级配对热再生沥青混合料压实特性的影响

杨成虎

（福建省高速公路养护工程有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

沥青路面再生技术可以充分利用原路面沥青混合料回收料（Reclaimed asphalt mixture，RAP），厂拌热再生沥青混合料性能与原生沥青混合料性能相当，使其在目前路面养护工程中得到了广泛的应用[1-3]。压实度是热再生沥青混合料施工过程中控制施工质量的关键指标，且与再生沥青混合料级配相关。因此，有必要研究不同级配的再生沥青混合料压实特性的变化规律，为再生沥青混合料的级配设计提供参考。

目前，国内外学者在压实特性研究方面积累了较多的研究成果，Yang等[4]研究发现级配越粗的再生沥青混合料越不容易压实。Mo等[5]将温拌剂添加到沥青混合料中，发现含有温拌剂的沥青混合料更容易压实。张国民等[6-7]研究了不同RAP掺量下热再生沥青混合料的压实特性，发现RAP掺量越大的再生沥青混合料越难压实，但其抗压强度会越高。胡涛等[8-9]探究了不同级配类型对混合料压实特性的影响。张争奇等[10-12]利用旋转压实试验得到的压实能量指数CEI等特征参数与级配、沥青用量和成型温度等之间的相关性。然而，现有研究在再生沥青混合料级配对压实特性的影响方面研究较少。此外，成型方式也是影响沥青混合料压实特性的重要因素，常用的沥青混合料成型方法包括马歇尔击实法、旋转压实成型法、静压成型法以及振动成型法等。旋转压实成型是采用揉搓的方式使沥青混合料达到密实状态，与施工现场压实情况基本一致。因此，本研究采用旋转压实成型法研究不同级配的沥青混合料压实特性，分析其与级配之间的相关性。

为研究不同RAP掺量下的再生沥青混合料级配差异对压实特性的影响，设计3种级配的再生沥青混合料，并以锁点、K值和压实能量指数CEI指标表征再生沥青混合料压实特性，分析级配对再生沥青混合料压实特性的影响规律。

1 原材料试验

再生沥青混合料中采用的新集料均取自于福建某高速预防性养护工程的石灰岩，规格分别为：0～3 mm、3～5 mm、5～10 mm、10～20 mm，基本性能指标见表1，采用水洗筛分法将各档材料分档筛分后用于试验设计。矿粉技术指标见表2。再生沥青混合料中的新加沥青为SBS改性沥青，基本性能试验结果见表3。

表1 新集料性能指标Tab.1 Performance index of new aggregate

表2 矿粉性能指标Tab.2 Performance indexes of mineral powder

表3 SBS改性沥青性能指标Tab.3 Performance indexes of SBS modified asphalt

再生沥青混合料使用的RAP取自工程的AC20中面层，采用铣刨、破碎、筛分的方法分为0～16 mm。为降低RAP变异性对再生沥青混合料级配设计的影响，分别将RAP分为0～1.18 mm（7#）、1.18～2.36 mm（6#）、2.36～4.75 mm（5#）、4.75～9.5 mm（4#）、9.5～13.2 mm（3#）、13.2～16.0 mm（2#）、16.0～19.0 mm（1#），并采用抽提筛分法测定分档后RAP的级配与沥青含量，结果见表4。采用阿布森法将老化沥青与溶剂分离，测定老化沥青的技术指标见表5。此外，再生沥青混合料常会添加一定量的再生剂改善再生沥青混合料性能，本次研究采用的再生剂技术指标见表6。

表4 RAP级配与沥青含量Tab.4 RAP gradation and asphalt content

表5 老化沥青性能指标Tab.5 Performance indexes of aged asphalt

表6 再生剂性能指标Tab.6 Performance indexes of rejuvenator

2 试验方案及试验方法

2.1 试验方案

设计粗、中、细三种级配曲线的AC-20型再生沥青混合料，并根据常用的RAP掺量的范围，设计不同RAP掺量（10%、30%、50%）的再生沥青混合料研究级配对压实特性的影响，并预估不同级配的再生沥青混合料的最佳沥青含量，得到不同级配的再生沥青混合料的压实特性，试验方案见表7。

表7 设计试验方案Tab.7 Design test scheme

2.2 级配设计

再生沥青混合料级配试验结果如图1所示。

图1 设计级配Fig.1 Design gradation

2.3 混合料制备与试验方法

根据设计再生沥青混合料级配，按照不同RAP掺配比例，配制再生沥青混合料，其中，SBS改性沥青的加热温度为160℃，新集料加热温度为180℃，RAP加热温度为130℃，拌和温度为160℃，材料温度达到要求温度后进行再生沥青混合料的拌和。其中，拌和工艺遵循以下步骤。

