厂拌热再生沥青混合料水稳定性能研究

方 杨，李善强，2，刘 宇

(1.广东华路交通科技有限公司，广东 广州510400;2.长安大学公路学院，陕西 西安710064)

近年来，出于节约能源、绿色低碳发展的理念，厂拌热再生技术由于使用效果良好在我国受到重视。我国高速公路经过十几年的建设期，如今许多沥青路面达到中修大修期限。如何高效合理利用这些有回收价值的 RAP(回收沥青路面材料，Reclaimed Asphalt Pavement)是亟待同仁研究的课题。已有研究表明［1-3］，RAP掺量不超过40%时，热再生混合料的水稳定性不低于非再生混合料。笔者将针对RAP掺量在30%以上的热再生混合料水稳定性能进行综合分析。

沥青路面水损害是水在外力作用下渗入到沥青与矿料的界面或沥青内部，使沥青与矿料之间的黏附性降低并逐渐丧失黏结能力，从而使沥青膜逐渐从矿料表面剥离致使沥青混合料松散掉粒，进而使沥青路面发生整体性破坏的过程［4-8］。

1 水稳定性能试验

按照JTG F 40—2004《公路沥青路面施工技术规范》［9］(以下简称《规范》)采用马歇尔设计方法，以AC-25普通沥青混合料为基准，分别掺加30%，45%，60%RAP，拌制了4种AC-25混合料;以 AC-20普通沥青混合料为基准，分别掺加30%，45%RAP，拌制了3种AC-20混合料。胶结料为东莞东交AH-70重交通道路石油沥青。采用JTG E 20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》［10］(以下简称《规程》)中的浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、肯塔堡浸水飞散试验研究水稳定性能，并结合混合沥青黏韧性试验结果对水稳定性能进行综合评价。

1.1 浸水马歇尔试验

浸水马歇尔试验以残留稳定度评价水稳定性能，如图1。从图1看出，在RAP各种掺量下沥青混合料的残留稳定度均满足《规范》［9］要求。AC-25沥青混合料残留稳定度在RAP为30%时达到峰值后随着RAP掺量增加而降低;AC-20沥青混合料残留稳定度在随RAP掺量增加而降低。浸水马歇尔试验认为热再生沥青混合料水稳定性能总体上比普通沥青混合料要低，RAP在30%用量时出现最大值。

图1 浸水马歇尔试验残留稳定度与RAP掺量关系Fig.1 Relationship between RAP content and residual stability of immersion Marshall test

1.2 冻融劈裂试验

混合料冻融劈裂试验以残留强度比评价水稳定性能。残留强度比与RAP掺量关系如图2。从图2看出，在RAP各种掺量下，沥青混合料的残留强度比均满足《规范》［9］要求。普通沥青混合料残留强度比最低;随着RAP增加热再生混合料残留强度比时高时低，毫无规律。冻融劈裂试验认为热再生混合料水稳定性比普通混合料要好，RAP掺量为30%时出现最大值。

图2 冻融劈裂试验残留强度比与RAP掺量关系Fig.2 Relationship between RAP content and freezing-thawing splitting stability

1.3 肯塔堡浸水飞散试验

肯塔堡浸水飞散试验以浸水飞散损失评价水稳定性能，其与RAP掺量关系如图3。图3中飞散损失先降低后增加，RAP在30%时损失最低，意味着沥青混合料水稳定性能先加强后减弱。RAP在30%时水稳定性最好，这个结论与前两项试验结论相同。

图3 肯塔堡浸水飞散损失与RAP掺量关系Fig.3 Relationship between RAP content and Cantabro immersion scattering loss

1.4 黏韧性试验

肯塔堡飞散试验使沥青黏结能力的重要性突显出来，黏结能力的丧失正是水损害发发生的病根。在沥青性质众多指标中，黏韧性试验是唯一评价黏结能力的指标。

国内对沥青黏韧性研究几乎处于空白，该指标在日本非常受到重视。黏韧性试验在1974年被日本橡胶协会定为标准，并收入日本道路协会铺装试验法便览。现在日本沥青路面铺装要纲的改性沥青标准中正式列入了黏韧性指标，用以评价沥青改性效果［11］。根据日本的研究，沥青的黏韧性影响沥青混合料的抗剥离性能、脆性和高温稳定性，提高黏韧性能够防止骨料松散、改善抗滑能力以及抗车辙能力［12］。

笔者进行了混合沥青的黏韧性试验。混合沥青是热再生混合料设计时根据RAP沥青含量、RAP掺量、最佳沥青用量确定了AH-70沥青和旧沥青比例后，混合而成的沥青。黏韧性试验曲线如图4。

图4 黏韧性试验荷载-变形曲线Fig.4 Curve of load-deformation in toughness test

根据黏韧性试验原理，笔者提出沥青“黏结性”的概念。沥青黏结性定义为：沥青与被黏物体紧密结合抵抗拉力破坏的能力，表现为力值较大，变形较小。沥青的韧性是沥青变形和断裂过程中吸收能量的能力，表现为力值较小，变形较大。沥青黏韧性是沥青黏结性与韧性之和。在数值上，沥青黏结性 =曲线ABCE的面积 =曲线ABCDF的面积－曲线CDEF的面积 =沥青黏韧性－沥青韧性，单位为N·m。表1为混合沥青黏韧性试验结果。图5为混合料浸水飞散损失与混合沥青黏结性关系。

