RAP掺量对泡沫温拌沥青混合料路用性能影响研究

胡 建 明

(武义县公路管理段,浙江 金华 321200)



RAP掺量对泡沫温拌沥青混合料路用性能影响研究

胡 建 明

(武义县公路管理段,浙江 金华 321200)

在系统分析RAP旧料的基础上，对不同RAP掺量的混合料进行了配合比设计，并验证了体积参数，通过试验，研究了不同RAP掺量的泡沫温拌沥青混合料的高温性能、低温性能、水稳性能及疲劳性能，结果表明，RAP材料的加入提高了混合料的高温性能，增大了孔隙率并降低了低温性能、水稳性能以及疲劳性能。

沥青混合料，RAP掺量，路用性能，配合比

0 引言

沥青路面已经成为我国路面的主要形式，在自然条件和交通荷载作用下，沥青路面会出现各种不同病害[1]。为了恢复路面路用性能，同时实现道路的可持续发展，沥青路面再生技术得到越来越多的重视。

沥青路面的再生技术是将旧沥青路面材料处理后，与再生剂、新沥青等重新拌和成沥青混合料，能满足路用性能并重新铺筑于路面的一整套工艺[2，3]。然而，传统热再生存在旧料掺配比例低、混合料二次老化等缺陷[4]。温拌沥青路面技术可以使混合料拌和温度低于传统的热拌沥青混合料，而性能却能达到热拌沥青混合料的水准[5，6]。将泡沫温拌技术与热厂拌再生技术有机结合，不仅解决了RAP材料利用率低的现状，而且降低了沥青混合料在生产、施工环节的老化，延长了路面寿命。

然而，当下对泡沫温拌技术能够增加多少最大RAP掺量以及RAP料掺量对泡沫温拌再生混合料的性能影响尚没有系统研究。本文首先对不同RAP掺量的混合料进行配合比设计，在马歇尔体积参数验证的基础上，系统研究RAP掺量对泡沫温拌沥青混合料路用性能的影响，从而为泡沫温拌沥青混合料的最佳RAP掺量选择提供依据和参考。

1 材料

本次试验采用的RAP料取自浙江金华公路工程中，抽提法测定RAP料的油石比、矿料级配及旧沥青性能指标。将回收旧料按是否通过9.5 mm筛分为RAP粗和RAP细两档，旧料的抽提结果及筛分结果分别见表1和表2，旧沥青性能指标见表3。

表1 抽提实验结果

表2 RAP材料集料筛分结果

表3 回收沥青的基本技术指标

从旧沥青性能来看，该沥青的软化点较高而针入度较低，说明该沥青的老化程度较大，但仍满足热再生条件，可以进行再生利用。

除了RAP料中的集料及旧沥青外，本文实验材料还有石灰岩集料、安徽产70号基质沥青、矿粉。

2 沥青混合料的配合比设计

2.1 混合料的级配设计

本研究中RAP料掺量分别为沥青混合料的20%，30%，40%，50%，60%及80%。以AC-20级配中值为目标级配。为比较RAP掺量对混合料路用性能影响，设置各RAP掺量下混合料级配基本相同。各RAP掺量矿料组成见表4。

表4 不同RAP掺量矿料组成 %

2.2 混合料新添胶结料量的确定

根据以往AC-20型混合料设计与施工经验，混合料的设计油石比为4.5%。为了保证实验结果的可比性，在计算出原RAP料的当量油石比的基础上，结合RAP料的掺量，用设计油石比扣除旧沥青含量所带来的油石比，即为泡沫沥青油石比。不同RAP掺量下泡沫沥青油石比的计算结果如表5所示。

表5 不同RAP掺量下泡沫沥青油石比 %

2.3 马歇尔击实验证

在确定不同RAP掺量下泡沫温拌沥青混合料设计级配的配合比及油石比的基础上，采用马歇尔击实法对不同RAP掺量混合料进行体积参数验证，从体积参数的角度讨论RAP料的最佳掺量。拌合温度140 ℃，成型温度130 ℃，测定并绘制试件毛体积密度等各体积指标的关系如图1所示。

根据图1可知：RAP料掺量增加，沥青混合料试件毛体积密度减小、孔隙率增大、沥青饱和度降低、矿料间隙率增加。分析认为RAP料中已老化沥青因粘度增大，造成泡沫温拌沥青混合料和易性变差；沥青混合料的和易性随着RAP料掺量的增加而变差，导致沥青混合料试件不易击实，从而增大孔隙率。此外，RAP料掺量超过60%时，泡沫温拌沥青混合料的各项体积指标已达不到规范要求，仅考虑混合料的体积参数时，建议回收的RAP材料掺量为40%左右。

3 沥青混合料的路用性能对比

3.1 高温性能

沥青路面高温稳定性是指沥青混合料在荷载作用下抵抗永久变形的能力[7]。车辙试验可用于评价沥青混合料抵抗塑性流动变形的能力，用动稳定度或车辙深度来表征试验结果。动稳定度计算式如下：

其中，C1为轮辙试验机类型系数；C2为试件系数；D45，D60分别为45min和60min时的轮辙变形量，mm。

不同RAP掺量泡沫温拌再生沥青混合料高温稳定性能试验结果见图2。

从图2可以发现，掺加不同比例的再生沥青混合料的抗车辙性能均能达到JTGF40—2004公路工程沥青路面施工技术规范中指标的要求，车辙试验的动稳定度与RAP材料的掺量具有较好的相关性，且RAP材料掺量增加，动稳定度逐渐增大。不同RAP材料掺量的泡沫温拌再生沥青混合料动稳定度均能满足规范要求。

