基于马歇尔与Superpave方法的厂拌热再生沥青混合料设计及性能指标研究

王 娜，安 平，段美栋，柳久伟，董 昭，徐书东

（1. 山东高速股份有限公司，山东 济南 250031；2. 日照公路建设有限公司，山东 日照 276800；3.山东省交通科学研究院，山东 济南 250031）

1 原材料技术指标

1.1 铣刨料RAP

所用铣刨料来自于京沪高速改扩建山东段，使用大型铣刨机回收，将铣刨料破碎筛分为粗、中、细三档，分别对三档铣刨料进行抽提筛分，试验结果见表1。

表1 铣刨料抽提筛分试验结果

1.2 新集料与填料

新集料选用山东当地产的石灰岩，填料选用石灰岩磨细矿粉，筛分试验结果见表2。

表2 矿料筛分试验结果/%

1.3 沥青

本项目进行下面层AC25厂拌热再生试验，考虑到铣刨料RAP中沥青的老化变硬，需要掺加较软沥青，试验沥青使用90#普通道路石油沥青[1]，经检测沥青指标满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）[2]指标要求。

2 基于马歇尔与Superpave方法的混合料配合比设计

2.1 级配设计

根据马歇尔与Superpave方法级配设计原则，结合原材料的工程性质，Superpave级配控制点和级配禁区，以及0%、25%、40%、60%RAP掺配比例调整设计级配，同时满足马歇尔设计方法和Superpave设计方法的级配设计要求，最终确定满足要求的级配。掺配比例见表3，合成级配通过率见表4。

表3 不同掺量RAP的掺配比例/%

表4 不同掺量RAP合成级配通过率

2.2 确定最佳油石比

2.2.1 马歇尔方法确定最佳油石比

参考《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）[2]中规定的级配范围以及设计文件提供的设计级配及工程级配范围，首先对选定级配进行马歇尔试验，双面击实各75次，最终确定的级配采用沥青用量为3.1%、3.6%、4.1%、4.6%、5.1%分别进行马歇尔试验，设计沥青混合料的最大理论密度采用真空实测法。根据马歇尔方法规定的最佳沥青含量确定方法，最终确定的不同RAP掺量的热再生沥青混合料马歇尔试件力学体积指标汇总见表5。

表5 马歇尔试件力学体积指标

2.2.2 Superpave方法确定最佳油石比

确定级配后根据沥青混合料的体积特性进行初始沥青用量的估计，以马歇尔设计方法确定的最佳沥青用量为基础，作为初始沥青用量Pc。选取Pc+0.5%、Pc、Pc-1%和Pc-0.5%四种沥青用量作为评价基础。经验证空隙率为4%时各项指标均满足配合比设计要求，因此，将空隙率为4%时所得到的油石比作为Superpave方法设计的最佳油石比[4-5]。最终确定的不同RAP掺量的热再生沥青混合料旋转压实试件力学体积指标汇总见表6。

表6 旋转压实试件力学体积指标

由表6可以看出，对于同一个级配，Superpave方法确定的最佳油石比要比马歇尔方法确定的最佳油石比小，这主要是由于旋转压实的压实功比马歇尔击实大很多，使得试件更加致密，空隙率减小，进而降低了最佳油石比。

3 不同设计方法热再生混合料性能评价

3.1 高温稳定性对比

对Superpave方法和马歇尔方法室内成型的车辙试件进行试验来评价高温稳定性。由于两种设计方法设计出的混合料油石比和毛体积密度都不同，所以在成型车辙试件时，需要不同质量的混合料和不同大小的压实功。在增大压实次数的同时，提高混合料的压实温度，使得混合料更容易被压实，而在压实过程中并没有出现集料被压碎的情况。试验步骤详见《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）的T 0719—1993[3]，车辙试验结果见表7。

表7 车辙试验结果

由表7对比分析可以看出：（1）Superpave设计的混合料车辙动稳定度高于马歇尔方法设计的混合料，同时，车辙深度比马歇尔方法设计的要低，说明Superpave设计的混合料具有更加优良的高温性能，能够有效地抵抗车辙。（2）动稳定度随着旧料掺量的增加而增加，都高于掺量为0%的普通混合料。证明再生沥青混合料的高温性能优于普通沥青混合料。

3.2 低温性能对比

低温弯曲试验采用破坏应变及弯拉强度评价混合料的低温抗裂性，破坏应变、弯拉强度越大，混合料的低温性能越好，该试验技术难度不大，容易控制。因此，采用低温弯曲试验来评价沥青混合料的低温抗裂性，评价指标为破坏应变和弯拉强度。试验步骤见《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）的T0715—1993[3]，试验结果见表8。

表8 低温弯曲试验结果

由表8可以看出，Superpave方法设计的混合料抗弯拉强度和破坏应变都比马歇尔方法设计的略有提高。这说明虽然Superpave混合料的最佳油石比下降了很多，但是由于增加了压实功，使得试件更加致密，弥补了由于油石比下降引起的低温性能的降低。

3.3 水稳定性性能对比

按照现行规范[3]采用冻融劈裂试验对混合料的水稳定性进行检验。试验结果见表9。

表9 不同设计方法的冻融劈裂试验结果

由表9分析得出，随着旧料掺量的增加，冻融劈裂残留强度比降低了，说明随着旧沥青混合料掺配率的增加，再生沥青混合料的水稳性逐渐降低。但当旧沥青混合料掺配率＜25%时，冻融劈裂残留强度比差别不大。说明再生沥青混合料与新沥青混合料的的水稳定性相差不大。 旋转压实成型的再生沥青混合料在冻融过程前后，其劈裂强度都大于马歇尔压实成型的沥青混合料，从冻融劈裂强度比看，两种方法成型的再生沥青混合料冻融劈裂强度比相近，都具有较好的水稳定性能。

4 结语

（1）通过冻融劈裂试验发现：旋转压实和马歇尔击实成型混合料劈裂强度比相差不大，均符合设计要求，由此可见两种方式成型的再生沥青混合料水稳定性能相近，增加RAP掺量会导致厂拌热再生沥青混合料的水稳定性降低。（2）Superpave方法设计的的再生沥青混合料车辙试验动稳定度高于马歇尔方法设计的再生沥青混合料，随着RAP掺量的增加动稳定度也逐渐增大，增加RAP掺量能在一定程度上改善厂拌热再生沥青混合料的抗车辙变形能力。（3）旋转压实成型再生沥青混合料低温性能优于马歇尔击实成型，Superpave方法设计的沥青混合料增加了压实功，在一定程度上会弥补由于掺加了铣刨料导致的低温稳定性的下降，随着RAP掺量的增加厂拌热再生沥青混合料的弯拉应变逐渐降低，低温抗裂性能变差。