表1 混合沥青黏韧性试验结果Table 1 Results of mixed bitumen toughness test

图5 沥青混合料浸水飞散损失与混合沥青黏结性关系Fig.5 Relationship between bitumen toughness and Cantabro immersion scattering loss

图5表明热再生混合料的浸水飞散损失与混合沥青黏结性存在良好的二次项关系，RAP掺量在30%时，混合沥青黏结性较为合适，混合料抗水损害能力较好。

2 试验结果分析

由于浸水马歇尔试验过程荷载为静荷载，不能模拟水分对沥青膜产生的机械冲刷及反复吸压作用，稳定度值所反映的主要是集料之间的嵌挤力，而对于沥青与集料之间黏附力不敏感［4-8］，所以浸水马歇尔试验不能准确评价混合料水稳定性。

冻融劈裂试验存在类似的缺陷，不过劈裂过程可以部分衡量混合料抗拉强度，比浸水马歇尔试验合理一点。但笔者研究表明该试验结果无规律。

肯塔堡浸水飞散试验通过浸水模拟沥青老化，通过反复机械冲击磕碰打磨考察混合料矿料嵌挤能力、沥青老化后的黏结能力、抗剥离能力，用于检验沥青用量或黏结能力不足造成了路面集料脱落和散失的程度，能够最大程度的模拟水损害过程。肯塔堡飞散试验结果能够与沥青黏韧性性能很好的对应。

日本标准中对沥青黏韧性和韧性做出了细致要求，例如高黏附性沥青要求黏韧性≥16 N·m、韧性≥8N·m，高黏度改性沥青黏韧性≥20 N·m、韧性≥5 N·m［12］，意味着只有在满足沥青韧性的前提下提高黏结性才有意义，二者必须协同一致才能保证沥青混合料抗裂能力和防松散能力。而表2中混合沥青性质恰恰相反，随着RAP用量提高，黏结性不断提高，韧性不升反降。黏韧性虽然比普通沥青提高了一倍以上，但主要是黏结性在提高，韧性贡献很小甚至降低。分析认为：

1)随着RAP掺量增加旧沥青增加，混合沥青越来越硬，峰值拉力迅速增加，使得图4中曲线ABCE的面积增大，黏结性在迅速提高。由于B点峰值拉力在试验开始后几秒钟内就已经达到，黏结性的增加主要是由于AB线段拉高，AE线段延长不多甚至在后期会降低。例如RAP掺量由45%提高到60%时，混合沥青黏结性提高2%，峰值拉力却提高66%，说明AE线段长度在缩短。

2)表1中，不掺RAP的全新AH-70沥青、RAP掺量为30%和45%时的混合沥青进行黏韧性试验时样品均能够被拉伸至《规程》［10］规定的0.3 m。当RAP掺量到达60%时，样品在试验后期断裂，导致图4中CD线段缩短，曲线CDEF面积减小，韧性降低，使得混合沥青黏结性是普通沥青的250%，韧性却是普通沥青的80%。韧性降低意味着变形能力小吸收能量的作用弱，混合沥青逐渐由黏弹性向脆性转变，即使黏结性提高幅度很大，但是韧性降低引起的脆性破坏作用超过黏结性提高带来的强化作用，最终混合料的表现是硬而脆，其抵抗机械冲击能力下降，抗剥落性能降低。所以热再生混合料浸水飞散损失在RAP掺量继续提高后呈现出图5的规律。

3 工程应用

2010年12月—2011年1月，在广东省广惠高速公路广州至惠州方向路段，铺设了较高掺量RAP厂拌热再生混合料试验路段，全长4 080 m。试验路段设计了3种结构方案，中面层(AC-20+30%RAP)+下面层(AC-25+30%RAP)、中面层(AC-20+30%RAP)+下面层(AC-25+45%RAP)、中面层(AC-20+45%RAP)+下面层(AC-25+45%RAP)。经过连续两年的密切监测，试验路段经过广东省湿热高温气候和大交通量的严酷考验，整体平整密实，无车辙无裂缝，表现良好。

4 结论

1)浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验结果表明热再生混合料水稳定性能满足规范要求;浸水马歇尔试验结果认为热再生混合料水稳定性在RAP掺量为30%时略优于普通沥青混合料，RAP掺量为45%，60%时不如普通沥青混合料;冻融劈裂试验结果表明RAP掺量为30%，45%，60%时热再生混合料水稳定性均优于普通沥青混合料。

2)浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、肯塔堡浸水飞散试验结果均表明热再生混合料在RAP掺量为30%时，水稳定性能最好。

3)肯塔堡浸水飞散试验能最大程度的模拟水损害过程，且与混合沥青“黏结性”关系良好，可以用作评价沥青混合料水稳定性的方法。

4)沥青黏结性和韧性指标可用于评价沥青混合料水稳定性。

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