热再生沥青混合料抗变形性能试验研究

边 睿

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

0 引言

沥青混凝土路面具有初期造价低、噪声低、路面平整度好、行车舒适性好等优点，故在全球范围内广泛应用。在沥青路面运营的后期，磨光、车辙、松散等病害极大地影响公路的服务水平，为此交通管理部门需要进行定期的养护。目前沥青路面养护技术主要包括冷再生、热再生等[1-2]。目前场拌热再生技术效果较好，可以合理地利用铣刨的旧料，并节约了沥青用量，路用性能良好[3]。目前，热再生沥青混合料的相关研究主要集中于新旧料的结合、强度性能等[4]，而关于热再生沥青混合料的抗剪性能、抗变形能力相关的研究相对较少，尤其关于再生沥青混合料内部应力应变特性的研究未见相关报道[5]。为此，本文测试热再生沥青混合料的抗变形能力，评价热再生沥青混合料的适用性，为其进一步推广应用提供理论基础。

1 材料性能测试

本文试验中所采用回收沥青混合料为朔州支线高速公路铣刨的旧沥青混合料，为确定回收旧沥青混合料的材料特性，借助抽提试验分析沥青含量及沥青性能，并对其残留物进行筛分，分析其级配进行评价。

1.1 沥青性能

对抽提回收得到的沥青与添加再生剂（3%、4%、5%）所得的再生沥青进行三大指标测试，对比分析经过环境老化和再生后沥青的基本性能。测试结果如表1所示。

表1 沥青性能指标

从表1可以看出，从旧混合料中回收的沥青经过环境的老化，沥青变硬，软化点提高，黏度明显提高。加入再生剂之后，沥青性能逐渐提升，针入度和延度明显增加，软化点降低。本文最终选择再生剂掺量5%作为研究用量进行试验研究。

1.2 集料性能

对抽提后的集料进行筛分，筛分结果如表2所示。

表2 回收混合料各筛孔通过率 %

依据《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）对沥青混合料集料的要求可以看出，9.5～13.2档9.5筛孔之后的通过率超过规范值，4.75～9.5档9.5之后筛孔的通过率超过规范值，2.36～4.75档0.075筛孔的通过率大于规范值。

上述现象在现有路面状况中都比较常见，因为沥青混合料在压实过程中受振动、挤压，以及运营过程中间断性的荷载作用，这种冲击式的剪切作用使得集料发生破碎，造成了混合料级配的衰减，这将改变原有设计中混合料的骨架作用，瞬间沥青混合料的抗剪性能下降，进而引发系列破坏。故必须针对回收沥青混合料的筛孔通过率进行级配重新设计。

2 配合比设计

旧集料为石灰岩，故试验选用的新集料也为石灰岩，来自山西省定襄采石场，各项技术指标见表3。各项性能均满足《公路沥青路面施工技术规范》（ JTG F40—2004）的要求。

表3 集料性能指标

再生沥青混合料级配采用AC-16，旧集料用量为30%，将合成级配中各筛孔的通过率绘制曲线如图1所示。

图1 再生沥青混合料合成级配

采用马歇尔法，以空隙率4%～5%为指标进行配合比设计，计算最佳油石比为4.7%。在设计配合比的最佳油石比情况下进行高温性能、低温性能、水稳性能试验，各路面性能均满足《公路沥青路面施工技术规范》（ JTG F40—2004）的要求。

3 抗变形性能研究

3.1 测试设备

本文采用光纤光栅应变计对再生沥青混合料的变形特征进行测试，采用BGK-FBG-8600中速光纤光栅解调仪进行数据收集，具体如图2所示。

图2 光纤光栅解调仪

本文中采用有限尺寸沥青混合料试件进行模拟试验，并借助车辙试验仪对试件进行施加荷载，模拟研究荷载作用下抗变形情况。应变计的布设情况如图3所示，分别测试在荷载作用下沥青混合料的水平横向与纵向的位移情况。

图3 应变计布设及荷载移动方向

3.2 测试结果分析

为全面地研究荷载作用下的沥青混合料变形规律，以再生沥青混合料和回收沥青混合料为研究对象，分别对纵向、横向两个方向的变形进行对比分析。

3.2.1 纵向变形规律

图4为在荷载作用下沥青混合料在纵向（与机动荷载平行）的应变情况。可以看出回收沥青混合料和再生沥青混合料在机动荷载的作用下表现出极为相似的应变规律。

图4 纵向变形规律

纵向应变随着车辙轮载的施加而增加，荷载撤离后有部分恢复的倾向，但恢复的幅度不大。对比回收沥青混合料和再生沥青混合料在机动荷载作用下的变形规律，可发现再生沥青混合料的应变明显小于回收沥青混合料的应变。表明在荷载作用下，再生沥青混合料发生的变形更小，同样的荷载作用下可以承担更大的荷载。再生沥青混合料中由于再生剂的添加，增强了沥青的黏聚性能，宏观上可以增强沥青混合料的抗剪性能，而抗剪性能提高最直观的表现就是抗车辙能力的提升，进一步验证了沥青混合料就地热再生可提高路面结构的抗车辙性能。

同时，刘志胜研究认为车辙试验中沥青混合料层在荷载作用下的塑性变形很大程度是由于沥青混合料的纵向变形而引起[6]，那么上述试验也可以说明再生沥青混合料具有更强的抗车辙性能，高温稳定性更佳。

3.2.2 横向变形规律

图5为在荷载作用下沥青混合料在横向（与机动荷载垂直）的应变情况。可以看出回收沥青混合料和再生沥青混合料在机动荷载的作用下表现出较为相似的应变规律。

图5 横向变形规律

横向应变随着车辙轮载的施加而增加，荷载撤离后有较为明显的恢复。对比回收沥青混合料和再生沥青混合料在机动荷载作用下的横向变形规律，可发现再生沥青混合料的应变明显小于回收沥青混合料的应变。表明荷载作用下，两侧的沥青混合料向两侧产生的横向位移更小，再生沥青混合料可以有效地抵抗外来荷载带来的材料推移病害。也说明，再生处理技术增加了沥青混合料的韧性。

同时，再生沥青混合料的变形以及恢复更加平稳，其表面材料在荷载作用下的稳定性更强。而回收沥青混合料出现局部的峰值，可能是由于其内部存在软弱处，荷载作用引发裂缝，进而导致应力集中现象带动的应变峰值。

4 结论

本文以回收的沥青混合料为基础材料，测试了回收沥青的基本指标，分析了回收沥青混合料级配的变化，并进行了级配重新设计，对比分析了再生沥青混合料和回收沥青混合料的抗变形性能，得到如下结论：

a）回收的沥青混合料沥青老化严重，集料的级配发生了改变，级配衰减明显。

b）再生沥青混合料具有更强的抗剪性能，可有效地提高路面的抗车辙性能。

c）再生沥青混合料具有更强的黏聚性能，可有效地抵抗材料的侧向位移。