纤维种类对高RAP掺量沥青混合料路用性能的影响

仲小玲，张银博

（新疆交通建设集团股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

1 引言

在过去的十几年中，国内外对提高沥青路面的废旧料回收利用进行了广泛的试验研究。常用的方法是用新沥青和再生剂恢复旧沥青混合物的性能，并达到新沥青混合料的性能指标。大量研究表明，随着纤维作为SMA 路面结构添加剂的引入，添加纤维可以改善沥青混合料的道路性能。但从近些年来的研究趋势来看，将纤维作为外掺剂加到废旧沥青混合料将其再生的研究并不多见。本文结合新疆工程项目建设情况，将于同比例、同级配下不同种类的纤维加入热再生沥青混合料中，与普通沥青混合料、添加再生剂的高RAP掺量再生沥青混合料对比，分析不同纤维对高RAP 掺量沥青混合料路用性能的影响。

2 原材料

研究所用的废旧沥青混合料来自新疆某高速公路建设项目。铣刨前，原路面面层分为上下两层，上面层为4cm 厚AC-16C 型沥青混凝土，下面层为6cm 厚AC-20C型沥青混凝土，路面新建采用重交道路石油沥青。

2.1 新、旧沥青指标

研究选择旋转蒸发器法回收废旧沥青混合料中的沥青。在沥青回收过程中，沥青本身的老化在所难免。

依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）测定回收沥青的三大指标与60℃动力黏度，将回收沥青指标与克拉玛依90#新沥青指标进行对比，结果见表1。

由表1可知，回收沥青针入度、延度指标降低严重，软化点、动力黏度指标显著升高。从沥青组分对比看，沥青老化后饱和分、芳香分轻质组分减少，胶质、沥青质重组分增加，沥青的老化使沥青的黏度增大。可明显判断旧沥青老化较严重。旧沥青各项基本指标已无法满足规范要求，若想将该旧沥青重新利用，须对旧沥青进行再生[1]。

表1 新、旧沥青对比指标

2.2 回收集料性能分析

路面经过多年的使用，旧沥青混合料中的集料受行车、雨雪天气等长期的综合作用，其技术指标定会发生一些变化，因此对集料的抗压能力、耐久性等常规指标进行了检测，结果见表2。

由表2可知，虽然经过多年车辆荷载、气候、雨雪等因素的综合作用[2]，但是粗、细集料的各项技术指标仍满足规范要求，说明该集料的性能较稳定，外界因素对该路面集料的性能影响较小。

2.3 新集料性能

尽管RAP 中的矿料性能满足规范的要求，但各项性能均有不同程度的下降[3]，这就要求掺配坚硬、棱角分明、洁净、不含杂质的集料来改善混合料的性质。考虑实际情况，采用的集料为安山岩。粗集料分为23mm～30mm、18mm～23mm、10mm～18mm、5mm～10mm 4种规格，细集料为0～5mm；新沥青为克拉玛依90#A级道路石油沥青；沥青混合料的矿粉采用石灰岩磨细而成。根据《公路工程集料试验规程》规范要求进行试验，材料性质均满足规范要求。

表2 废旧沥青混合料的集料性能

2.4 再生剂指标

老化沥青的再生过程实质上就是要恢复沥青的基本性能，在工程建设中常采用再生剂或高标号的沥青恢复已老化沥青的路用性能[3-4]。对于普通RAP掺量的热再生混合料，高标号的新沥青掺入使用效果较好，但是旧料的掺量过大，沥青的恢复性能无法满足工程要求，该情况下常用的是添加再生剂的方法。本试验选取HR-1325型再生剂作为研究样本，其性能指标见表3。

2.5 纤维技术指标

用于沥青混合料纤维的种类很多，本文初步选择聚酯纤维、玄武岩纤维、木质素纤维和钢纤维四种纤维进行研究，纤维长度均为3mm。其技术性能如表4～表6所示。

3 配合比设计

3.1 级配的确定

表3 再生剂的基本性能指标

表4 聚酯纤维和玄武岩纤维技术性能

表5 木质素纤维技术性能

表6 钢纤维技术性能

表7 高RAP掺量混合料合成级配配比比例

结合新疆工程项目，研究混合料类型为AC-25C，选择的再生沥青混合料掺量为45%和50%，为了满足在同等条件下对比普通热拌沥青混合料性能的需要，将新集料筛分成单档然后回配，再进行普通热拌沥青混合料AC-25C型的配合比设计，其合成级配分别与45%RAP 和50%RAP 的合成级配相同，本研究中将该类型混合料称为45%RAP 对比普通沥青混合料和50%RAP对比普通沥青混合料。

高RAP掺量混合料合成级配比例见表7。

为了与添加再生剂的再生沥青混合料性能进行对比研究[5]，在上述同配比条件下，进行只添加再生剂HR-1325 的再生沥青混合料，再生剂的用量为废旧沥青混合料中沥青质量的10%。本研究中将该类型混合料称为45%RAP 对比再生剂沥青混合料和50%RAP 对比再生剂沥青混合料。

