基于不同RAP掺量的再生沥青混合料水稳性研究

杨学娜

(鲁山县公路事业发展中心，河南 平顶山 467300)

1 试验预备

本研究铣刨料取自河南省平顶山鲁山县的S325鲁平大道(鲁山县境内)的老路改建路段，根据4处铣刨料的旋转黏度技术指标、针入度技术指标和软化技术指标点，对编号为J1、J2、J3、J4的回收沥青路面铣刨料进行测试。通过测试分析回收沥青性能性能(见表1所示)[3]，确定其老化程度、分析差异性。

表1显示旧回收沥青平均34.68的针入度偏小；平均59.93的软化点偏高，平均1.888的旋转黏度偏大，低温性能比较差。回收旧料表观可见有大量的颗粒团，说明回收料已老化变硬，根据表1回收沥青的性能指标，确定老化程度为Ⅱ级老化，需对旧料热拌再生混合，再生后可二次利用。

表1 回收沥青的性能指标

而RAP原级配即AC-16，采用铣刨、破碎以及筛选之后获得，具体情况如下所示。

表2 最终筛选结果

本次研究粗集料选用和沥青之间维持优秀粘附性的碱性石料石灰岩，细集料则选用石灰岩石屑，矿粉应用石灰石矿粉，技术指标满足既有标准要求。

2 试验方法

本研究将RAP掺量分别从零添加量开始，以16%、30%、40%、50%不等的沥青混合料逐次添加，掺入AC-13、AC-16、AC-25不同级配沥青混凝土中，加入70#基质新沥青，动力粘度在400～500 Pa·s，在冷拌再生沥青混合料制备期间，优先在拌锅内添加本次试验原料，包括矿粉、RAP、集料以及固化剂，针对所有材料予以搅拌，持续1 min，确保材料搅拌均匀之后，在常温环境下结合比例添加改进冷拌沥青，拌和时间达到3 min之后，便可得到冷拌再生沥青混合料。拌和RAP、矿粉以及沥青，能够使得沥青可以充分包裹并附着在集料表层，增加1.6%水泥以及水并予以充分搅拌，然后将其静置，持续30 min之后，经过马歇尔试验针对两面进行夯实，总计持续50次，在不脱模状态下置入60 ℃烘箱内予以保养，持续2日之后，予以二次夯实，持续25次，使其冷却直至常温状态，达到养生时间之后，便可完成脱模。时间高度应设计在62.2～64.8 mm之间。沥青最佳用量必须应遵照热拌沥青混合料配合比例，利用马歇尔试验所获取的力学指标以及体积指标加以研究[4]。本次研究即评价当掺入不同量RAP对再生沥青混合料性能所产生的影响，并予以浸水马歇尔试验以及冻融劈裂试验，以确认混合料最终的稳定度以及水稳定程度。

3 混合料冻融劈裂马歇尔试验

3.1 沥青用量计算

冷拌再生沥青混合料内，沥青最佳使用量可以通过马歇尔试验予以确定，针对用量不同的情况下，对各个RAP掺量再生混合料有关参数予以检验，包括毛体积密度、矿料间隙率以及沥青饱和度等多项指标。其中，OAC在混合沥青中是最佳沥青含量，理想沥青用量计算方式如下所示

OAC=(b1+b2+b3+b4)/4

(1)

式中：b1表示毛体积密度达到最高值时需要采用的沥青总量；b2表示当成型稳定度达到最大值时，需要采用的沥青总量；b3代表孔隙率达到中值情况下，需要应用的沥青总量；b4表示沥青饱和度中值相应的沥青总量。

当所有指标均符合技术要求范围时，则可得到该范围内沥青的最小用量值与最大用量值，计算公式如下

OAC1=(a1+a2+a3+a4)/4

(2)

式中：最小用量值中a1表示密度峰值，a2代表稳定度峰值，a3代表空隙率中值，a4为饱和度中值[5]。

OAC2=(OACmax+OACmin)/2

(3)

式中：0ACmax即A1，A2，A3，A4中的中最大值，OACmin即最小值。)

沥青用量可采用如下公式进行计算[6]

OAC3=(OAC1+OAC2)/2

(4)

通过公式(1)、(2)、(3)、(4)沥青用量计算(由于篇幅有限略)得知：理想沥青用量值OAC1+OAC2/2在4.81%上下区间最佳。同时，由于RAP掺量不同，再生混合料最佳实验结果之间也存在明显的差异。

