再生剂与旧料拌合工艺对再生沥青混合料性能的影响

刘 坤

(昆山交通工程集团有限公司，江苏 昆山 215300)

0 引 言

废旧沥青混合料的热再生是将废旧沥青路面材料(RAP)破碎、筛分后，以一定的比例与再生剂、新沥青、新集料等混合，重新拌制成满足公路沥青路面施工技术规范要求的再生沥青混合料[1-3]。

研究表明，废旧沥青混合料中的旧沥青在热再生过程中起到一定的胶结作用，并在拌合时向新集料的表面转移[4]，与添加的再生剂和新沥青混合均匀，形成新的胶结料。但是，由于旧沥青已经老化变硬，流动性变差[5-6]，在拌合过程中难以和再生剂混合均匀，仅有少量能转移至新集料表面，绝大部分旧沥青仍然裹覆在回收集料表面，导致再生沥青混合料的沥青量和沥青性质分布不均匀[7]。近年来，国内开展了对旧沥青与再生剂在不同拌合工艺下的混合行为研究，结果表明，提高旧料预热温度、延长拌合时间、选用低黏度再生剂等可增强旧沥青与再生剂混合的均匀程度，增加旧沥青向新集料表面的转移量[8-10]。然而，关于废旧沥青混合料与再生剂的拌合工艺对再生沥青混合料性能的影响却未被探究。

为此，本文分别在不同的拌合工艺下将废旧沥青混合料与再生剂拌合均匀，然后依次加入新集料、新沥青和矿粉，在相同的工艺条件下拌合得到再生沥青混合料，通过对再生沥青混合料的水稳定性、低温抗裂性、疲劳性能的测试，研究废旧沥青混合料与再生剂的拌合工艺对再生沥青混合料性能的影响。

1 试验准备

1.1 试验原料

沥青采用泰州70#重交沥青，其物理性能指标如表1所示；再生剂为实验室自制，其性能指标如表2所示；废旧沥青混合料沥青含量为4.0%，取自昆山交投料场；新集料采用普通石灰石，最大粒径为19 mm，取自昆山交投料场；矿粉为普通石灰石矿粉，取自昆山交投料场。

表1 泰州70#沥青的物理性能

表2 再生剂的性能指标

1.2 再生剂与旧料拌合工艺设计

为研究再生剂与旧料的拌合工艺对再生沥青混合料性能的影响，先将再生剂喷洒在RAP表面，再拌合均匀，然后从旧料预热温度、再生剂预热温度、再生剂与旧料拌合时间3个方面着手，设计了以下3种拌合工艺。

(1)旧料预热温度分别为100 ℃、110 ℃、120 ℃、130 ℃、140 ℃，再生剂预热温度为100 ℃，拌合时间为10 s，拌合温度为185 ℃。

(2)再生剂与旧料拌合时间分别为10、20、30、40、50 s，旧料预热温度为110 ℃，再生剂预热温度为100 ℃，拌合温度为185 ℃。

(3)再生剂预热温度分别为80 ℃、90 ℃、100 ℃、110 ℃、120 ℃，旧料预热温度为110 ℃，拌合时间为10 s，拌合温度为185 ℃。

1.3 再生沥青混合料的配合比设计

(1)通过离心分离法得到回收集料，通过筛分试验确定回收集料和新集料的级配。通过泰勒曲线确定再生沥青混合料的目标级配为AC-20、 旧料掺量为30%时各档新集料的掺量。

(2)将旧沥青与再生剂混合得到再生沥青，通过再生沥青的常规物理性能测试结果确定再生剂的最佳掺量为老化沥青用量的15%。

(3)采用马歇尔试验确定AC-20型再生沥青混合料的最佳油石比为4.1%；根据旧料中的沥青量和计算所得的再生剂用量确定新沥青用量。

1.4 再生沥青混合料的制备

将再生剂均匀地喷洒在废旧沥青混合料表面，在搅拌锅中拌合均匀，然后依次加入新集料、新沥青及矿粉，在185 ℃下拌合均匀即可。

1.5 再生沥青混合料的性能测试

再生沥青混合料的浸水残留稳定度和冻融劈裂强度比分别按照ASTM D 1559和ASTM D 4867所规定的方法测定；再生沥青混合料在15 ℃、20%应力控制模式下的疲劳寿命按照ASTM D 4123所规定的方法测定，加载频率为0.1 s，卸载频率为0.9 s，加载速率为50 mm·min-1；再生沥青混合料在-10 ℃的破坏强度和破坏应变按照ASTM D 4123中所规定的方法测试，加载速率为50 mm·min-1。

