就地热再生沥青混合料配合比设计及性能研究

任 娟 倪 航

（重庆通力公路工程试验检测有限公司，重庆 401339）

在铣刨旧沥青路面时，往往会伴随产生一定量的沥青废料，这就对其处理及再利用提出了较高的要求。若处理工艺选择不合适，则有可能导致环境不可逆转的污染。将就目前而言，旧沥青路面的废料再利用得到了越来越多的关注，已经出现了多种新型技术、工艺，并得到了一定程度的应用，在质量控制及社会效益方面取得了突出的成果。作为目前得以应用的一项旧沥青再利用技术，地热再生在实际工程中发挥着重要的作用，但由于不同建设地区存在气候、材料等方面的差异，因此其配合比也存在一定的波动。在实际应用过程中，就需要密切联系建设地的条件，能够根据具体需求来科学完成配比设计。

当前我国工程建设的重点也逐步向着养护环节进行转移，借助传统养护技术不可避免地会产生许多废弃料，并进一步导致土地资源的占用，甚至还会对自然资源带来污染。为了协调工程建设与自然保护之间的关系，就应当从路面再生技术入手，反复研判其各个环节的科学性、合理性。实践表明，就地热再生技术能够基本上做到对废料的100%再利用，且其施工周期短，同时还能避免交通管制带来的诸多不便。总体来看，配比设计对于就地热再生技术的效果、成本等存在显著影响，因此需要特别关注。

1 工程概况

为便于理解，本文以我国某高速公路项目为基础展开分析，选择该项目中具有代表性路段的路面材料进行取样，取样范围为自车道一侧至中轴线，确保能样本能够体现道路截面的状态。

1.1 原材料指标性能

加热路面上表层得到旧料，其中对旧料的检测主要有：旧料沥青性能及集料级配检测、新掺沥青性能及新集料级配检测。再生前需要对原路面旧料的老化水平做出客观评价，以此来决定是否可借助再生技术进行处理。根据工程资料可以认定当旧料沥青针入度小于20时则不宜采用再生技术。对原有路面的旧料取样并借助沥青抽提仪进一步抽提即可得到分离的沥青与集料组分，同时通过旋转蒸发器能够分离出沥青溶液中的组分，用于后续试验再生。

采用老化沥青做出检测，评价其针入度、软化点、延度以及动力粘度，如表1 所示。表2 所示的结果。

表1 老化沥青性能指标检测结果

表2 原路面抽提实验结果

根据上述混合料级配、油石比检测结果可以发现：

a.旧料的油石比为4.3%，相较于新料AC-13 而言较低；

b.在0.075、9.5 及13.2mm 孔径的筛分下具有较低的通过率，应掺加适量热沥青、外加剂来改善其油石比与级配。

1.2 再生剂掺量

分别选择0%、3%、5%和7%沥青质量分数水平的再生剂，将其掺加至RAP 料中并充分混合均匀测定沥青材料的针入度、软化点及延度。试验得出各项指标如表3所示。

表3 回收沥青各指标试验结果

按照上述试验标准开展研究、检测，同时对不同再生剂掺量下的新料做马歇尔击实试验，得到试验结果如图1 所示。

图1 再生剂掺加量与沥青混合料的关系

从表3 及图1 可以发现，当再生剂掺加比为5%和7%时，再生沥青的针入度、软化点及延度均发生了明显的改善。同时外加剂、热沥青掺入后，原有旧料实验测得的马歇尔稳定度整体呈现出上升的趋势。根据研究结果及实践经验来看，为了得到质量可靠的再生新料，一般可将再生剂的掺加比控制在5%左右，在此掺加量下再生料的性能可以达到最佳。所以在本研究中将AC-13 沥青的再生剂掺加量确定为5%。

2 再生混合料配合比设计

2.1 集料配合比设计

通过外部掺加沥青的方式来改进旧混合料的级配情况，当新沥青及RAP 料的掺加比例分别为15%、85%时，可调整级配使得新料的级配偏粗，由此即可得到配比设计方案如表4 所示。

表4 原路面抽提实验结果

研究发现，在原有旧料中掺加15%的新料后混合料的级配情况发生了一定的改善。

2.2 油石比确定

根据现行规范要求分别按照五种不同油石比标准制备马歇尔试件，同时将拌和、击实温度分别控在170℃、160℃下，得到试验结果如表5 所示。

表5 AC-13 马歇尔试验结果

在4.6%的油石比、4.1%的空隙率之下，试验测得各项指标均符合预期要求。所以，在本研究中将4.6%确定为最佳油石比标准。通过检测发现原有旧料中油石比约为4.3%，因此只需要在旧料基础上掺加0.3%热沥青并再生处理即可达到要求。

3 再生混合料性能测试

3.1 再生沥青混合料体积指标检验

在原有旧料内掺入5%再生剂、0.3%新沥青以及15%新料后开展马歇尔试验，试验得到：试件的密度、理论密度分别为 2.484g/cm3、2.59g/cm3，且其空隙率约为4.1%，马歇尔稳定度、流值分别为14kN、29.1(0.1mm)。

3.2 水稳定性检验

按照设计要求的油石比、级配对浸水条件下的混合料做马歇尔试验、冻融劈裂试验，测定试件的残留强度比，进一步评价混合料的水稳性。试件在经历冻融循环之后的强度约为0.965MPa，其原始强度为1.077MPa，由此得到残留强度比为89.6%。以上试验结果显示沥青混合料能够符合预期的水稳性标准。

3.3 高温度稳定度检验

试验环境条件：强度(60±1)℃、压强(0.7±0.05)MPa。对再生料做车辙试验，检测在4.6%的油石比条件下混合料的高温稳定性，在车辙试验中得到三个试件稳定度指标分别为3545、3534、3567，其平均值为3549，显著高于规范要求的2400 限值。由此可以认定，原有路面旧料及再生料的高温稳定均符合相应要求。

3.4 低温抗裂性检测

试验环境条件：温度-10℃，速率50mm/min。试验结果表明：六个试件中的最大荷载为1.090kN，最大跨中挠度为0.587mm、最大抗弯强度为9.10MPa、弹性模量为3000.7MPa、最大极限破坏应变为3041.9。这一试验得到试件在低温环境下的破坏应变远大于规范所要求的2500，符合预期的性能要求。

3.5 渗水性能检测

借助渗水仪检测试件的渗水性能，并基于试验结果判断再生混凝土配比设计的合理性。通过试验得到三组试件的渗水系数分别达到了41.8、43.6 以及44.3，其平均值约为43.4mL/min，显著小于120ml/min 的规范要求限值，因此可认定为具有良好防渗效果。

4 结论

借助对材料性能的试验研究，同时采用马歇尔试验优化混合料的配比设计，以此最终得到再生沥青的分析结果：

4.1 对材料的抽提可以得出，RAP 料整体存在级配偏细的特点，在其中掺加15%新料即可得到平顺的级配曲线，满足再生应用的预期要求。

4.2 借助对关系曲线的研究，可以发现在5%的再生剂掺量下混合料的针入度、软化点以及延度均能够满足现行规范的要求。

4.3 通过调查、分析发现RAP 料的油石比约为4.3%，在其中掺加4.6%油石比的新料进行再生，最终得到新料的最佳油石比约为4.6%-4.9%的区间。

4.4 借助对水稳定性、高低温稳定性以及渗水性能的试验研究，发现再生沥青的各项基本指标均满足规范要求且留有足够裕度。