基于复配硬质沥青的大掺量高性能热再生技术

叶 勤，郑文波，胡 洋

（1.新型道路材料国家工程实验室，江苏 南京 211112；2.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 211112；3.日照市东港区公路管理局，山东 日照 276800）

基于复配硬质沥青的大掺量高性能热再生技术

叶 勤1，2，郑文波3，胡 洋1，2

（1.新型道路材料国家工程实验室，江苏 南京 211112；2.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 211112；3.日照市东港区公路管理局，山东 日照 276800）

借鉴法国耐久性高模量沥青混合料的设计理念，充分利用沥青路面回收材料中沥青老化的特性和级配细化的特点，采用硬质颗粒复配低标号沥青，并通过丰度系数指标实现大掺量高性能热再生沥青混合料。室内性能评价与验证表明，热再生沥青混合料实现了大掺量，且性能满足现行施工技术规范要求，同时满足法国耐久性高模量沥青混合料的性能指标，为热再生沥青混合料的设计和应用提供了新的思路，具有较好的经济社会效益。

热再生沥青混合料；法国高模量；低标号沥青；大掺量；路用性能

1 概述

近年来，随着高速公路大规模的建设和已建成高速公路运营时间的增加，经济的快速发展伴随着交通量的大幅增加，加上气候条件等因素的影响，导致部分高速公路提前进入了整治和改善工作，进而产生了大量的铣刨废料。路面再生利用技术的应用在一定程度上减少了铣刨料的废弃数量，有利于保护环境，减少废旧材料占地和新材料的开采量，并能够节约砂石、新沥青用量，节省大量的运输费用，大大降低了工程造价，具有显著的经济效益和环境效益。在各种再生技术方案中热再生技术相对应用更为广泛，大量的试验证明，在没有添加剂的情况下，随着旧沥青混合料比例的增加，再生沥青混合料的耐久性能逐渐变小。目前国内使用厂拌热再生沥青混合料技术中RAP料用量比例一般在30%以下，当用量在30%以上时，一般是采用添加再生剂或温拌剂等措施对沥青性能进行改良，这些措施将明显降低热再生技术的经济效益，同时也可能在添加剂的生产环节增大对环境的污染。本文将引进法国耐久性高模量沥青混合料设计理念，介绍一种性价比较高的大掺量高性能热再生沥青混合料［1］。

法国耐久性高模量沥青混合料的基本设计理念是：采用低标号硬质沥青与连续级配碎石组成的沥青混合料，具有高油石比、低空隙率的特征，通过沥青本身的性质来获得高模量沥青混合料，随着法国对重载交通下路面抗车辙变形的研究逐渐发展形成的一种独特的混合料。其特点是混合料模量提高、路面抗车辙能力和抗疲劳能力增强，延长了路面使用寿命。

本文在转变传统再生技术中以降低老化沥青黏度来换取耐久性能的再生路线，将沥青路面的再生技术与法国耐久性高模量沥青混合料技术相结合，因势利导，开展以大掺量、高模量、良好经济性为设计目标的热再生沥青混合料研究，实现废旧沥青混合料的大掺量、高性能的再生利用。

2 法国耐久性高模量技术设计思路

法国在20世纪六七十年代开发了其沥青混合料设计方法，主要考虑了3方面因素：一是组成集料的多样性；二是气候条件的多变性，特别是温度的变化；三是汽车轮载作用的破坏性。该设计方法基于一个特殊的设计理念：热拌沥青混合料在设计和施工过程中应该压实到最终密度，并且没有进一步的压实，在整个服务期内，密度与混合料施工完成后相同，LCPC也证实在使用期车辆作用下，混合料密度仅有微小增加或没有。

3 大掺量高性能热再生沥青混合料技术

沥青路面相关的再生研究表明，回收的老化沥青针入度一般在20～40（0.1 mm）左右，属于硬质沥青的范畴，回收的沥青路面材料因铣刨工艺而具有一定级配细化的特点。传统旧沥青混合料热再生的研究思路是通过添加软沥青、轻质油分或再生剂，使老化变硬的沥青软化，从而恢复其性能，通过新加集料进一步调整级配以满足现行规范要求。目前主要存在以下两点不足：一是在RAP回收材料利用掺量上相对较低（一般在15%～30%），针对于较大RAP材料掺量（一般在30%以上）的情况下，则需要添加一定的再生剂等添加剂以恢复旧料中老化沥青的性能，才能确保热再生料的质量，但是增加了成本；二是再生后混合料的耐久性能有待进一步验证［2］。

