高摻量廠拌熱再生瀝青混合料路用性能應(yīng)用研究

（江蘇瑞沃建設(shè)集團(tuán)有限公司總工室，江蘇揚(yáng)州 225600）

隨著路橋工程的建設(shè)，為了滿足可持續(xù)發(fā)展要求，推進(jìn)公路建設(shè)的節(jié)約化、生態(tài)化進(jìn)程。其中再生瀝青混合料（RAP）是一種回收利用舊瀝青路面后，將其重新和新的集料、瀝青材料與再生劑等按照一定比例進(jìn)行有效拌制構(gòu)成的全新瀝青混合料，具有可循環(huán)再生利用的優(yōu)勢(shì)，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略下路橋行業(yè)發(fā)展需求。特別是當(dāng)前國(guó)內(nèi)許多瀝青路面已經(jīng)逐步進(jìn)入改擴(kuò)建或大中修階段，制造了許多的廢料和舊料，使得RAP的推廣和應(yīng)用具有非常重要的價(jià)值。但是為了確保RAP應(yīng)用的質(zhì)量，必須要對(duì)其選料以及施工配合比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 工程概況

在本次研究中主要涉及的工程主要為京港澳高速公路中磁縣到石家莊段的公路改擴(kuò)建工程，是京港澳地區(qū)河北段的重要組成部分。由于在1997年建成之后，相應(yīng)地區(qū)的交通運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)得到了迅猛發(fā)展，交通量持續(xù)增加，使得相應(yīng)路段的高速公路通行能力無法滿足實(shí)際的交通增長(zhǎng)需求，此時(shí)必須對(duì)相應(yīng)的道路進(jìn)行改擴(kuò)建。

2 舊料老化情況分析

對(duì)舊道路瀝青路面中的混合料進(jìn)行再生的過程實(shí)際上就是對(duì)混合料出現(xiàn)老化反應(yīng)的逆轉(zhuǎn)過程，所以為了更好地恢復(fù)其良好的使用性能，有必要提前深入、有效分析這些已經(jīng)出現(xiàn)老化問題的瀝青混合料。在本次研究中，針對(duì)RAP的設(shè)計(jì)依據(jù)主要包括如下兩個(gè)方面：

（1）RAP瀝青性質(zhì)分析。舊公路工程瀝青路面的混合料是影響后續(xù)RAP摻配比的一個(gè)重要因素，主要體現(xiàn)在瀝青含量、黏度、變異性以及其“三大指標(biāo)”。在對(duì)舊瀝青混合料中的瀝青進(jìn)行檢測(cè)期間可以應(yīng)用抽提法進(jìn)行提取，具體需要首先通過抽取操作確定油石比，之后利用阿布森處理獲取舊瀝青混合料中的瀝青成分，并對(duì)其延度、黏度、針入度以及軟化點(diǎn)等幾個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)和測(cè)試，這樣就可以對(duì)舊瀝青實(shí)際老化狀況進(jìn)行有效評(píng)價(jià)。

基于上述的檢測(cè)手段與技術(shù)指標(biāo)，對(duì)本次工程路段當(dāng)中的舊瀝青混合料開展抽提處理得到瀝青后，測(cè)定瀝青基本技術(shù)指標(biāo)以及油石比等，舊料瀝青的延度與針入度出現(xiàn)了顯著降低變化，相應(yīng)的軟化點(diǎn)則出現(xiàn)了升高情況，這表明瀝青混合料在長(zhǎng)時(shí)間老化作用下的飽和酚、芳香酚的相應(yīng)含量都出現(xiàn)下降變化趨勢(shì)，大幅度削弱了瀝青的低溫性能，瀝青質(zhì)與膠質(zhì)含量的增加改善了瀝青的高溫性能。而抽提得到的瀝青本身已經(jīng)發(fā)生了脆化與硬化問題，舊瀝青低溫性能指標(biāo)顯然已經(jīng)無法滿足相關(guān)規(guī)范的要求，為了更好地恢復(fù)其使用性能，就需要有針對(duì)性地恢復(fù)其低溫性能。

（2）RAP礦料級(jí)配分析。通過回收工程項(xiàng)目中的舊瀝青混合料可知，無論是采取挖除或銑刨處理，包括后期的破碎處理，這些操作都會(huì)改變?yōu)r青混合料的粗集料性質(zhì)，所以必須仔細(xì)地檢測(cè)相應(yīng)粗集料的使用性能。根據(jù)舊瀝青混合料中的實(shí)際礦料變化，可以針對(duì)性選擇適宜的新混合料摻加量，使RAP中的新舊礦料更好地保持良好的搭配比，增加整體的強(qiáng)度與使用性能。

