更好反应再生沥青路面的路用性能，所以需要对其工程应用进行更加全面的投入和研究。

1）国产动态模量试验机器的研发

动态性能的研究，因为试验仪器均为进口仪器，所以价格昂贵，而且动态模量试验较静态模量试验较为繁琐，所以当前我国针对再生沥青混合料的动态模量研究较少，如果研发生产出国产动态模量试验机，可大幅降低试验成本，从而加速推广动态模量参数在工程实际设计生产中的应用。

2）各温度下的试验荷载范围研究

我国沥青混合料规范内动态模量试验中并未给出针对再生沥青混合料在各温度下的试验荷载范围，实际试验时仍需要作出相应调整才能保证试验试件的轴向应变控制在规范范围内，对此，仍需要进一步的试验来确定出适合再生沥青混合料的大致水平范围。

3）低温条件下再生沥青混合料动态模量的研究

我国规范动态模量试验规程给出的实验温度为-10℃～50℃，然而在我国东北地区冬季平均气温为-20℃左右。当前我国对于再生沥青混合料的低于-10℃温度的动态模量研究较少，低温试件刚性增大，高频加载试验条件下想要达到规范规定的应变，所需荷载也随之增大，从而得到的数据值容易失真，这也是当前需要解决的问题。

4）回收沥青路面材料性质对再生沥青混合料动态模量的影响研究

当前我国回收沥青路面材料一般是从高速公路的旧面层铣刨、破碎、筛分获得的，对于来自其他等级的公路的旧料，其集料性质，沥青性质均与高速公路不同，对于采取不同性质旧料进行配合比设计的再生沥青混合料，旧料性质是否会对其动态模量产生影响还需要进一步的深入研究来论证。

5）再生技术对于再生沥青混合料动态模量的影响研究

当前我国对于再生沥青混合料动态模量的研究主要以厂拌热再生技术为主，对于厂拌冷再生沥青混合料动态模量的研究目前来说较少，厂拌冷再生技术与厂拌热再生技术对于再生沥青混合料动态模量的影响还需要进一步的试验研究。

6 结语

可以预见，在我国沥青路面的再生，因其对于废料进行再生利用应用可以节约工程建设投入又可以保护环境，循环利用自然资源，能带来极大的经济效益与环境保护优势，所以其应用前景非常广阔。对于再生沥青混合料动态模量的研究可以更好反应再生沥青路面的使用性能，目前我国对此研究较少，所以还需要进行更广泛的研究。