再生沥青混合料的混合效率研究

李汝阳 朱旭东

（河南省中原路桥建设（集团）有限公司 南阳 河南473000）

1 引言

随着再生沥青混合料（RAP）越来越多地应用于沥青路面施工，新旧沥青混合效率问题一直被道路研究者所关注。一般来说，经历过服役期的沥青路面在车辆荷载和外界环境的反复作用下，结合料不同程度地被氧化，稠度变大。然而，当将旧结合料应用于新路面结构时，人们一般假定新旧沥青是完全混合的，这个假定对沥青路面的长期服务性能起着至关重要的作用。如果稠度很大的旧沥青没有与新沥青均匀地混合在一起，再生沥青路面结构性能将得不到保证。

很多道路研究者针对再生沥青混合料的研究做了大量工作，自2000年以来，国内开始对沥青路面结合料的老化行为和再生机理进行系统深入的研究，并结合地区情况加以应用。但与发达国家相比，我国的沥青路面再生技术还处于起步阶段，缺乏必要的理论指导，混合料的性能评价也有待深入研究。交通部于2008年发布了《沥青路面再生应用技术规范》（JTGF41-2008），对指导我国沥青路面再生技术的应用和推广具有积极的推动作用[1]。为了有效回收利用翻修产生的沥青废料，需开展废旧沥青材料与新沥青的混合效率研究，该研究具有显著的经济、社会和环境效益。一般来讲，沥青路面在车辆荷载和外界环境的反复作用下，RAP材料中沥青经过长期老化而变硬变脆[2]。然而，当旧结合料应用于新路面结构时，人们一般假定新旧沥青是完全混合的，这个假定对沥青路面的长期服务性能有较大影响[3]。如果稠度很大的旧沥青没有与新沥青均匀地混合在一起，再生沥青路面结构性能将得不到保证。研究新旧沥青混合效率而恰当地设计路面结构，服务整个道路使用寿命是一项很重要的工作。黄宝山和Bowers等人为了评价新旧沥青混合效率采用了DSR和有限元分析等方法[4]，中国对RAP材料的研究开展较晚，目前还没有一个成熟的应用指导意见。

笔者主要对新旧沥青的混合效率进行细致的研究，并对不同的研究结果对比分析，包括施工拌合工艺、研究方法对新旧沥青混合效率的影响，得出目前研究新旧沥青混合效率的方法对于恰当设计路面结构而服务整个道路使用寿命是很重要的。另外，从保护环境、节约能源和经济的角度考虑，旧沥青与温拌剂结合使用是非常有必要的。

2 材料选择与试验方法

2.1 材料选择

PG 64-22新沥青、新集料、回收沥青混合料。回收料应在筒形辊机中处理2min后对其标准筛分，收集仅落在2.38mm孔径上的细料，保证集料没有灰尘、团聚现象；新集料为石灰岩，也对其进行标准筛分，收集落在12.7mm孔径上的粗集料；经处理后的回收料对其抽提，测得沥青含量为3.26%。拌合试验要求混合料的沥青含量为3%，65%的回收料，35%新集料，加入新沥青的量是集料重量的0.91%，新沥青掺量由室内试验得到。温拌剂分为表面活性类和蜡类2种，其掺量分别为沥青总量的0.42%和1.5%，根据不同的拌合工况将相应温拌剂加入热沥青中搅拌均匀。

2.2 拌合试验

新沥青和新集料加热拌合，为了确保新沥青很好地裹覆到新集料上，待拌合1min后，再加入回收料一起拌合至试验设定时间，试验工况见表1。拌合完成后把粗料与细料分离，按照AASHTOA T164的标准方法用正溴丙烷作溶剂分别对粗、细料做溶液抽提，回收沥青。

表1 拌合试验工况

2.3 DSR试验

回收的沥青做DSR和频率扫描试验，温度为10℃，25℃和40℃，频率为0.01、0.1、1、10、20和25HZ，历时8s，最终生成25℃下的DSR主曲线。

2.4 GPC方法

凝胶渗透色谱法（简称GPC法），是用来测定高聚合物相对分子质量及其分布的快速而可靠的方法，可以评价沥青结合料特性。依据以往研究，混合效率定义为粗集料里大分子含量与细集料里大分子含量的比值，其表达式为：