图1 旧料预热温度对再生沥青混合料各性能指标的影响

2 试验结果与分析

2.1 旧料预热温度对再生沥青混合料性能的影响

图1是再生沥青混合料性能随旧料预热温度变化的曲线。从图1可以看出，随着旧料预热温度的逐渐升高，再生沥青混合料的残留稳定度、冻融劈裂强度比、疲劳寿命、破坏强度和破坏应变均增大。这是因为，提高旧料预热温度增强了旧沥青的流动性，使旧沥青与再生剂拌合更均匀，不仅有利于再生剂对旧沥青性能的恢复，而且增加了旧沥青向新集料的转移量，使再生沥青混合料中的旧沥青分布更加均匀，因此再生沥青混合料的性能得到改善[11-12]。但是，当旧料预热温度超过130 ℃之后，再生沥青混合料的残留稳定度、冻融劈裂强度比、疲劳寿命、破坏强度和破坏应变开始降低。这是因为，过高的预热温度使旧沥青在预热的过程中再次老化，对再生沥青混合料的性能产生负面影响。

2.2 再生剂与旧料拌合时间对再生沥青混合料性能的影响

图2是再生沥青混合料性能随再生剂与旧料拌合时间变化的曲线。从图2可以看出，随着再生剂与旧料拌合时间的增加，再生沥青混合料的残留稳定度、冻融劈裂强度比、疲劳寿命、破坏强度和破坏应变均增加。这是因为，随着再生剂与旧料拌合时间的延长，再生剂与旧沥青之间的混合变得更加均匀，增强了再生剂对旧沥青性能的改善效果，降低了旧沥青的黏度，改善了其流动性，增加了转移至新集料表面的旧沥青量，使再生沥青混合料中旧沥青的分布更为均匀，从而提高了再生沥青混合料的水稳定性、抗疲劳性和低温抗裂性[13-14]。

2.3 再生剂预热温度对再生沥青混合料性能的影响

图3是再生沥青混合料性能随再生剂预热温度变化的曲线。从图3可以看出，随着再生剂预热温度的逐渐升高，再生沥青混合料的残留稳定度、冻融劈裂强度比、疲劳寿命、破坏强度和破坏应变均增加。这是因为，再生剂预热温度升高，增强了再生剂在旧料表面的流动性，与旧沥青的混合变得更均匀，使转移至新集料表面的旧沥青量增加，提高了旧沥青在再生沥青混合料中分散的均匀性，因此改善了再生沥青混合料的水稳定性、抗疲劳性和低温抗裂性[15]。当再生剂的预热温度超过100 ℃，继续提高再生剂的预热温度对再生沥青混合料的疲劳寿命、破坏应变和破坏强度的改善效果有限。这可归因于：再生剂预热温度超过100 ℃之后，继续升温对再生剂在旧料表面流动性的增强作用有限，因此对再生沥青混合料的抗疲劳性能和低温抗开裂性能的改善效果不明显。

图2 再生剂与旧料拌合时间对再生沥青混合料各性能指标的影响

图3 再生剂预热温度对再生沥青混合料各性能指标的影响

3 结 语

本文设计了不同的拌合工艺，制备得到不同再生沥青混合料，通过测试再生沥青混合料的水稳定性、疲劳破坏特性和低温抗裂性能，研究了旧料预热温度、再生剂预热温度以及再生剂与旧料拌合时间对再生沥青混合料路用性能的影响，主要研究结论如下。

(1)提高旧料的预热温度有利于旧沥青向新集料转移，使再生沥青混合料中的旧沥青与新沥青及再生剂混合得更加均匀，从而改善再生沥青混合料的路用性能。但是，当旧料预热温度超过130 ℃，会使旧沥青在预热的过程中再次老化，对再生沥青混合料的性能产生负面影响。

(2)延长再生剂与旧料的拌合时间可使再生剂与旧沥青之间的混合变得更加均匀，改善旧沥青的流动性，提高转移至新集料表面的旧沥青量，使再生沥青混合料中旧沥青的分布更为均匀，从而改善再生沥青混合料的水稳定性、抗疲劳性和低温抗裂性。

(3)提高再生剂的预热温度可使再生剂与旧沥青的混合变得更均匀，使转移至新集料表面的旧沥青量增加，提高旧沥青在再生沥青混合料中分散的均匀性，从而改善再生沥青混合料的路用性能。但是，当再生剂的预热温度超过100 ℃，继续升温对再生剂在旧料表面的流动性的增强作用有限，因此对再生沥青混合料的路用性能改善效果不明显。