3.2 高RAP掺量再生混合料的体积性能指标

依据经验性做法，试验研究过程中四种纤维掺量均为0.3%。按照设计级配，在最佳油石比条件下，四种

纤维再生沥青混合料、对比普通沥青混合料拌沥青混合料以及对比再生剂沥青混合料的马歇尔试验指标见表8。

从试验结果来看，在同等试验条件下，两种RAP掺量下，添加纤维的再生沥青混合料的油石比和稳定度明显大于对比普通沥青混合料和对比再生剂沥青混合料，该结果一方面体现了纤维的吸油能力，另一方面也体现了其较好的水稳定性。

表8 高RAP掺量再生混合料马歇尔试验指标

表9 高RAP掺量再生混合料马歇尔试验指标

不同的纤维种类，相同比例掺量条件下，最佳油石比相差很小，但是纤维的吸油能力还是存在一定的差异性，木质素纤维吸油力最大，钢纤维吸油不明显。

4 不同纤维高RAP掺量再生混合料路用性能试验

4.1 高温性能试验

通过车辙试验对各再生沥青混合料的高温性能进行研究，试验结果见表9。

从试验结果分析可得，45%RAP的再生沥青混合料的动稳定度明显低于50%RAP的再生沥青混合料的动稳定度。随着废旧沥青混合料掺量的增加[6]，动稳定度呈现上升的趋势，高RAP 掺量再生沥青混合料的高温性能较好。与普通沥青混合料相比，掺再生剂与纤维的再生沥青混合料的动稳定度显著提高[7]。

聚酯纤维稍优于玄武岩纤维，木质素纤维和钢纤维高温性能明显低于聚酯和玄武岩纤维两种纤维，这可能是木质素纤维和钢纤维对促进新旧沥青的有效接触融合能力较低导致。从提升高温性能的能力来看，各纤维材料再生混合料高温性排序为：聚酯纤维、玄武岩纤维、钢纤维、木质素纤维能再生沥青混合料。

4.2 水稳定性能试验

通过冻融劈裂试验对各再生沥青混合料的水稳定性能进行研究，试验结果见表10。

从试验结果分析可得，45%RAP的再生沥青混合料比50%RAP 的再生沥青混合料的水稳定性有明显的优越性。

在同等条件下，聚酯纤维和玄武岩纤维提高再生沥青混合料水稳定性的能力均高于掺木质素纤维和钢纤维。

在试验过程中，添加再生剂的两种高RAP 掺量再生沥青混合料成型的马歇尔试件在60℃水浴箱7h～9h后全部散落，无法满足规范要求。结果说明再生剂可以一定程度上恢复旧沥青的使用性能，但再生后沥青的使用性能仍与新沥青有较大的差别[8]。

各再生混合料水稳定性为指标由高到低排序依次为：聚酯纤维、玄武岩纤维、对比普通沥青、木质素纤维、钢纤维、添加再生剂的再生沥青混合料。

4.3 低温性能试验

对各再生沥青混合料的低温性能进行研究，低温弯曲试验结果见表11。

表10 高RAP掺量再生混合料马歇尔试验指标

表11 高RAP掺量再生混合料低温弯曲试验结果

从试验结果分析可得，45%RAP掺量再生沥青混合料的低温抗裂性能稍高于50%RAP掺量的再生沥青混合料。普通热拌沥青混合料与掺加纤维的再生沥青混合料的低温抗裂性能远远高于掺再生剂的再生沥青混合料。

在同条件下，对添加四种纤维的RAP 掺量再生混合料低温性能进行对比，掺加聚酯纤维再生沥青混合料的低温抗裂性最好[9]，钢纤维的最差，可能是钢纤维无吸油能力原因所导致的。

以提升混合料低温抗裂性能的能力为指标排序，各纤维材料再生混合抗裂能力依次为：聚酯纤维、玄武岩纤维、钢纤维、木质料素纤维的再生沥青混合料。

5 结语

①两种高RAP 掺量，不同纤维、同种掺量下，对比分析可知本研究中四种纤维沥青混合料的最佳油石比相差很小，但按照吸油能力大小来看，木质素纤维吸油力最大，钢纤维吸油不明显。

②采用添加HR-1325型再生剂的方式可提升RAP掺量的用量，但其不适用于高RAP 掺量的再生沥青混合料，具有明显的局限性。

③综合对比聚酯纤维、玄武岩纤维、钢纤维、木质素纤维高RAP掺量沥青混合料高温、低温和水稳定性，聚酯纤维改善高RAP掺量再生沥青混合料路用性能的效果显著。

④在实际工程建设过程中可优先选择聚酯纤维，可有效改善热再生沥青路面的使用性能。