3 结果分析

3.1 拌合时间影响分析

复数模量随拌合时间变化的主曲线如图1所示，粗集料里回收的沥青流变特性较好且拌合时间在30s、60s、105s时没有明显差别，细集里回收的沥青流变性较差，这种情况下可以判断从粗集料中回收的沥青没有混合旧沥青。但是当拌合时间增加到150s时，在较低的拌合频率下复数模量明显增大，这表明从粗集料中提取出了旧沥青。

图1 不同频率下复数模量随拌合时间的变化曲线

由图2中的数据得出：拌合温度为60℃，拌合时间从30s增加到150s的工况下，混合效率大约从55%增加到将近80%。将拌合时间（分别30s、60s、105s、150s）与混合效率线性回归，得出拟合方程：混合效率%=0.1591x拌合时间+49.73。

假定整个拌合时间内，混合效率与拌合时间呈直线变化，由回归方程知，混合效率达到100%所需要的拌合时间约为5min，在实际工程中是不现实的。但是在室内尝试着做了拌合时间为5nim的情况，得出了一个重要结论：拌合时间从150s增加到300s，混合效率仅仅从77%增加到78%，通过增加拌合时间来提高混合效率是几乎没有意义的。而且拌合时间超过150s后，拌合时间与混合效率不成线性关系，出现这种结果很可能是拌合时间过长，混合料温度下降所致，也可能是持续提高拌合温度混合效率不会继续提高。当然，300s的拌合时间应用于施工现场是不实际的。

3.2 拌合温度影响分析

混合效率随拌合温度的变化如图3所示，细集料的旧沥青大分子量百分率没有明显增加，可能是由于粗集料上的沥青正在接收RAP中旧沥青分子；也可能是由于新的热集料与新热沥青可以促进旧沥青溶解，并且新旧沥青进一步相互扩散；还有可能是温度增高，新沥青被氧化而变硬，同时旧沥青的稳定性也有利于一部分新沥青被氧化。但是必须考虑到温度升高对混合效率的潜在影响，这一部分的研究仍在继续。

图3 拌合时间为105s时不同拌合温度下的混合效率变化规律

3.3 温拌剂影响分析

分别对2种温拌剂的使用效果进行了评价，对比分析得出两者都有利于新旧沥青混合，但是具体表现有差异，添加表面活性类与其它2种方法相比更有利于提高混合效率。这表明：表面活性类温拌剂确实有助于新旧沥青混合，蜡类温拌剂似乎可以改善混合料的工作性，粗集料与新沥青拌均匀后更容易裹覆RAP材料。在拌合时间更长、温度更高的条件下，进一步研究蜡类与表面面活性类温拌剂的作用时发现：蜡类温拌剂也提高了RAP的掺合能力。

4 结论

为了评价拌合时间、拌合温度与温拌剂对新旧沥青混合效率的影响，用大量新集料，PG 64-22新沥青、回收料中的细料作为拌合原材料。对9种工况下的混合料进行拌合试验，拌合后将裹覆有沥青的粗细集料分开并分别抽提，回收沥青，采用DSR和GPC试验方法，研究沥青的流变特性和分子量分布，得出以下结论：

4.1在一定的拌合条件下，新旧沥青混合效率能达到80%以上。

4.2拌合时间增加，新旧沥青混合裹覆到新集料上。

4.3拌合时间超过2.5min，即使拌合时间与混合效率呈线性关系，对提高混合效率的作用也很有限。

4.4拌合温度对混合效率有显著影响，拌合温度从130℃上升到180℃，混合效率从59%增加到70%。

4.5拌合温度超过180℃时，回收料里的大分子含量没有明显增加。

4.6表面活性类温拌剂对提升新旧沥青混合效率有显著影响，掺加温拌剂拌合条件在130℃、105s混合料达到76%，等同于不掺温拌剂拌合条件在160℃、150s的情况。

［1］郑南翔，侯月琴，纪小平.老化沥青再生性能的预估分析［J］.长安大学学报（自然科学版），2009，29（3）:6-10.

［2］谭忆秋，王佳妮，冯中良，等.沥青结合料紫外老化机理［J］.中国公路学报，2008，21（1）:19-24.

［3］Zhao，S.，Huang，B.，Shu，X.，et al..Compara-tive evaluation of warm mix asphalt containing high percentages ofreclaimed asphalt pavement［J］.Constr.Build.Mater.，2013，44，92-100.

［4］Benjamin F.Bowers，Jason Moore，Baoshan Huang etal..Blending efficiency of Reclaimed Asphalt Pavement:An approach utilizing rheological properties and molecular weight distributions［J］.Fuel，2014，135:63-68.