厂拌热再生沥青混合料研究与应用进展

薛明亮 徐紫祎 张红兵 武建军

(1.山西省高速公路集团有限责任公司 太原 030000;2.长安大学材料科学与工程学院 西安 710061；3.阳泉太旧博特道路养护工程有限公司 阳泉 045000； 4. 山西交控集团太旧高速公路管理(太原)有限公司 太原 030006)

引言

随着我国高速公路逐步进入维修养护期，每年的铣刨过程会产生大量的废旧沥青路面材料，过去这些铣刨料往往被当作建筑垃圾废弃，造成严重的资源浪费和环境污染。事实上，废旧沥青路面材料(Recycling Asphalt Pavement，RAP)是一种可循环利用的资源，实现RAP 的重复利用可达到节约资源、保护环境、减少成本的目的，大力发展符合循环经济模式的沥青路面再生技术，提高资源利用率，创造尽可能大的经济社会效益，具有十分重要的现实意义。

《公路沥青路面再生技术规范》[1](JTG F41-2008)根据我国的实际情况，将沥青路面再生技术分为厂拌热再生、厂拌冷再生、就地热再生、就地冷再生4类，其中，厂拌热再生凭借其相对成熟的施工工艺及较好的混合料性能成为再生沥青路面的主要技术形式。基于此，本文阐述了再生材料、再生剂、再生工艺三个因素对厂拌热再生沥青混合料性能的影响。

1 再生材料及配合比

从不同渠道得到的RAP其级配与老化程度,含油量不同。因此, 再生材料的质量控制以及配合比的正确设计是再生沥青混合料质量控制的关键点[2]。

针对再生技术规范中沥青总用量经验公式得出的沥青用量偏大的问题, 曹卫东等[3]建立沥青总用量预估公式和可以快速得到包含最佳新沥青用量的新沥青用量范围的方法,在此范围内进行少量的马歇尔试验即可确定最佳新沥青用量。李泉等[4]对旧沥青进行再生试验,在RAP掺量分别为20%、30%、40%与50%时，进行配合比设计与性能验证，得出随着RAP掺量增加, 再生沥青混合料的高温抗车辙、抗水损害性能逐渐提高, 在实际工程应用中，根据沥青老化情况以及路面结构层次要求，能够将再生混合料中RAP材料掺量提高到40%以上。汪小东[5]在厂拌热再生沥青路面应用研究中，进行高RAP掺量热再生试验段铺筑,提出在再生沥青混合料中, RAP掺量增加其高温性能改善、水稳性下降、疲劳性能下降，低温性能变化不大。Henrikas等[6]介绍了一种确定热再生沥青混合料(Recycled hot-mix asphalt ，RHMA)组成的方法，与目前使用的技术相比，该算法具有以下优点：(1)可以立即确定是否可以从矿物材料中获得所需级配的混合物；(2)可得到性价比最高的RHMA混合物；(3)可获得最稠密的RHMA混合物；(4)能满足评估技术要求等。在不同RAP，再生剂，温拌剂掺量条件下，伍铁强等[7]进行厂拌热再生沥青混合料性能试验，他提出当RAP掺量超过30%时，混合料的马歇尔强度、浸水马歇尔强度和低温性能对RAP掺量变化十分敏感，疲劳性能与再生剂和温拌剂掺量息息相关。Zhang等[8]从不同的建筑工地收集了厂拌沥青混合料，对RAP和再生沥青瓦(recycled asphalt shingles，RAS)掺量对沥青混合料性能的影响进行评估，评价了厂拌热再生混合料的车辙性能和开裂性能。结果表明，添加20%至25%的RAP和RAS可显著提高沥青混合料的高温等级，大部分热再生沥青混合料在多重应力蠕变恢复(MSCR)试验中Jnr值相对较低。在车辙试验中，热再生沥青混合料表现出较高的抗永久变形能力，抗车辙性能得到显著提升。

2 再生剂

再生剂是具有化学和物理特性的产品，旨在通过提高沥青质与可溶质的比例，减小沥青质簇的尺寸，提高连续相的分散能力，增加分子流动性来恢复老化沥青的流变性能。因此, 合理选择再生剂, 也成为沥青混合料厂拌热再生技术的关键。