步骤1：将一定质量的RAP与再生剂进行拌和，拌和时间为90 s；

步骤2：将新集料加入拌和后的RAP+再生剂中，并添加计算质量的SBS改性沥青，拌和时间90 s；

步骤3：将矿粉加入拌和后的RAP+再生剂+新集料+SBS改性沥青中，拌和时间90 s。

根据上述步骤分别制备不同级配的再生沥青混合料，并采用旋转压实法成型试件，计算再生沥青混合料的压实特性指标。

2.4 评价指标

再生沥青混合料的压实特性表征指标有压实能量指数（CEI）、压实速率（K）、锁点（LP）。

（1）压实能量指数

根据旋转压实的过程中的沥青混合料密实曲线计算压实能量指数（CEI）。CEI表示再生沥青混合料压实到92%压实度所需功，采用压实曲线92%以下所围成的面积计算。压实过程中CEI的值越小，再生沥青混合料越容易压实。

（2）压实速率

压实速率（K）表示再生混合料的可压实性能，计算方法如式（1）所示。压实速率越大表示沥青混合料压实过程中压实一次密度上升速率越快。

式中：G1表示初始8次压实次数对应的压实度，%；G2表示设计压实次数的压实度，%；n表示压实度首次到达94%时的压实次数。

（3）锁点

锁点（LP）表示再生沥青混合料在压实过程中第2次出现连续两个相同高度时的压实次数，表示混合料中骨架的形成程度。

3 试验结果与分析

3.1 压实能量指数

不同级配再生沥青混合料的压实能量指标（CEI）变化如图2所示。由图2可知，中级配与细级配在不同的RAP掺量下CEI的大小变化规律一致，均随RAP掺量增加而变小，成反比关系。说明中级配、细级配在实际路面铺筑的过程中，随着RAP掺量的增加，再生沥青混合料压实所需要的能量越小，施工和易性越好。然而，粗级配的CEI变化规律则反之，粗级配的CEI随RAP掺量的增大而增大，成正比关系，说明粗级配中的RAP的掺量越小，施工和易性越好。

图2 压实能量指数变化规律Fig.2 Variation Law of compaction energy index

三种RAP掺量下，CEI的数值均为细级配＜中级配＜粗级配，说明CEI的大小与混合料整体的公称粒径大小成正比。公称粒径较小的混合料在实际路面铺筑的过程中该沥青混合料从松散状态到压实至一定密实度时所需要的能量越小，混合料的施工和易性越好，这也从另一个方面反映了混合料整体的公称粒径越大就越难以压实。还可以发现，相对于粗级配的CEI值，其实中级配和细级配两者之间的CEI值的差值并不是很大，也就是说将沥青混合料从松散压实到一定密实度时所需要的能量对于同等RAP掺量的细级配和中级配混合料而言相差不大，但与粗级配所需要的能量相差甚远。因此，粗级配的再生沥青混合料压实到一定密实度所需的能量远大于同等条件的细级配和中级配沥青混合料，粗级配沥青路面的铺装需要增加碾压遍数以保障压实度。

3.2 压实速率

不同级配再生沥青混合料的压实速率（K）指标变化如图3所示。由图3可见，不同RAP掺量下的K值从小到大的顺序均为：细级配＜粗级配＜中级配，说明中级配沥青混合料在压实过程中压实速率最快，最容易压实。细级配的沥青混合料压实速率最慢，最难以压实，粗级配沥青混合料居中。相同RAP掺量不同级配情况下，K值的变化波动范围较不同RAP掺量大，说明级配类型较RAP掺量对K值的影响显著。因此，实际工程中可根据压实速率需求选择合适的再生沥青混合料级配，保证施工质量。

图3 压实速率变化规律Fig.3 Variation Law of compaction rate

3.3 锁点

不同级配再生沥青混合料的锁点（LP）指标变化如图4所示。由图4可见，细级配中的LP随着RAP掺量的增加而降低，两者成反比关系，表明沥青骨架结构的初步形成难度随着RAP掺量的增加而下降。然而，粗级配、中级配中LP随RAP掺量的增加而增加。此外，细级配再生沥青混合料中，30%、50% RAP掺量的锁点基本一致，可见细级配中锁点的变化随着RAP掺量的提高而减小，但是减小的速率逐渐降低。进一步研究发现三种RAP掺量下，锁点的大小都与混合料整体的公称粒径大小成正比关系，表明沥青混合料的公称粒径越大，形成初步的沥青混合料的骨架结构就越难。仔细观察会发现各个RAP掺量下的粗级配和中级配的锁点相差甚小，但细级配与上述两个级配相差很多，这说明虽然中级配整体的锁点数值要低于粗级配，但两者在初步形成沥青混合料骨架方面的性质基本一致，而细级配在初步形成沥青混合料骨架方面的速度要远快于粗级配和中级配。

图4 锁点变化规律Fig.4 Variation Law of lock point

4 结论

（1）压实能量指数（CEI）表明，中、细级配的再生沥青混合料，随着RAP掺量的增大，其达到一定压实度时所需压实功减小，而粗级配则呈现相反规律；三种RAP掺量下，达到一定压实度时所需压实功由大到小为：粗级配＞中级配＞细级配。

（2）压实速率指标（K值）表明，三种RAP掺量的压实速率由快到慢分别为：10% RAP ＞ 50%RAP ＞ 30% RAP；三种级配的再生沥青混合料压实速率由快到慢为：中级配＞粗级配＞细级配。

（3）锁点指标（LP）表明，RAP掺量越大，再生沥青混合料骨架结构就越难形成，其中，粗级配和中级配的骨架结构较细集料更难形成。