高掺量RAP冷再生沥青混合料路用性能研究

朱金标， 何 伟， 郭亮亮， 李 鑫

(天津市交通科学研究院， 天津 300074)

截至2021年末，全国公路总里程528.07万km，比2020年末增加8.26万km[1-3]。公路养护里程525.16万km，占公路总里程99.4%，我国已进入建养并进的阶段[4-7]。在各种养护技术中，RAP冷再生既能提高旧沥青混合料利用率，在摊铺碾压过程中又不产生有毒有害气体。目前，国内外学者对RAP冷再生沥青混合料进行了研究[8-10]，国外对RAP冷再生研究起步较早，并且颁布了系列标准规范，对RAP冷再生技术的研究已日趋成熟[11-13]；国内研究及应用起步较晚，且RAP掺量基本在50%左右，相较国外掺量水平较低[14-15]。本文针对高掺量RAP冷再生沥青混合料配合比设计及路用性能分析进行研究，并用于山西省沁源县铺筑试验路进行验证检测。

1 原材料

1.1 集料

本文对所用集料、水泥进行试验检测，结果见表1、表2。由表1、表2可知，各检测指标都满足规范要求。

表1 集料性能指标

表2 水泥性能指标

1.2 沥青

对使用的乳化沥青进行了针入度、延度及软化点等试验，结果见表3。由表3可知，检测结果均符合规范要求。

表3 乳化沥青技术性能指标

2 配合比设计

2.1 级配

RAP掺量分别为75%、90%、100%，根据筛分试验得出冷再生混合料各筛孔通过率，并据此确定试件级配，级配范围见表4。

表4 级配范围

由表4可知，级配在上下限范围内，符合要求。

2.2 最佳含水率

按《公路土工试验规程》(JTG 3430—2020)中T0131的方法，采用重型击实试验确定最佳含水率，获得最大干密度时混合料的含水率即为混合料最佳含水率OWC，试验数据见表5。

表5 最佳含水率测定试验数据

表5试验结果表明，随着RAP掺量的增加，混合料含水率和干密度均逐渐减小。

2.3 最佳油石比确定

由于现场施工存在热压实过程，增大马歇尔2次击实次数更加贴合现场施工工艺。为此，根据表6方法成型马歇尔试件，并对成型好的试件进行劈裂试验、毛体积密度试验及最大理论密度试验，以确定最佳油石比，试验结果见表7。

表6 冷再生沥青混合料马歇尔试件成型方式

表7 试验结果

从表7试验结果看，随着击实次数的增加，3种RAP掺量的冷再生混合料3项性能指标均有所提升。当击实次数为75次时，3种RAP掺量的冷再生混合料劈裂强度随油石比的增加呈先上升后下降的趋势，而干湿劈裂强度比无明显规律。当击实次数为150次时，75%与100%RAP掺量的冷再生混合料劈裂强度随油石比的增加呈先上升后下降的趋势，而90%RAP掺量的冷再生混合料劈裂强度随油石比的增加而增加，3种RAP掺量试件的干湿劈裂强度比基本超过100%，究其原因可能在于击实次数的增加导致试件毛体积密度增大，试件内部结合愈加紧密，油石比越大劈裂强度越高。因此，不能仅凭2种评价指标确定合适的油石比。为此，需引入新的评价指标来协助确定冷再生沥青混合料油石比，本文针对RAP不同掺量以无侧限抗压强度作为补充评价指标，其试验结果如图1所示。

图1 3种RAP掺量下混合料无侧限抗压强度值

由图1可见，3种不同RAP掺量的沥青混合料，随油石比的增加，其无侧限抗压强度均呈先升后降的趋势，表明无侧限抗压强度指标可用来辅助确定最佳沥青用量。结合击实150次劈裂强度与无侧限抗压强度，得出75%、90%、100%RAP掺量最佳油石比分别为4.2%、4.0%、3.6%。