通過對(duì)舊瀝青混合料中的骨料級(jí)配進(jìn)行分析，可以借助離心分離法分離礦質(zhì)集料與舊瀝青路面材料結(jié)合料，篩分處理抽提處理生成的礦料，配合常規(guī)使用性能的檢測(cè)分析可以對(duì)礦料的實(shí)際級(jí)配構(gòu)成情況進(jìn)行確定。

通過研究可知，回收本次公路工程中的舊瀝青混合料中粒徑為9.5、13.2和16 mm的集料出現(xiàn)顯著減少的變化趨勢(shì)，而粒徑為1.18、2.36和4.75 mm的集料出現(xiàn)顯著增加的變化趨勢(shì)，即礦料本身的級(jí)配發(fā)生了細(xì)化變化。究其根本原因，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：其一，公路長(zhǎng)期承受汽車的行車荷載作用；其二，銑刨機(jī)的刀頭對(duì)舊公路的瀝青路面造成了比較嚴(yán)重的切削破壞；其三，銑刨料的過程中損壞了集料。由此可知，本次研究中的回收料本身級(jí)配比較差，在其中添加全新的集料期間要注意對(duì)其級(jí)配進(jìn)行合理調(diào)整，保證所調(diào)配的RAP滿足使用規(guī)范和要求。

3 廠拌熱再生配合比設(shè)計(jì)

3.1 RAP摻配比設(shè)計(jì)

基于RAP的抽提操作和檢測(cè)分析可知，舊瀝青混合料中的瀝青針入度達(dá)到了28.6，為了保證同原路面采用同樣的瀝青，本次研究中選擇的瀝青標(biāo)號(hào)為70#A，同時(shí)為了可以更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)高層位再生瀝青混合料的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行探究的目標(biāo)，本次研究中決定再生原公路瀝青路面的中面層。為了對(duì)不同再生摻配比下的實(shí)際路面應(yīng)用效果進(jìn)行確定，再生瀝青混合料的摻配比分別控制在20%、30%和40%。

初步確定了再生方案：選擇新的瀝青材料的針入度為70，再生摻配比控制在20%～40%。

3.2 RAP配合比設(shè)計(jì)

針對(duì)RAP的級(jí)配設(shè)計(jì)可以按照一般瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)的基本思路與方法進(jìn)行確定。在設(shè)計(jì)RAP配合比期間，要對(duì)比分析已經(jīng)通過試驗(yàn)確定得到的舊瀝青混合料配合比以及所需瀝青混合料類型的差異性，之后通過合理調(diào)整各種混合料的級(jí)配來確定最佳的RAP配合比，具體的設(shè)計(jì)思路如下：

（1）RAP級(jí)配設(shè)計(jì)。鑒于舊瀝青混合料中不同的礦料發(fā)生了比較大的變化，即粒徑為9.5、13.2和16 mm的集料出現(xiàn)顯著減少的變化趨勢(shì)，而粒徑為1.18、2.36和4.75 mm的集料出現(xiàn)顯著增加的變化趨勢(shì)。在面層AC-20級(jí)配設(shè)計(jì)領(lǐng)域中對(duì)不同種級(jí)配設(shè)計(jì)方案的礦料比例進(jìn)行初步合成，分析各種方案下的最佳級(jí)配。（2）最佳瀝青用量確定?；贏C-20馬歇爾配合比設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)要求和規(guī)定，確定本次試驗(yàn)中的空隙率控制在4%～5%，基于相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可以將油石比確定為3.7%、4.0%、4.3%和4.6%。將不同瀝青用量比例下的瀝青混合料分別制成馬歇爾試件進(jìn)行檢測(cè)分析。

基于上述指標(biāo)分析和試驗(yàn)檢測(cè)分析之后，最終利用馬歇爾試件來對(duì)本次試驗(yàn)中的瀝青最佳用量進(jìn)行確定，最終得到最佳的油石比為4.3%。

4 路用性能分析

基于RAP的相關(guān)路用性能分析，結(jié)合相關(guān)的規(guī)范和要求，靈活地利用凍融劈裂試驗(yàn)、馬歇爾試驗(yàn)、小梁低溫彎曲試驗(yàn)與車轍試驗(yàn)來對(duì)RAP的水穩(wěn)定性、低溫抗裂性與高溫穩(wěn)定性進(jìn)行檢測(cè)，最終得出結(jié)論。

