高掺量RAP 再生沥青混合料路用性能研究

楼 婧

(南平市武夷新区建设发展有限公司，建阳 354200)

随着我国十三五规划接近尾声， 已经基本建立了城市间完善的交通网络系统， 公路领域的重心由新建路面逐渐转变为早期公路的维修与养护。 传统的大中修工程需要消耗大量的人力物力， 同时产生大量的废旧料(RAP)[1-3]，处理不当将会造成环境污染及自然资源的浪费。热再生技术可以有效利用铣刨产生的RAP，同时合理的设计可以显著提高再生沥青路面的高温稳定性， 提高抗车辙能力。

路面再生技术的探索起源于1915 年，但早期只是进行再生技术的探索，由于缺乏道路系统性，主要以大规模的新建路面研究为主，因此缺乏一定的系统性。发达国家20 世纪80 年代已经开展了大量的再生技术研究， 日本的旧料利用率高达70%[3]。 我国路面再生技术起步较晚，缺乏系统性的科学研究， 对新旧料融合程度与机理缺乏足够的认识，目前存在利用率低等技术问题。针对不同地区的旧料掺量合适比例对于热再生技术的应用以及环境保护和能源节约具有可持续发展的重要意义。 本文结合福建地区的气候及降雨特点， 选取了3 种不同RAP 掺量，利用全自动抽提仪对老化沥青的基本性能进行测定，确定调和沥青标号。 对铣刨的RAP 进行筛分并分别以50%、60%、70%的比例与新制备的集料混合拌制高掺量热再生沥青混合料，选用高温车辙试验，低温梁弯曲试验以及水稳定性试验对其路用性能进行测定， 研究结果为高掺量热再生沥青混合料的应用提供参考价值。

1 原材料

1.1 RAP 技术指标

本项目RAP 旧料来源于某高速公路中面层铣刨材料，将铣刨料带回实验室取一定旧料，选用75-B0005 全自动抽提仪，对铣刨的RAP 进行筛分、离析，抽提得到老化沥青，筛分及老化沥青的结果分别如表1～2 所示。

表1 沥青抽提实验结果

由表1 可知， 沥青路面经过长期的环境作用及行车荷载后，路面沥青的性能存在一定程度的下降，但老化程度较轻，仍具备一定结合料的能力，具有可利用价值，属于《公路沥青路面再生技术规范》(JTG F41-2008)中P≥30 等级。

1.2 调和沥青

根据规范中要求，当RAP 用料大于30%时，按照新旧沥青混合调和法则确定新沥青为90 号基质沥青，实验用来源于壳牌，具体技术指标如表3 所示。

1.3 集料及填料

本研究取闪长岩作为混合料的矿质集料。 闪长岩具有一定的耐磨性，能够增加路面的抗滑性，同时其属于碱性集料，与沥青酸酐形成反应，具备更优的粘附性，提高混合料的水稳定性， 减小沥青老化造成粘附性降低的影响，石料类型均为闪长岩，其性能均满足规范要求。

2 高掺量RAP 热再生配合比设计

2.1 级配设计

将RAP 料与新制备的集料混合并与调和沥青热拌制备再生沥青混合料[4]。 RAP 掺量分别按50%、60%和70%制备AC-20 再生沥青混合料，级配设计曲线图如图1 所示，合成级配如表4 所示。

2.2 最佳沥青用量

制备马歇尔试件，通过毛体积密度、马歇尔稳定度、VV、VMA、VFA 及流值测定结果确定了最佳沥青用量分别为2.2%、1.9%、1.8%。

表2 RAP 筛分试验结果

图1 热再生沥青混合料AC-20 矿料级配设计

表4 AC-20 级配设计表

3 路用性能验证

3.1 高温稳定性

车辙问题一直都是沥青路面的主要病害问题之一，在行车荷载的反复作用下，路面碾压堆挤，沥青路面产生塑性变形，不断冲击的过程造成塑性累积，尤其是在高温状态下， 随着温度的进一步升高， 沥青粘性行为愈发明显， 越容易产生不可恢复变形， 从而产生垂直方向的加大。车辙的产生严重危害正常的沥青路面使用质量，严重时诱发交通事故，造成人身安全及财产损失。动稳定度与实际沥青路面的受力状态相似，具有较好的匹配性，一般用作沥青材料高温稳定性判别指标。