3 不同RAP掺量混合料路用性能

3.1 混合料性能试验

分别对75%、90%以及100%RAP掺量混合料进行车辙试验、冻融劈裂试验、无侧限抗压强度试验、劈裂试验，结果如图2所示。

(a) 劈裂强度

1) 抗拉性能

根据图2(a)结果可知，随着RAP掺量的增加，冷再生沥青混合料的抗拉性能有所减弱，其中90%RAP掺量和100%RAP掺量混合料较75%RAP掺量混合料劈裂强度的降幅分别为10.89%、23.48%，但均符合规范要求。由于旧料自身沥青老化导致沥青粘结性能较差，当完全使用沥青混合料旧料时，混合料之间粘结力不足，劈裂强度降低。

2) 抗水损坏性能

根据图2(b)和图2(c)结果可知，其中90%RAP掺量和100%RAP掺量混合料较75%RAP掺量混合料干湿劈裂强度比降幅分别为0.74%、3.80%；冻融劈裂强度比降幅分别为1.15%、0.51%。随着RAP掺量的增加，冷再生沥青混合料的抗水损坏性能变化不大。原因可能在于冷再生沥青混合料掺加了水泥，3种RAP掺量的冷再生沥青混合料的空隙率差异较小，随着试件在水中浸泡的时间增加，水泥水化反应较为完全，为沥青混合料提供了初期强度，进而提升了冷再生沥青混合料的抗水损坏性能。

3) 高温性能

通过车辙试验对3种RAP掺量的冷再生沥青混合料进行高温性能检测，图2(d)试验结果显示，3种RAP掺量的冷再生沥青混合料均符合规范要求。其中90%RAP掺量以及100%RAP掺量混合料较75%RAP掺量混合料动稳定度降幅分别为3.21%、10.19%。由于旧料中的沥青已经老化，在养护以及试验过程中一定程度上致使沥青发生二次老化，因此，随着RAP掺量的增加，冷再生沥青混合料的高温性能下降。

4) 抗压性能

采用无侧限抗压强度试验对3种RAP掺量混合料抗压强度进行检测，图2(e)表明，90%RAP掺量以及100%RAP掺量混合料较75%RAP掺量混合料抗压强度降幅分别为6.21%、19.73%。由于旧料已在荷载作用下产生破坏，当完全使用旧料时，冷再生沥青混合料抗压强度大幅度衰减并小于规范要求。

3.2 试验段压实度检测

本研究依托山西省沁源县交口至有义段公路改建工程，起讫桩号为K128+600～K149+300，路线全长20.7 km，公路等级为二级。试验段采用ATB-25乳化沥青冷再生混合料，RAP掺量分别为75%、90%以及100%，初压采用双钢轮压路机1遍～3遍，第1遍前进采用静压方式，其他压实遍数在不发生混合料推移的情况下都采用振动碾压；复压采用单钢轮压路机振动压实3遍～5遍，终压采用轮胎压路机静压2遍～3遍，试验段质量检测结果见表8，路面效果如图3所示。

表8 试验段压实度检测结果

图3 碾压后的试验段路面照片

从表8可知，3种RAP掺量混合料试验段压实度检测结果均满足规范要求。

4 结论

本研究对比2种击实次数下沥青混合料性能指标，确定适合于冷再生沥青混合料成型方法及评价指标，通过对不同掺量条件下冷再生沥青混合料性能试验以及试验段质量检测，得到其路用性能。主要结论如下：

1) 随着击实次数的增加，劈裂强度及干湿劈裂强度比作为评判冷再生沥青混合料最佳油石比指标，可通过增加无侧限抗压强度指标用来确定最佳沥青用量。

2) RAP掺量90%和100%混合料较RAP掺量75%的混合料劈裂强度的降幅分别为10.89%、23.48%，干湿劈裂强度比降幅分别为0.74%、3.80%，冻融劈裂强度比降幅分别为1.15%、0.51%。随着各掺量试件在水中浸泡的时间增加，冷再生沥青混合料的抗水损坏性能均比较稳定。

3) RAP掺量90%和100%混合料较RAP掺量的75%混合料动稳定度与抗压强度均有所下降。由于旧料中的沥青已经老化，集料已在荷载作用下产生破坏，当完全使用旧料时，冷再生沥青混合料高温及抗压性能较差，并且当RAP掺量为100%时混合料抗压强度不能满足规范要求。

4) 对3种RAP掺量下冷再生沥青混合料进行试验段铺设，并进行压实度检测，压实度检测结果均满足规范要求，高RAP掺量冷再生沥青混合料可满足路用要求。