（1）RAP水穩(wěn)定性分析?；谠囼?yàn)可得如下兩個(gè)結(jié)論：①在摻配率不同時(shí)，RAP的劈裂抗拉強(qiáng)度比與殘留穩(wěn)定度都無法滿足相關(guān)規(guī)定要求。隨著摻配率的持續(xù)增加，RAP本身抗水損害性比較差，意味著舊瀝青混合料的摻入會(huì)使RAP水穩(wěn)定性出現(xiàn)下降變化。②摻配率從20%逐漸提升到30%的期間，RAP的劈裂抗拉強(qiáng)度和殘留穩(wěn)定性都出現(xiàn)了不同幅度的下降變化；當(dāng)摻配率從30%提升到40%的時(shí)候，RPA的劈裂抗拉強(qiáng)度和殘留穩(wěn)定性進(jìn)一步出現(xiàn)了不同程度的下降變化。

（2）RAP低溫抗裂性分析?；谠囼?yàn)研究可得以下結(jié)論：①RAP摻量從20%上升至30%，相應(yīng)的破壞應(yīng)變降低了6.4%。隨著摻配率的相應(yīng)增加，RAP的破壞應(yīng)變也相應(yīng)地出現(xiàn)了變小的變化趨勢(shì)，意味著RAP本身的低溫抗裂性隨著舊料摻配率的增加而出現(xiàn)了逐漸變差的變化趨勢(shì)。②瀝青出現(xiàn)老化問題之后，由于飽和酚和芳香酚等成分的揮發(fā)，使其本身的延度出現(xiàn)了大幅度降低，進(jìn)而使得RAP低溫性能急劇下降，造成隨著舊料摻配比的持續(xù)增加，降低RAP的應(yīng)變。

（3）RAP高溫穩(wěn)定性分析?；谠囼?yàn)可得以下結(jié)論：①隨著摻配率的持續(xù)增加，RAP本身的動(dòng)穩(wěn)定性也呈現(xiàn)為持續(xù)增加的變化趨勢(shì)，表明舊瀝青混合料具有越高的摻配率，RAP本身就具有更好的高溫穩(wěn)定性。在從20%升高到30%的時(shí)候，RAP本身的動(dòng)穩(wěn)定度次數(shù)增加幅度達(dá)到了7.0%；當(dāng)從30%摻量增加到40%的時(shí)候，RAP本身的動(dòng)穩(wěn)定度增加幅度達(dá)到了1.9%左右。②不同摻配比下，RAP動(dòng)穩(wěn)定次數(shù)遠(yuǎn)高于2 800 次/mm，意味著RAP之間具有良好的嵌擠狀態(tài)，填充密實(shí)性比較好，隨著瀝青不斷老化，配合較大黏度再生瀝青，增加RAP的抗剪性能。③舊瀝青本身具有的性質(zhì)會(huì)對(duì)瀝青混合料的車轍性能產(chǎn)生正面影響效果。在加載速率和溫度保持一致的基礎(chǔ)上，如果瀝青具有更高的軟化點(diǎn)和黏度，瀝青混合料也會(huì)相應(yīng)地具有更大的黏滯阻力以及更強(qiáng)的抗剪切變形能力，所以會(huì)使RAP本身具有更高的抗車轍性能。鑒于瀝青混合料中的組分伴有遷移變化趨勢(shì)，所以舊料當(dāng)中的瀝青出現(xiàn)老化變化之后的軟化點(diǎn)與黏度都會(huì)相應(yīng)提升，可以確定RAP隨著舊料摻配比的相應(yīng)增加，使得其動(dòng)穩(wěn)定性次數(shù)出現(xiàn)相應(yīng)增加的變化趨勢(shì)。

通過對(duì)上述路用性能進(jìn)行評(píng)價(jià)分析可知，除了40%摻配率RAP的低溫抗裂性能比規(guī)定要求略低之外，其余條件下所得的RAP路用性能均滿足相關(guān)規(guī)范和要求。舊料的摻入會(huì)使得RAP低溫抗裂性出現(xiàn)減弱變化，增加高溫抗車轍性能，非常適用于高速公路工程建設(shè)需求。

5 結(jié)語

通過本次研究可以對(duì)摻量廠拌熱RAP的路用性能進(jìn)行仔細(xì)分析可知，瀝青混合料各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足相關(guān)規(guī)范和要求，同時(shí)再生瀝青路面可以起到減少環(huán)境污染與節(jié)約資源的作用，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。在RAP中摻入舊瀝青混合料可以增加其高溫抗車轍性能，所以在實(shí)際的工程項(xiàng)目中應(yīng)用高摻量廠拌熱再生瀝青混合料期間，要做好舊瀝青混合料的仔細(xì)分析，科學(xué)設(shè)計(jì)高摻量廠拌熱再生瀝青混合料的配合比，確保全面提升其使用性能。