从改善旧沥青流变性能的角度,熊出华等[9]采取轻质油分+稳定剂的技术措施,开发出适用于高等级沥青路面的热再生剂，并表明当该再生剂掺量在4%～10%时,能够有效恢复旧沥青路面性能，得到的再生沥青不仅满足相应的沥青规范要求, 且具有较好的抗老化性能。Kaseer等[10]阐述了目前再生剂在美国沥青路面中的应用，并提出了当前和未来再生剂将面临的挑战。他们认为，再生剂是为了提高含有大量再生沥青路面(RAP)和再生沥青瓦(RAS)的再生沥青混合料的性能。再生剂的效果取决于若干因素，例如再生剂的类型和剂量、原始沥青的来源和等级、混合时间和生产温度，以及再生剂加入沥青混合料的方法。在生产含有大量再生材料的再生沥青混合料时，应考虑适当的材料选择及其配合比的重要性。谢娟等[11]在沥青混凝土工厂热再生配合比设计及沥青再生剂研究中，分析了沥青再生剂的质量要求, 研究了GLA型再生剂对混合料性能的改善情况, 提出了工厂热再生沥青混合料的配合比设计方法, 为高速公路沥青混凝土面层热再生养护技术提供参考。在高速公路旧沥青混合料热再生技术研究中，长安大学耿九光[12]通过实验验证了再生剂的性能, 确定了再生剂的用量,进行再生沥青混合料配合比设计, 并对再生沥青混合料进行性能试验，证明再生沥青具有良好的路用性能。Espinoza Luque等[13]建议使用高芳烃馏分和低沥青质浓度的再生剂，如重石蜡馏分溶剂提取物，该提取物主要由芳香烃(>75%)和沥青质组成。作者指出，使用这种类型的再生剂，当再生剂掺量在6%左右时，可显著提高再生沥青混合料的抗裂性，同时抗车辙能力也能得到显著提升。

3 再生工艺

废旧沥青混合料的破碎工艺、旧料的预热控制、再生混合料的拌和程序等[12], 都将影响再生沥青混合料的质量, 必须良好选择与控制。

为分析拌和工艺对沥青混合料再生效果的影响,李正中等[14]设计了三种热再生拌和工艺，并对混合料进行性能测试，他提出：拌和工艺不同，再生沥青混合料的性能也不同, 比较三种拌和工艺，作者推荐使用再生剂-新沥青预混合工艺，得到的再生混合料具有较好的抗车辙性能和低温抗裂性能。Shao等[15]提出一种新的热拌料再生双滚筒搅拌技术，进行了一系列试验来评估该混合技术的可行性。结果表明：双滚筒混合工艺允许再生剂与RAP充分相互作用，该新的混合技术可以减少热再生沥青混合物的空隙，可提高沥青混合料的抗拉强度、抗水损害性、抗车辙性和低温性能，混合料的综合路用性能优良。王雪莲等[16]对厂拌热再生工艺及关键技术展开试验研究, 分析工艺参数、配合比设计、压实规律对混合料路用性能的影响，作者建议的最佳工艺为：RAP加热区间为120℃～140℃，先拌和再生剂与RAP，再加入新沥青及新集料，拌和时间为90s。Oliveira等[17]重点研究了在生产再生沥青混合料之前，不同的RAP准备程序对生产过程的影响。作者认为：在设计再生沥青混合料配合比时，使用有效的RAP分解和分离方法，可降低生产程序对再生沥青混合料不良影响，得到的这类混合物的水敏感性有所改善，工作性能更优异，从而证明了选择在沥青厂进行RAP分离的方法是合理的。为评价成型方式对热再生沥青混合料的性能影响规律，季节等[18]分别采用马歇尔击实仪和剪切压实仪制备混合料试件并进行性能测试，他认为后者得到的试件能更好地模拟路面的实际状态,其高温抗车辙能力、低温抗开裂能力、水稳定性能等均比利用马歇尔击实成型的试件有所提高。

4 结语

如前所述，对于厂拌热再生沥青混合料性能的研究，国内外学者已做了相关的探索并取得了一些有价值的研究成果。这些成果对于热再生沥青路面的配合比设计优化、施工质量控制等都具有重要的意义。然而由于各方面试验条件限制，尚有许多问题亟待解决。还存在以下问题急需展开深入的研究：

(1)再生剂种类复杂，对于再生剂的料源和品种有待进一步深入，使之适宜不同品种和不同老化程度的沥青。

(2)目前关于再生沥青二次再生的机理以及评判标准的研究仍较少涉及，需进一步开展有关再生沥青二次再生的研究。

(3)目前对再生沥青路面的规范过于笼统，需制定出更为规范的验收评定标准，使再生沥青混合料的生产和施工规范化。