表5 为不同掺量再生沥青混合料的动稳定度结果，结果表明RAP 掺量的增加使得再生沥青混合料的动稳定度依次提升13.6%和37.6%。 这主要是由于RAP 中沥青老化导致材料强度增大，弹性行为明显，且由于老化沥青的软化点升高，导致在高温时沥青不易软化，具备更强的温度稳定性，因此在高温条件下主要表现出弹性性质，且强度较大，不易产生变形，因此随着RAP 掺量增大，动稳定度明显提升。福建地区夏季相对较热，因此高温稳定性是高掺量热再生沥青混合料在福建地区应用的重要指标，根据规范中自然区划，福建地区的动稳定度为≥1000次/mm。 由试验结果可知，高掺量热再生沥青混合料的高温性能可以满足规范要求。

表5 不同旧料掺量下动稳定度

3.2 低温稳定性

低温性能是严重制约RAP 掺量提高的重要因素。 集料本身是一种弹性体，而沥青的粘弹性可以提高低温下的抗变形能力， 但高RAP 再生料中沥青存在不同程度的老化，因此严重制约了高RAP 再生混合料的应用。试验采用低温梁蠕变试验对3 种再生沥青混合料进行低温验证。

表6 为再生沥青混合料试验结果，RAP 掺量的增加显著降低了再生沥青混合料的最大弯拉应变， 分别下降13.6%和26.9%， 掺量的增加导致低温性能成倍增长。RAP 掺量60%，最大弯拉应变为2288 με，略高于规范要求中≥2000 要求。

表6 不同旧料掺量下低温破坏应变

3.3 水稳定性

水损坏对沥青路面的破坏呈持续性的， 尽管通过提高排水系统质量能相对减少水损坏的影响， 但是难以从材料自身提高抗水损坏性能。福建地区降雨频繁，年降雨量超过1000 mm，属于潮湿地区，因此水稳定性能优劣对于热再生沥青混凝土的应用尤为重要。 通过浸水马歇尔试验测得的残留稳定度与冻融劈裂试验测得的劈裂强度比作为水稳定性的评价方法。

表7 为再生沥青混合料残留稳定度与TSR 试验结果，水破坏了原有沥青与集料之间的表面状态，因此降低了再生沥青混合料的水稳定性。 残留稳定度结果表明RAP 掺量为70%时，已经接近下限。 TSR 结果表明RAP掺量为60%就已经达到规范的下限。

表7 不同旧料掺量下水稳定性

4 结论

本文通过阿布森法确定了RAP 中沥青的性能指标并对旧料进行了筛分试验。 按照规范要求通过粘度调和准则确定了新沥青的标号，并进行了高掺量(50%、60%、70%)热再生配合比设计，通过路用性能试验进行对比研究分析，得到如下结论：

(1)高温稳定性：RAP 的掺入能有效提高热再生沥青混合料的高温稳定性，且随着RAP 掺量的增加，高温提升愈发显著，动稳定度依次提高了13.6%和37.6%，均远高于规范要求。

(2)低温稳定性：RAP 中由于老化沥青的存在，降低了低温下再生沥青混合料的抗变形， 往往在较低的应变下就发生断裂。 当RAP 为60%时， 最大破坏蠕变仅为2288 με， 已经接近规范中对冬温区的低温性能下限，且随着RAP 掺量的进一步提高，低温性能成倍降低。

(3)水稳定性：水破坏了原有沥青与集料之间的表面状态，因此降低了再生沥青混合料的水稳定性。 残留稳定度及TSR 试验结果表明RAP 不利于再生沥青混合料的水稳定性，当掺量为60%时，TSR 结果已不满足规范要求。

(4)综合各种路用性能试验结果，当RAP 掺量大于60%时，应慎重考虑RAP 再生沥青混合料的使用。