3.2 低温性能

混合料低温性能是混合料抵抗开裂破坏的能力，可利用低温小梁试验破坏应变作为评价混合料低温性能的指标[8]。

采用-10 ℃小梁低温弯曲试验测定沥青混合料在某一特定温度和加载速率下的性能，研究混合料抵抗低温开裂的能力[9]。试验采用温度为(-10±0.5)℃，加载速率采用1mm/min，试验结果如图3所示。

试验结果表明泡沫温拌再生沥青混合料低温性能与RAP材料的掺量存在较好的相关性，沥青混合料的破坏应变值随RAP料掺量的增大而呈现减小的趋势，RAP料掺量超过50%，破坏应变值已无法满足规范要求。

3.3 水稳性能

沥青路面水损害是水分进入沥青与集料的界面影响沥青与集料的粘附性而引起的，沥青混合料的老化会使抗水损害性能有所降低[9]。采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验研究掺加不同比例RAP料的再生沥青混合料抗水损害性能，具体的试验结果如图4，图5所示。

试验结果表明RAP料掺量超过50%时，泡沫再生沥青混合料的浸水马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强度比达不到规范要求；无论是浸水马歇尔残留稳定度，还是冻融劈裂强度比，都随着RAP料掺量增加而逐渐减小，表明RAP料的加入降低了泡沫温拌沥青混合料的水稳定性。

3.4 疲劳性能

沥青混合料在车辆荷载反复作用下，其材料性能呈现逐渐衰减直到破坏疲劳特性[10]。由于旧料抗疲劳性能较差，对泡沫温拌再生沥青混合料的疲劳性能验证非常重要。

本文采用四点梁疲劳试验评价沥青混合料疲劳性能，分别对RAP材料掺量在20%，30%，50%，60%和80%情况下的再生沥青混合料进行疲劳试验，疲劳试验条件为：采用应变控制方式，控制应变为400με，频率为10Hz，试验温度为15 ℃±1 ℃，以小梁试件劲度模量下降至初始劲度模量的50%为疲劳破坏标准。疲劳实验结果见图6。

由疲劳试验结果可见，再生混合料中RAP料掺量增加，泡沫温拌再生沥青混合料疲劳寿命逐渐减小。RAP掺量为40%时的疲劳寿命约为掺加80%时的3倍。从混合料的疲劳寿命角度考虑，RAP材料的掺量不宜过大。

4 结语

1)就混合料体积指标而言，当RAP材料掺量超过60%时，试件的体积指标已达不到规范要求。RAP材料的掺入增加了孔隙率和矿料间隙率，并使沥青饱和度逐渐减小。

2)就路用性能而言，RAP料的加入提高了泡沫温拌再生沥青混合料的高温性能，且均满足规范要求；但混合料的低温性能、水稳性能、疲劳性能均随RAP料掺量的增加而减小，RAP料掺量超过50%，泡沫再生沥青混合料的低温破坏应变、浸水马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强度均不能满足规范要求，而RAP掺量为40%时的疲劳寿命约为掺加80%时的3倍。

3)综合考虑混合料的路用性能和RAP材料的利用率，建议RAP材料的最佳掺量为40%。

[1] 杨丽英,谭忆秋,董雨明,等.温拌再生沥青混合料的疲劳性能[J].公路交通科技,2012(10):7-10，21.

[2] 倪小军,陈仕周,凌天清.沥青路面再生利用技术综述[J].重庆交通学院学报,2004(5):39-42，125.

[3] 贺 炜,赵文姣,张 笛.浅谈沥青路面再生技术[J].山西建筑,2007,33(15):274-275.

[4] 江燕青.沥青路面就地热再生技术的研究[D].西安：长安大学,2006.

[5] 王 丹.温拌沥青混合料的技术现状与应用前景[J].北方交通,2013(5):36-38.

[6] 葛 娟,陈 森,高志伟,等.沥青混合料低碳减排技术效果评价现状与展望[J].筑路机械与施工机械化,2015(11):39-44.

[7] 薛永杰.钢渣沥青玛蹄脂混合料制备与性能研究[D].武汉：武汉理工大学,2005.

[8] 张 磊.沥青混合料低温开裂及松弛特性的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2010.

[9] 吕春飞,李 凌,詹成根.改善沥青混合料抗水损害性能的措施研究[J].路基工程,2011(4):90-92.

[10] 张志祥,吴建浩.再生沥青混合料疲劳性能试验研究[J].中国公路学报,2006(2):31-35.

Study on the impact of RAP mixing amount upon pavement performance of foamed warm-asphalt-mixing mixture

Hu Jianming

(WuyiHighwayAdministrationSection,Jinhua321200,China)

Based on systematically analyzing old RAP materials, the paper carries out mixing proportion design of mixture with different RAP mixing amount, and testifies its volume parameters. According to the testing results, it studies high temperature performance, low temperature performance, water stability performance and fatigue performance of foamed warm-asphalt-mixing mixture with different RAP mixing amount. Results show that: through adding RAP material, it improves the high temperature performance of the mixture, increases porosity, and reduces low temperature performance, water stability performance and fatigue performance as well.

asphalt mixture, RAP mixing amount, pavement performance, mixing proportion

1009-6825(2017)06-0131-03

2016-12-17

胡建明(1970- )，男，高级工程师

U214.75

A