再生混合料中新旧沥青拌合效率研究进展

(长安大学公路学院 陕西 西安 710064)

再生混合料中新旧沥青拌合效率研究进展

谭玉锹张义

(长安大学公路学院陕西西安710064)

分析了新旧沥青混合后其均匀性对再生沥青路面的重要意义，总结了新旧沥青的拌合效率对再生混合料设计过程的影响并分析了现有设计规范中相关内容的不足之处，最后通过介绍新旧沥青拌合效率研究难点及重要进展，得出结论认为应通过建立标准试验规程对高RAP掺量条件下新旧混合料拌和效率进行确定。

拌合效率；新旧沥青；均匀性；再生路面

一、前言

路基路面沿道路中线方向具有材料和结构的连续性，既能满足道路使用性能的要求，在汽车荷载的作用下，亦有利于减少应力集中现象和提高道路的疲劳寿命。通常材料的均匀性更难以保证。沥青胶浆理论认为粗细集料分散在结合料中形成多项分散系。胶浆理论的关注重点是结合料，包括了结合料的均匀程度以及裹附在集料表面的结合料膜厚度等内容。有学者提出应控制沥青结合料膜厚度的均匀性，甚至以此代替矿料间隙率等传统混合料指标。

再生过程依据再生温度和场所的不同而形式各异，其中旧集料表面旧沥青与新沥青发生有效拌合的比例称为拌合效率，将老化的旧沥青加入到新沥青中时，旧沥青的老化程度和掺加的比例是影响拌合效率的两大因素，其对最终混合料性质的影响体则现在最佳沥青用量、目标沥青等级及设计级配三个方面。

目前我国再生沥青混合料设计采用抽提试验确定再生路面材料中沥青含量，在RAP掺量确定的条件下，旧沥青的含量也就确定了，再根据最佳沥青含量便可以计算出所需的新沥青数量，但由于实际拌合效率并不能达到100%，导致最佳沥青含量较设计值偏小以及混合后沥青性质与设计值不符；同时未能够与新沥青发生拌合的内层旧沥青则与旧集料形成“黑岩石”，使得实际级配偏离目标级配。这些指标都会直接影响混合料的路用性能。

二、拌合效率的研究难点

确定沥青用量时，假设拌合效率为100%，再以此来确定新沥青的用量的设计方法是不准确的。当RAP颗粒与新沥青和新集料混合时，RAP颗粒表面包裹的旧结合料中仅较小比例与新材料发生了拌合。

目前国内外均对RAP运用的层位及掺量进行限制，主要原因是RAP与新材料的拌合效率无法确定。拌合效率难以准确测定的原因包含客观和主观两方面因素。

新旧材料的拌合是一个非常容易受环境因素影响的过程，拌合时间、拌合温度以及拌合方式等变量都会对最终的拌合效果造成影响。新的结合料或者再生剂在添加入RAP中后的一小段时间内便会被老化的沥青大量吸收，导致结合料或者再生剂很难均匀分布在混合料中，所以需要在初始拌合的一小段时间内最大程度地实现结合料或者再生剂的均匀分散。拌合温度的控制主要是针对新集料的超高温预热、RAP颗粒的预热和新结合料的预热温度，由于施工现场环境复杂拌合温度控制具有不稳定性，且不对RAP进行预热操作，拌合效果较差。

根据美国国家公路与运输协会标准规范M323，无论原来为高温或者低温性能分级的沥青结合料，当RAP掺量超过了混合料总质量的15%之时，都需要使用更软的结合料，一般通过降低高温或者低温性能一个等级来实现。当RAP掺量超过了25%，规范建议针对RAP中需要再生的沥青含量与新沥青含量的预期比值进行实验室验证。但这一规范内容的前提是假设热拌和过程中RAP颗粒能够与新沥青发生完全均匀的混合。RAP与新沥青的拌合其实并不是在短时间内就能够全部完成，拌合过程一般分为两个主要阶段：在机械力驱动下旧沥青和新沥青的混合及分散过程和新旧沥青充分接触之后发生的扩散过程。而扩散过程中涉及到的最重要的概念就是新旧沥青间的界面，但目前还无法对可能存在的界面进行直接观察，这也是无法精确确定拌合效率的重要原因。既有研究中，大多采用间接测量的方法实现定性或者半定量的评价，给出的拌和效率尚不是很精确。

三、研究成果

目前研究重点主要集中在通过模拟实际生产条件下新旧两种沥青之间的扩散情况来评价拌合效率。最初的研究是从再生剂的使用开始。Oliver研究了典型澳大利亚气候环境中改性剂在表层的渗透情况，通过测定沥青中放射性示踪剂的浓度来确定渗透比例。由这一实验中获取的浓度-时间变化情况可以计算出扩散率。Oliver指出由于沥青成分的复杂性，结果只是一个平均数值。

Van Der Kooij和Verburg研究了多孔沥青混合料中RAP和再生剂间的扩散情况，实验结论认为完全混合的情况并不存在，新旧沥青混合之后的性质并不能通过简单的性质叠加获得，这足以证明新旧沥青结合料仅能实现部分混合。

Karlsson和Isacsson利用傅立叶红外光谱对RAP与再生剂间的扩散情况进行了研究。光谱随着时间和空间位置改变而变化，不同的光谱表征了不同的密度，利用菲克定律模型重建了密度分布空间并计算扩散系数。同时实验还研究了结合料层的厚度和化学组分对扩散的影响，并利用了动态流变剪切仪对两种结合料间的扩散情况进行研究，研究结果证实了傅立叶红外光谱实验的结论。

Rad利用DSR更深入地研究了沥青结合料的扩散，并得出结论认为Karlsson研究方法是可行的。实验还对沥青胶浆的扩散情况进行了研究，结果表明沥青胶浆和结合料具有相似的扩散系数，并且都实现了较高程度的拌合，因此预期新旧材料在现场也能够获得良好的拌合效果。

Coffey等将扩散状态与混合料力学性能相结合进行了影响分析，根据力学经验法对大量的试件进行测试，显示当有效拌合程度达到85%时，混合料力学性能几乎不受影响。

四、总结

目前国内外对于再生混合料中新旧沥青拌合效率的探索依然限于实验室研究，由于新旧沥青间作用的长期性，并未通过现场路面实际数据进行性能验证。实验室内研究的重点集中于开发测定拌合效率的新理论与方法上，以期确立统一的试验流程并能够克服旧路面材料自身的杂乱性带来的干扰。既有研究多基于严格的试验条件或依托具体项目进行，其研究结论与成果并不具有普适性，实验结论间不具有可比性，但对后续研究的开展具有重要指导意义。新材料与设备的开发将是今后拌合效率研究的重要手段，实现对新旧沥青间界面的直接观察与测量是准确测定拌和效率值的有效途径及最终目标。

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