温拌改性再生剂对AC-13废旧普通沥青混合料的性能影响评价

徐世法 ，郭虹良 ，何志敏 ，黄玉颖 ，李思童

（1.北京建筑大学 土木与交通工程学院，世界城市顺畅交通协同创新中心，北京 100044；2.北京首发公路养护工程有限公司，北京 102610）

目前，我国已经有很多早期建设的沥青路面服务期达到设计寿命，每年维修与改扩建都会产生大量的废旧普通沥青混合料（Reclaimed Asphalt Pavement，RAP）。这些废料基于技术原因再生利用效率并不高，掺加比例一般为20%，极个别工程中有利用30%RAP的案例[1-2]。这是因为RAP掺量提高后，再生沥青混合料低温抗裂性和抗水损坏性能快速降低，往往不能满足使用的最低要求，更不能满足改性沥青混合料的要求。而热再生时的高温对沥青和再生剂造成的老化，也影响了再生效果[3]。因此，目前迫切需要针对废旧普通沥青混合料的特点，研发出一种提高其RAP掺量，降低其拌合温度，改善其路用性能的高效再生技术[4]。

国内外针对废旧普通沥青混合料进行温拌、改性、再生的复合再生技术研究较少[5]。本文利用自主研发具有温拌、改性、再生三方面功能温拌改性再生剂，对废旧普通沥青混合料进行高效再生，评价其在不同RAP掺量下的路用性能[6-7]。

1 原材料性能评价与分析

1.1 沥青

选用普通70#沥青和I-C SBS改性沥青2种沥青开展相关研究。根据JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》与JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》对沥青性能进行测试，结果见表1、表2。

表1 70#沥青的性能指标

表2 SBS改性沥青的性能指标

1.2 矿料

采用的矿料为石灰岩粗集料1#料10～15 mm、2#料5～10 mm、3#料 3～5 mm，石灰岩细集料 4#料 0～3 mm 和矿粉，对其进行水洗筛分，结果见表3。

表3 矿料的水洗筛分试验结果

1.3 废旧普通沥青混合料及废旧回收沥青

本研究中使用的废旧普通沥青混合料RAP取自北京某城市主干路，使用年限为9年，分为粗细2档，分别为0～12 mm和12～24 mm，筛分结果如表4所示。

表4 0～12 mm及12～24 mmRAP的筛分结果

粗细两档RAP中沥青含量分别为5.4%和3.1%，抽提后的废旧回收沥青25℃针入度为23.0 mm，软化点为66.5℃，15℃延度为6.2 cm，135℃黏度为1.761 mPa·s。

1.4 级配设计

根据水洗筛分的结果，确定各档料不同尺寸筛孔通过率，根据JTG F40—2004中沥青混合料AC-13级配要求，采用骨架密实型级配设计理念设计合成级配。分档矿料掺加比例见表5，合成级配见表6。

表5 分档矿料掺加比例%

1.5 温拌改性再生剂

采用课题组自主研发的温拌改性再生剂WMR-001，可以恢复并提高废旧普通沥青的性能[8]，使其达到I-C SBS改性沥青水平，温拌改性再生剂掺量根据沥青的老化程度不同按照废旧沥青混合料的质量进行掺加[9-10]，见表7。

表7 温拌改性再生剂的最佳掺量

2 AC-13废旧普通沥青混合料温拌改性再生效果评价

2.1 温拌改性再生沥青混合料的拌合工艺

拌合工艺分为3个步骤，即：加入新料、RAP，拌合30 s；加入新沥青、温拌改性再生剂，拌合60 s；加入矿粉拌合90 s。

根据粘温曲线及JTG F40—2004确定沥青混合料室内拌和压实成型温度，如表8所示。

表8 温拌改性再生沥青混合料的压实成型温度

2.2 温拌改性再生沥青混合料的配合比设计

对3种不同RAP掺量（30%、45%、60%）的温拌改性再生沥青混合料（分别简称WMR-30、WMR-45和WMR-60）和用于对比的SBS热拌沥青混合料进行配合比设计，其中温拌改性再生剂掺量分别占废旧沥青混合料质量的15%、16%、17%。

根据RAP不同掺量和各档的沥青含量，计算出RAP中沥青含量，通过配合比设计得到总沥青含量，用总沥青含量减去RAP中旧沥青含量，可以推算新沥青用量。配合比设计各项指标如表9所示。

