外加剂对再生沥青混合料性能影响的试验研究

王 鑫

(广东华路交通科技有限公司，广东 广州 510420)

我国的道路处于建养并重阶段，道路维修中产生大量的废旧沥青混合料，造成环境污染，不利于道路可持续发展；新建道路所需高品质原材料又极度缺乏，最终无法保持其服务寿命。再生沥青路面材料(RAP)的利用在施工中已经变得越来越重要，然而RAP材料的替代料还是处于较低水平，2009年有研究者经过大量研究认为：RAP在热拌沥青混合料(HMA)的替换率不超过30%。基于环境问题和工程经济性出发，提升工厂化高掺量RAP再生沥青混合料的生产技术迫在眉睫。

再生沥青混合料的典型特点是，结合料被氧化，沥青质增加，轻质油分减少，结合料变得硬脆、易产生疲劳开裂。为了克服这一问题，通常在再生沥青混合料中加入软化剂或再生剂，起到软化结合料的作用，恢复老化沥青的性能，并确保再生沥青混合料的使用性能。研究人员使用了不同的再生剂，并通过与HMA的性能进行比较，确定了合适的回收材料掺量，尽管预估再生混合料中RAP的利用率在10%～30%之间，在添加再生剂的情况下，RAP的利用率可高达70%，然而许多外加剂的商业化使得回收过程成本高昂。这些限制与早期研究的再生剂在国内的应用有关，因此有必要探索其他可用的油类，以使项目在经济上可行，并确保RAP混合料具有足够的抗车辙和疲劳性能。本文采用不同的RAP掺量(30%～70%)，加入5%的再生剂和软化剂，通过室内试验，对不同再生沥青混合料的体积特性、强度、水敏感性、车辙性能等进行了分析。

1 试验材料和方法

1.1 原材料

RAP材料来自于广东省某中等交通高速公路，经历了7～9年的老化；新集料为玄武岩，来自周边的采石场，各集料的基本技术性能均满足相应规范要求。

考虑到RAP掺量较高，采用SK90沥青结合料。老化沥青是通过离心机从RAP中回收的，其含量为3.64%；25 ℃下的针入度、软化点和延展性为62 mm、48 ℃和18 cm。

以废植物油为再生剂，由于存在大量的油酸和亚油酸，有望有效地恢复RAP结合料的性能。

软化剂为市场上购买的常用的石油系物理软化剂。

1.2 级配与混合料设计

当RAP用于沥青混合料时，必须考虑新混合料中的旧材料。因此，再生骨料被分为粗粒级(粒径大于4.75 mm)和细粒级(小于4.75 mm)，然后将其与原骨料混合，制备出满足规范级配标准的新骨料混合料。回收的混合料是通过采用不同RAP(即30%～70%)的原始料堆的不同组合来制备的。对照组混合料仅考虑原始料堆的组合(即全部新集料)。控制组混合料和回收混合料的最终级配均满足规范的要求。

2 试验结果与分析

2.1 体积特性

图1为不同沥青混合料的最佳油石比OBC，可以发现：再生沥青混合料的OBC随着RAP掺量的增加而减少，再生RAP的最佳沥青结合料含量低于HMA，原因可能是再生剂可以恢复RAP结合料的物理和化学特性，HMA为了获得更好的混合料和易性，需要低粘度或较多的新沥青结合料。为了使各沥青混合料试样获得同样的空隙率，得到适当的粘度，需要掺入少量的新沥青结合料，再生剂的添加量取决于RAP中老化结合料的含量。

图1 不同混合料的最佳油石比OBC

所有混合料的集料间隙率均大于13%(如图2)。可以发现：所有混合料的VMA符合规范要求，随着RAP含量的增加，VMA降低，再生沥青混合料的VMA均小于对照组HMA的，掺有再生剂的RAP混合料的VMA小于掺有软化剂RAP的。每种混合料的压实功率相同，这种体积特性的变化趋势很可能是软化剂材料的影响，降低了混合料的VMA，这说明再生剂具有降低粘度的作用，提高了高掺量RAP再生沥青混合料的可行性。

图2 不同沥青混合料的VMA

图3不同沥青混合料的VFA值，可以发现：沥青混合料的VFA介于65%～75%之间，无论有无再生剂，对照组混合料的VFA值高于掺RAP的再生沥青混合料。此外，还发现VFA值随着RAP掺量的增加而降低，掺再生剂的RAP混合料与具有软化剂的再生混合料相比，显示出较小的VFA。