马歇尔法试验显示随着RAP掺量的不断增加，冷拌再生沥青混合料最佳用量指标相应降低，体积指标没有显著的改变，稳定度不断减少，流值数量持续增增加，原因在于RAP表层得到老化后沥青的覆盖，沥青能够在旧集料表面构成薄膜，以此减少其吸油水平；随着旧集料数量的不断增长，沥青薄膜效果也会更为明显。故而，统计配情况下，沥青混合料最佳用量会随着RAP掺量的不断增加而逐渐降低。老化沥青于集料表面形成薄膜，却未能和新沥青混合料形成融合，强度难以提高；伴随RAP掺量的增长，沥青混合料承载水平反而不断降低，稳定程度也随之减弱，抗变形水平也随之降低，流值而不断增加。

3.2 混合料水稳定程度

针对冷拌再生沥青混合料而言，抗水损害水平是评估其质量的重要指标之一。为此，本次研究尝试通过浸水马歇尔试验以及冻融劈裂试验，检验再生沥青混合料的水稳定程度。首先，浸水马歇尔试验期间，结合需要设计两组试件，第一组置于水箱之中，水箱温度限制在24～26 ℃之间，维持时间在35 min左右，以检验马歇尔的稳定程度。第二组置于水浴箱内，同样将温度控制在24～26 ℃之间，静置2日，每组采用4个平行试件进行试验，然后取平均值作为试验结果，测试劈裂强度结果如表3。

表3 冻融循环下劈裂试验结果

表3以未冻融试件的IDT(IDT为间接拉伸强度)为基准，混合料的抗水损害试验计算结果显示，浸水残留稳定程度方面和RAP掺量之间呈负相关关系，即随着RAP冻融循环0、1、3次数的不断增加，冻融劈裂强度值(TSR)降低，浸水残留稳定程度数值越低。说明仅用一次冻融循环的TSR试验结果，作为评价RAP水稳定性具有一定的局限性[7]。

3.3 水稳定性与RAP掺量变化

试验设计再生剂(RA-102型再生剂)的掺配比例为RAP质量的0.1%，使再生沥青内部的集料颗粒形成稳固稳定的骨架结构，在RAP掺量40%时，有效沥青饱和度达到最大值。若掺量控制在45%区间，能获得的性能优质的再生沥青混合料，SBS改性沥青与RAP老化沥青性能指标对比如表4所示。

表4 新旧沥青性能指标对比

表4显示新SBS改性沥青实测值：针入度48.12 ℃/mm≥25 ℃针入度/mm指标值；5 ℃延度/cm值为30.53≥2.45；软化点/℃值为74.92≥60与新沥青基本一致，其再生沥青混合料技术指标符合相关要求，成为良好的路面材料(表4所示)。通过冻融劈裂试验得到水稳定性与RAP掺量变化，数据分析结果为RAP掺量在40%～45%时，油石比为4.81%整体稳定度较高，其高温稳定性好。在4.81%、4.91%间油石比级配的再生沥青混合料马歇尔稳定度均满足技术规范的要求。冻融循环与劈裂试验如图[8]。

图1冻融劈裂强度随着RAP掺量不断加大，样本冻融劈裂强度也随之减弱。其原因在于RAP掺量和新沥青混合料之间未能实现充分混合，所以粘附力减弱[9]，由于受到浸水与冻融两者的共同作用，两者粘连状态也随之受损，且伴随RAP掺量增长，水损害条件也相应恶化，粘连状态受损情况将愈发严重。

图1 冻融循环下劈裂试验结果图

同时，冻融循环下劈裂试验图1结果表明，新SBS改性沥青在40%RAP掺量时，其冻融劈裂抗拉强度比高于30%RAP掺量；增加RAP掺量将降低再生新沥青SBS水稳定性。由此可见，设计高RAP掺量的再生沥青混合料时，应通过增加沥青含量到50%，进而改善再生沥青混合料水稳定性。所以，综合马歇尔试验，厂拌热再生技术中废旧沥青混合料掺量控制设计指标20%、30%、40%、50%掺配比例的再生沥青混合料的最佳沥青含量为4.61%、4.71%、4.81%、4.91%区间[10]，再生剂的掺配比例为RAP质量的0.1%时，皆为适宜的RAP掺量拌制区间。此时，新再生沥青SBS针入度48.12 ℃/mm指标与新沥青基本一致，因与新沥青性能基本一致(表4)，能够最大程度地发挥再生沥青混合料的路用水稳性能。

4 小 结

综上所述RAP掺量不断增加的背景下，冷拌再生沥青混合料沥青最为理想的用量却处于不断减少的状态，稳定程度减少，流值持续增加，浸水残留稳定程度和冻融劈裂轻度也随之减弱，降低幅度不断增加。作为施工单位，应明确RAP掺量与再生沥青混合料性能之间的关系，合理限制选择RAP掺量，以保证再生沥青混合料性能指标满足公路水稳性要求。