作者针对传统热再生技术的不足，基于法国耐久性高模量沥青混合料技术，采用70#道路石油沥青与低价格的硬质沥青颗粒进行一定比例复配制出的低标号沥青，与旧沥青路面回收材料（RAP料）及新集料进行混合，借鉴法国耐久性高模量沥青混合料（EME）设计方法，进行大掺量高性能厂拌热再生沥青混合料的技术研究。提出将硬质沥青颗粒复配的低标号沥青掺配到沥青质含量相对较高的老化沥青中，产生了相当于硬质沥青生产过程中的氧化和调和工艺的效果，充分利用沥青路面回收材料中旧沥青固有的老化性能，满足耐久性高模量沥青混合料中对低标号沥青的使用要求，从而实现沥青路面回收材料大掺量热再生回收利用技术；与传统以70#道路石油沥青、90#道路石油沥青以及更高标号的道路石油沥青或添加剂混合以降低老化沥青黏度设计理念相比，通过使用较大的低标号沥青用量，进而弥补大掺量热再生沥青混合料使用相对较硬的沥青引起抗水损害性能、抗低温性能、耐久性能的不足，并采用耐久性高模量沥青混合料较细的设计级配，进一步充分利用沥青路面回收材料的级配细化特点提高沥青路面回收材料的掺量，设计符合法国耐久性高模量理念（本文采用3级水平）的热再生沥青混合料，提高沥青路面回收材料掺量的同时提高热再生沥青混合料的性能［3-4］。

4 原材料要求

4.1 沥青

（1）针对沥青路面回收材料进行室内旧沥青回收后检测，结果见表1。可见沥青路面回收材料中的旧沥青具有一定的低标号沥青特征。

表1　 回收沥青试验检测结果

（2）采用70#道路石油沥青与硬质沥青颗粒按照沥青与硬质沥青颗粒比为85%∶15%比例进行复配，并对复配后的低标号沥青进行了性能检测，检测结果见表2，表明经硬质沥青颗粒复配的70#道路石油沥青达到硬质沥青的技术标准。

表2　 复配前后沥青试验检测结果

4.2集料

对于大掺量热再生沥青混合料来说，新加集料的好坏也是至关重要的。因此，宜采用石质坚硬、干净、不含风化颗粒的碎石，严格控制针片状的含量，对各种矿料和铣刨料的密度及性能进行检测，矿料筛分采用国标标准筛进行筛分。试验结果见表3、表4。

表3　 矿料相对密度试验结果

表4　 集料试验结果

5 大掺量高性能热再生混合料设计

5.1 级配要求

结合法国耐久性高模量沥青混合料技术设计思路，采用40%沥青路面回收材料的掺量对大掺量高性能热再生沥青混合料进行设计，其技术指标见表5、表6。

表5　 高模量沥青混合料级配要求（NF P98-140）

表6　 沥青混合料性能要求

5.2 级配设计

依据法国耐久性高模量沥青混合料设计理念，采用旋转压实方法对沥青混合料进行设计，确定混合料的压实特性。级配的矿料比例见表7。

表7　 矿料比例明细

5.3 最佳沥青用量确定

沥青混合料胶结料用量通过丰度系数K控制，要求丰度系数K＞3.4，K根据下式计算：

式中：TLext为油石比；100∑=0.25G+2.3S+12s+135f，G为粒径大于6.3 mm的集料占总集料的百分率，G=35.8%，S为粒径在0.25～6.3 mm的集料占总集料的百分率，S=55.6%，s为粒径在0.063～0.25 mm的集料占总集料的百分率，s=2.9%，f为粒径小于0.063 mm的集料占总的集料的百分率，f =5.7%；α=2.65/ρG，其中，ρG为集料的有效密度，ρG=2.814 g·cm-3。

