再生沥青混合料应用探讨
2014-04-11孟祥欣史春晖
孟祥欣 史春晖 刘 博
(1.沈阳公路规划设计院，辽宁 沈阳 110168;2.锦州市大通公路勘察设计院，辽宁 锦州 121004;3.大连理工大学道路工程研究所，辽宁 大连 116024)
再生沥青混合料应用探讨
孟祥欣1史春晖2刘 博3
(1.沈阳公路规划设计院，辽宁 沈阳 110168;2.锦州市大通公路勘察设计院，辽宁 锦州 121004;3.大连理工大学道路工程研究所，辽宁 大连 116024)
简要介绍了沥青的再生机理，依据再生剂的功能与技术要求，分析了再生沥青混合料的配合比设计方法，并对再生沥青混合料的力学性能、高温性能、抗裂性能及水稳性能等进行了试验验证，为再生沥青路面的设计、施工及推广提供了理论依据。
再生技术，再生机理，混合料，配合比设计
近些年来，我国高速公路建设势头迅猛，沥青混凝土路面技术不断成熟，使沥青混凝土路面的应用越来越多。对于沥青路面翻修过程中产生的废弃旧料如果处置不合理，会产生污染环境的问题。同时新铺路面所需的材料也会有资源稀缺的问题。而采用再生技术，会有效地解决这些问题。因此，对再生的深入研究是十分必要的。
1 再生技术简介
沥青的再生技术是采用再生专用设备对废旧的沥青路面材料(RAP)进行回收处理，掺入一定比例的新集料、新沥青、再生剂等从而形成满足路用性能的再生沥青路面的技术。
依据再生过程中采用施工温度的不同，再生技术可以分为热再生技术和冷再生技术。依据再生施工场地以及施工工艺的不同，沥青路面再生可以分为厂拌再生技术和就地再生技术［1］。
2 沥青的再生机理
2.1 沥青的再生机理
目前关于沥青的再生机理普遍认为有两种理论［2］:1)相容性理论。相容性理论认为沥青老化是因为沥青胶体系中组分之间的互溶性降低。如果掺入合适的再生剂使其组分间的相溶性增加，就能使沥青性能得到恢复。2)组分调节理论。组分调节理论认为由于沥青老化使得沥青中的组分比例变得不协调。如能掺加再生剂调节其组分恢复其原有的比例，同样能使其性能恢复。
2.2 再生剂的功能与技术要求
再生剂是用来掺入老化沥青之中，改善其流变性能，从而保证再生后的沥青的针入度、粘度等指标满足要求的添加剂。再生剂的作用可以归纳为两点:1)改善老化沥青的粘度。2)通过融合分散的沥青质，调节沥青的流变行为。再生剂对于粘度、流变性质、芳香分含量以及经济性都有一定的要求。表1为建议使用再生剂的技术指标。
表1 再生剂技术指标建议值
3 再生沥青混合料的配合比设计
再生沥青混合料配合比设计过程中新增了旧料掺量以及再生剂的用量，二者均会对再生沥青混合料的性能产生比较大的影响。因此，再生沥青混合料的配合比设计要充分考虑各种因素。
我国通常采用马歇尔设计方法来进行沥青混合料的配合比设计，《公路沥青路面再生技术规范》中也建议采用马歇尔设计方法进行再生混合料设计［3］。
由于设计变量的增加，配合比设计的难度加大。因此，不可盲目照搬常规沥青混合料的经验用于再生沥青混合料中。再生沥青混合料配合比设计流程见图1。
图1 再生沥青混合料配合比设计流程图
4 再生沥青混合料的性能研究
与普通沥青混合料路用性能的验证一致，为全面反映路面在直接承受交通荷载和各种自然因素交替作用下再生沥青混合料的性能，对其进行力学性能、高温性能、水稳性能等试验验证，并以此衡量混合料配合比设计成果的优劣，最终实现为再生沥青路面设计、施工及进一步推广提供理论依据。
4.1 再生沥青混合料的力学性能
采用劈裂试验对再生沥青混合料的抗拉强度进行测试，采用单轴压缩试验对其抗压强度进行测试，分析不同掺配率的再生沥青混合料的力学性能。1)再生沥青混合料的间接拉伸试验。试验结果［4］显示:a.随着RAP掺量的增加，再生沥青混合料劈裂抗拉强度呈增长的趋势，强度值提高。b.随着RAP掺量的增加，再生沥青混合料破坏劲度模量增大。c.再生沥青混合料随RAP掺量的增加，混合料劈裂强度有所提高，破坏劲度模量明显增大，说明再生沥青混合料的柔韧性随RAP掺量的增加变差。2)再生沥青混合料的单轴压缩试验。试验结果［4］表明:a.再生沥青混合料抗压强度值较高，一方面体现了回收旧料的添加增大了混合料的抗压能力;另一方面反映出再生沥青混合料的集料颗粒间紧密嵌挤在一起，相互密实填充也增加了混合料的抗压强度。b.再生沥青混合料破坏劲度模量的变化与回收旧料掺配比例成正比。c.随着回收旧料掺配比例的增加，再生沥青混合料破坏劲度模量增加必将致使混合料柔韧性变差。综合以上力学试验结果分析，再生沥青混合料随RAP掺量的增加抗拉及抗压强度均得到较高的增长，但破坏劲度模量均随之增加，所以对混合料的柔韧性存在影响。
4.2 再生沥青混合料的路用性能