图3 不同沥青混合料的VFA

2.2 间接拉伸强度

采用间接拉伸试验可评价沥青混合料的拉伸性能，进而评价沥青路面抗裂性能。所需试件直径100 mm、高度63.5 mm，ITS为干燥状态下的间接拉伸强度。

图4为通过间接拉伸试验获得的所有混合料在4%空隙率下的平均抗拉强度。由图4发现：当添加软化剂时，ITS值随RAP含量的增加而提高，与对照组混合料相比，再生混合料的强度更高，掺软化剂或再生剂的再生沥青混合料RAP(70%)表现出更好的性能；当RAP掺量分别为30%、40%、50%、60%、70%时与对照组混合料相比，使用软化剂和再生剂的RAP值分别提高了6.6%、32.38%、42.85%、54.28%和70.47%和1.9%、15.24%、49.52%、58.09%和63.80%，且RAP掺量在30%～60%之间时，强度结果之间区别不大；掺量在50%和60%RAP的情况下，掺有再生剂混合料比掺有软化剂的再生混合料表现出更高的强度，这可能是由于掺有软化剂比再生剂具有更强的软化效果；而掺量为70%的掺有软化剂的RAP混合料强度又高于掺有再生剂的强度，强度高对沥青路面的抗变形能力是有好处的，但如果降低了柔韧性，其抗裂性能就差，因此，在合适的掺量下，保持相对高的强度和较好的抗裂性能是理想状态。

图4 不同混合料的间接抗拉强度

2.3 水敏感性

采用水敏感性试验时，使用旋转压实仪成型试件，直径为100 mm、厚63.5 mm，所有试样的空隙率控制在7%左右。使用两组样品，一组在水中浸泡24 h，另一组保持干燥作为对照试样。水敏感性通常用抗拉强度比(TSR)来表示，TSR值是指试件在潮湿状态下的抗拉强度与干燥状态下强度的比值，较高的TSR表明该混合物具有良好的抗水损坏能力。TSR值大于0.8时的混合料具有较强的抗水损害能力。

由图5所示，TSR值在83.64%～93.2%之间，均大于0.8，具有良好的抗水敏感性，随着RAP含量的增加，TSR降低，对于含有软化剂和再生剂的再生沥青混合料，TSR值在84.03%～93.2%之间，与对照组相比，掺外加剂的再生沥青混合料具有更好的抗水敏感性。

从图5还可以看出，对于RAP含量为30%～40%的再生沥青混合料，TSR值略有增加，但随着RAP含量的进一步增加，TSR降低。这可能是由于混合料中存在老化的沥青结合料，对水分不敏感，但随着RAP含量的增加，混合料的和易性降低，导致混合料中VFA值减少，TSR值降低。

图5 不同沥青混合料TSR值

2.4 轮辙试验

采用轮辙试验以评估沥青混合料的抗永久变形能力，孔隙率控制在4%左右，试件尺寸为400 mm×400 mm×50 mm，每种混合料的车辙深度在20 000次荷载作用得到。

图6显示了所有混合料的平均车辙深度，可以发现：所有混合料的车辙性能均小于临界值，在HMA中添加RAP可提高其抗车辙性能，而添加再生剂可降低其抗车辙性能，这可能是由于RAP的硬化效应，以及再生剂和软化剂的软化效应；与再生混合料相比，原始混合料车辙深度最高。

图6 不同沥青混合料的车辙深度对比

3 结 论

(1)沥青混合料的最佳油石比随着再生剂的加入而降低；在强度方面，再生混合料的强度更高，含有RAP(70%)和软化剂或再生剂的混合料表现出更好的性能，然而，掺有软化剂的再生沥青混合料，50%和60%RAP的再生混合物具有更高的强度。

(2)所有沥青混合料(HMA和RAP)均达到最小拉伸强度比，没有水分敏感性问题。

(3)所有再生沥青混合料的抵抗车辙性能高于对照组HMA，掺有再生剂的再生沥青混合料抗车辙性能高于掺软化剂的再生沥青混合料。

(4)掺再生剂混合料的材料成本预计低于掺软化剂的再生混合料和原始混合料。基于室内试验可以推断，在不显著影响混合料性能的情况下，可以生产RAP掺量高达60%，添再生剂约5%的再生沥青混合料。