表9 不同RAP掺量温拌改性再生沥青混合料配合比设计

随着RAP掺量的增加，总沥青含量略有上升，而新沥青含量逐渐下降。

2.3 温拌改性再生沥青混合料的性能指标（见表10）

表10 温拌改性再生沥青混合料的性能指标

2.3.1 温拌改性再生沥青混合料高温性能对比

由表10可见，随着RAP掺量的增加，温拌改性再生沥青混合料的动稳定度增大，高温性能变好；3种不同RAP掺量的温拌改性再生沥青混合料动稳定度均远远高于JTG F40—2004要求的2800次/mm，也高于热拌SBS沥青混合料，WMR-30、WMR-45和WMR-60沥青混合料的动稳定度较热拌SBS沥青混合料分别提高了24.4%、42.9%、137.7%。

2.3.2 温拌改性再生沥青混合料低温性能对比

由表10可见，随着RAP掺量增加，温拌改性再生沥青混合料的最大弯拉应变逐渐减小，低温性能变差；3种不同RAP掺量的温拌改性再生沥青混合料的最大抗拉应变均低于热拌SBS沥青混合料；WMR-30和WMR-45沥青混合料的最大弯拉应变较JTG F40—2004标准要求的分别提高了17.6%、6.2%，WMR-60沥青混合料的最大弯拉应变较JTG F40—2004标准要求的降低了20.5%，已不符合JTG F40—2004的要求。

制约普通再生沥青混合料RAP掺量无法提高的因素之一是其低温性能较差，本文所使用的温拌改性再生剂中有SBS组分和XR油分，二者对沥青及混合料的低温性能均有较大的提高作用，尤其是XR油分，使新旧沥青的柔韧性有大幅提高，所以RAP掺量为45%的温拌改性再生沥青混合料低温性能也能达到JTG F40—2004的要求。

2.3.3 温拌改性再生沥青混合料水稳定性能对比

由表10可见，随着RAP掺量的增加，温拌改性再生沥青混合料残留稳定度和冻融劈裂比逐渐减小，水稳定性变差，且随着RAP掺量的增加，残留稳定度和冻融劈裂比下降趋势增大；3种不同RAP掺量的温拌改性再生沥青混合料的残留稳定度均低于热拌SBS沥青混合料；WMR-30和WMR-45沥青混合料的残留稳定度较JTG F40—2004标准要求的分别提高了5.8%、0.9%，WMR-60沥青混合料的残留稳定度较JTG F40—2004标准要求的降低了5.2%，已不符合JTG F40—2004的要求。

2.3.4 温拌改性再生沥青混合料疲劳性能对比

采用应变控制的四点小梁弯曲试验测试了温拌改性再生沥青混合料在不同应变水平下的疲劳寿命Nf，结果如表11和图1所示。

表11 温拌改性再生沥青混合料的疲劳性能对比

图1 双对数坐标下的疲劳曲线

由表11和图1可知；

（1）RAP掺量为30%、45%、60%的温拌改性再生沥青混合料和热拌SBS沥青混合料，在双对数坐标轴下，随着RAP掺量的提高，相关系数不断增大。

（2）在相同的应变水平下，RAP掺量为30%的温拌改性再生沥青混合料与热拌SBS沥青混合料的疲劳性能相差不大，但随着RAP掺量的增加，温拌改性再生沥青混合料疲劳性能衰减。在3种应变水平下均出现这种特性。

（3）当沥青混合料类型不变时，随着应变水平提高，沥青混合料的循环次数迅速减少，疲劳性能迅速衰减。且应变水平越高，混合料疲劳性能衰减越快。4种沥青混合料都保持了这种趋势。

3 结语

（1）使用所研发的温拌改性再生剂WMR-001后，温拌改性再生沥青混合料各项路用性能均有明显提升，旧料RAP掺量明显提高。

（2）随着RAP掺量的增加，温拌改性再生混合料的高温性能显著提升，并高于热拌SBS沥青混合料。

（3）随着RAP掺量的增加，温拌改性再生沥青混合料的低温性能和水稳定性能逐渐下降，当RAP掺量提高到60%时，温拌改性再生混合料的低温性能和水稳定性能已经不符合JTG F40—2004的要求。

（4）随着RAP掺量的增加，温拌改性再生沥青混合料的疲劳性能逐渐下降，RAP掺量为30%时，温拌改性再生混合料疲劳性能与热拌SBS沥青混合料相差不大，但RAP掺量大于45%时，温拌改性再生混合料水稳定性能开始迅速下降，当RAP掺量从45%提高到60%后，温拌改性再生沥青混合料疲劳性能大幅度衰减。