1)再生沥青混合料的高温稳定性。采用车辙试验方法测试再生沥青混合料动稳定度指标，评价不同的旧料产配比例再生沥青混合料的高温性能。试验结果［6］表明，掺加RAP材料的再生沥青混合料的动稳定度明显大于新沥青混合料，其抗车辙能力也较强。再生混合料抵抗车辙的能力随着RAP材料的掺加量提高而增大。RAP掺入后，旧料中的旧沥青与新沥青融合后，再生的沥青较新沥青粘度增加，软化点上升，高温性能得以提高。因此再生沥青混合料的变形模量增大，抵抗车辙的能力提高。
2)再生沥青混合料的低温抗裂性能。对再生沥青混合料进行冷弯试验测得其破坏弯拉应变、抗弯拉强度，计算破坏时的弯曲劲度模量，来评价再生沥青混合料的低温抗裂性。试验显示［7］，RAP中的老化沥青性能较差，其混合料低温抗裂性能弱。掺入再生剂之后，沥青性能在一定程度上有所恢复，混合料的低温性能也有提高。如果RAP掺量增加，再生剂的添加量也应当成比例的增加才能保证其混合料的低温性能。但是RAP的含量应当控制在一定范围之内，超过限度即使增加再生剂的掺量，其低温性能也是越来越差。
3)再生沥青混合料的水稳性。采用冻融劈裂试验来评价再生沥青混合料的抗水损害能力［8］。再生沥青混合料的冻融劈裂试验测得的劈裂强度较高。说明再生混合料抗水损害的能力较强。其主要原因是老化沥青经过再生之后粘度变大，与集料之间有更好的粘结，因此水稳性较好。
5 结语
文章对沥青再生的基本内容进行了简要介绍，给出了再生沥青混合料的设计方法，通过马歇尔试验得出再生沥青混合料配比中的新沥青、RAP、再生剂等用量，进一步对再生沥青混合料的路用性能加以研究分析。虽然室内试验效果良好，但毕竟未完全考虑所有自然因素，再生技术仍有待进一步完善提高。
［1］JTG F41-2008，公路沥青路面再生技术规范［S］.
［2］陈静云.沥青路面再生方法的试验研究［D］.大连:大连理工大学，2011.
［3］白素霞.再生沥青混合料的级配组成设计研究［J］.中外公路，2013(5):263-264.
［4］赵 斌.沥青混合料热再生机理及技术性能研究［D］.西安:长安大学博士学位论文，2012.
［5］韩耀斌，张 玲，王军红.热再生剂在废旧沥青混合料再生中的应用研究［J］.山西建筑，2013，39(15):91-93.
［6］杨彦海.再生沥青混合料高温抗车辙性能研究［J］.东北大学学报，2006(23):1034-1037.
［7］张志祥.再生沥青混合料疲劳性能试验研究［J］.中国公路学报，2006(53):31-35.
［8］杨彦海.再生沥青混合料抗水损害性能评价［J］.公路交通科技，2006(18):19-23.
Exploration on recycled asphalt mixture application
MENG Xiang-xin1SHI Chun-hui2LIU Bo3
(1.Shenyang Highway Planning and Design Institute，Shenyang 110168，China;2.Jinzhou Datong Highway Survey and Design Institute，Jinzhou 121004，China;3.Highway Engineering Institute，Dalian University of Technology，Dalian 116024，China)
With an introduction on the asphalt regeneration mechanism，according to regenerating agent functions and technology demands，the paper analyzes regenerated asphalt mixture mixing ration design methods，and tests its machanical performance，high temperature performance，anti-cracking performance and water stability performance and so on，which has provided some theoretical basis for regenerated asphalt pavement design，construction and promotion.
regeneration technology，regeneration mechanism，mixture，mixing rate design
TU535
A
10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2014.30.074
1009-6825(2014)30-0130-03
2014-08-18
孟祥欣(1974-)，男，高级工程师; 史春晖(1973-)，男，高级工程师; 刘 博(1991-)，男，在读硕士