当油石比为5.4%时，丰度系数K=3.66＞3.4，即5.4%的油石比满足丰度系数K的要求，可作为设计油石比。

根据法国沥青混合料旋转压实技术要求进行旋转压实试验，旋转压实设备要求见表8。试验结果汇总见表9。

表8　 旋转压实设备要求

表9　 旋转压实试验结果

5.4 混合料性能试验

室内采用条件最为苛刻的AASHTO T283代替法国耐久性高模量评价的Duriez试验和国标的冻融劈裂试验，同时增加了国标车辙和低温弯曲试验。并根据我国沥青路面施工技术规范要求，补充了浸水马歇尔试验数据［5］。分别对热再生沥青混合料进行了性能验证，验证结果见表10。

通过混合料设计和性能试验验证，表明所设计的基于低标号沥青的大掺量高性能热再生沥青混合料的抗水损害性能、高温稳定性能、低温抗裂性能都满足现行施工技术规范要求，其中法国车辙试验的高温性能同时满足法国耐久性高模量沥青混合料标准。

表10　 热再生沥青混合料性能试验结果

6 模量试验

法国规范中通过两点弯曲试验（在梯形试块上加正弦式应力）来测定混合料的复数模量。试验试件的制作：用LCPC轮胎压实机压实成型沥青混合料板，将成型的试件通过切割得到长250 mm、宽25 mm、上底25 mm、下底56 mm的梯形梁（见图1），先测试试件的空隙率，然后在15 ℃仪器中，保温24 h开始进行试验。室内采用两点梯形梁对再生沥青混合料进行复数模量试验验证，试验结果见表11，满足法国耐久性高模量沥青混合料的技术要求。

图1　 梯形梁试件尺寸（单位：cm）

7 结论

本文借鉴法国耐久性高模量沥青混合料(EME)的设计方法，充分利用沥青路面回收材料中沥青老化的特性和级配细化的特点，对硬质沥青颗粒复配的低标号沥青的大掺量高性能热再生混合料进行了设计与性能验证。结果表明，大掺量高性能热再生沥青混合料的抗水损害性能、低温抗裂性能及高温抗车辙性能均满足现行规范的要求。

同时，高温抗车辙性能满足法国耐久性高模量沥青混合料车辙指标的要求，梯形梁复数模量满足法国耐久性高模量沥青混合料模量技术指标要求，实现了大掺量的高性价比热再生沥青混合料，较传统的再生沥青混合料具有更高的模量和耐久性能。

［1］JTG F40—2004公路沥青路面施工技术规范［S］.

［2］马明宏，叶勤.大掺量厂拌热再生沥青混合料技术研究及应用［J］.现代交通技术，2014（5）:1-4.

［3］江苏省交通科学研究院.热拌再生沥青混合料耐久性试验研究总报告［R］.2011.

［4］南京市江宁区交通运输局，江苏省交通科学研究院，南京昊天路桥工程有限公司.耐久性高模量厂拌热再生沥青混合料技术研究［R］.南京，2014.

［5］ JTJ 050—2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程［S］.

Hot Recycled Technology of Asphalt Mixture Based on Low Grade Asphalt with High Performance and High Dosage of Reclaimed Asphalt Pavement

Ye Qin1, Zheng Wenbo2, Hu Yang1
（1. National Engineering Laboratory For Advanced Road Materials, Nanjing 211112, China; 2. JSTI Group, Nanjing 211112, China; 3. Rizhao Donggang District Highway Administration Bureau, Rizhao 276800, China）

In this paper,the design concept of EME is used for reference, and the characteristics of aging and gradation of RAP are used to make the low grade asphalt, and the high dosage of high performance hot recycled asphalt mixture is achieved by the abundance coefficient index.The indoor performance evaluation and verification show that the hot recycled asphalt mixture can achieve a high dosage, and the performance meets the requirements of the current construction technology, and also meets the performance index of the French high modulus asphalt mixture.This research provides a new idea for the design and application of hot recycled asphalt mixture and also has good economic and social benefits.

hot recycled asphalt mixture; EME; low grade asphalt; high dosage; pavement performance

U414

A

1672-9889（2016）04-0004-04

叶勤（1977-），男，江苏东海人，高级工程师，主要从事沥青路面方面的科研、技术咨询和检测评估等工作。

2015-11-10）