RAP掺量比例对沥青热再生混合料性能的影响

2021-07-15高文喜秦良辉

黑龙江交通科技 2021年6期

刘春，周浩，高文喜，秦良辉

(1.山东泰和公路工程有限公司，山东淄博 256410；2.山东建筑大学，山东济南 250109)

我国的等级道路中，沥青路面占据了绝大部分比例。沥青路面在使用过程中，由于行程作用和环境因素的影响，沥青混合料的性能逐步降低，路面随之不断产生损坏。随着服役期的延续，大量的路面进入维修期。由于在前期道路修建过程中优质石料等消耗量巨大，加之环保意识越来越强，导致优质石料越来越难以获得，影响道路建设和养护事业的可持续发展。

沥青路面热再生技术，可以处理车辙等多种沥青路面病害，且对交通的阻断封闭期短，对正常交通打扰较少，且可以把路面的旧料回收利用，最大程度减少原材料消耗，并解决回收沥青路面铣刨料占用大量土地面积、影响城市环境的问题，可以一举多得实现道路修建与维修的可持续发展。热再生沥青混合料由新集料、新沥青、铣刨料、填料等构成，而铣刨料掺量对于热再生混合料的性能有直接影响，需要进一步研究。

1 原材料分析

原材料基本性能确定是沥青路面再生设计的基础。首先对试验所用的沥青、沥青铣刨料、集料等进行系统分析，确定其技术性能。

1.1 新添加沥青

沥青对热再生混合料性能有重要影响，路面设计需要根据道路交通的性质和本地区的气候特点，选择合理的沥青。选用山东地区常用的齐鲁70#基质沥青，并检测各项技术性能指标，都能满足相关规定，具体的技术性能指标检测结果如表1所示。

表1 沥青性能指标

1.2 集料

碱性矿料(如石玄武岩等)与沥青的粘附性较好，但石灰岩等部分碱性矿料的耐磨性相对较差，经过压实和较长服务期后难以保持集料挤嵌作用。而偏酸性集料(如花岗岩、石英岩等)，质地坚硬，但与沥青的黏附性不足，需要掺入一定量的抗剥落剂或消石灰。选用玄武岩做为集料，并设计合成级配如表2所示。

表2 集料合成级配

1.3 RAP材料

铣刨料的掺量以及铣刨料性能的变异性都会影响再生混合料的性能。回收铣刨料不能直接用于再生工艺，需要对其进行筛分，分档储存，再将不同规格的再生料按照合适的比例组合成再生原材料，从而有效控制再生料级配，提高其路用性能。

本项目所用的铣刨料分为粗、中、细三档存放，经过设计其合成级配，如表3所示。

表3 RAP材料级配

1.4 填料

所用矿粉采用石灰岩经过研磨制备，检验其各项性能指标均符合道路施工相关规定，可用于热再生沥青混合料生产。

2 热再生材料性能研究

2.1 热再生沥青混合料级配

需根据道路等级、气候条件、确定工程设计级配范围。目前我国道路热再生实践中，一般参考公路沥青路面施工技术规范进行选择；当然条件成熟时，也可以在本单位施工经验基础上，参考国内外成功经验，合理设计和选取热再生沥青混合料级配，但应进行细致的实验保证沥青热再生混合料性能满足道路要求，并考虑以下几方面的因素。

(1)再生料级配设计，需要考虑再生铣刨料的变异性；

(2)确定铣刨料掺配比例时需要考虑实际的再生设备配置情况，一般添加比例不宜超过30%；

(3)铣刨料掺配比例一般不超过30%，在有再生剂添加的情况下铣刨料掺量一般不超过50%。

2.2 沥青热再生混合料性能

本项目初拟RAP掺量为10%～40%，进行马歇尔试验，测试其最佳沥青用量以及稳定度等指标(试验结果见表4)，并确定其合理配合比。

表4 不同RAP掺量下马歇尔试验结果

10%RAP料掺配率下热再生沥青混合料最大密度对应的沥青剂量a1=4.52%，a2=4.1%，a3=4.14%，a4=4.32%。OACmin=4.06%(空隙率范围对应最小值)，OACmax=4.6%(VFA范围对应最大值)。

OAC1=(a1+a2+a3+a4)/4=4.27%

OAC2=(OACmin+OACmax)/2=4.33%

OAC=(OAC1+OAC2)/2=4.3%

试验结果表明，随着RAP掺量的增加，沥青用量有所降低，可能是铣刨料中沥青的影响。铣刨料包含有一定量的旧沥青，这部分沥青经过轻质成分的损失和环境的氧化作用等，沥青的含量和柔性都已经有所下降，但仍然可以作为沥青粘结料使用，可以包裹和粘附集料，所以随着铣刨料比例的提高，所带来的旧沥青粘结料自然增加，从而在一定程度上降低了对沥青的需求量。

由稳定度试验结果可得到：本次试验的热再生混合料的稳定度都合格，且随着铣刨料掺量的增加，稳定度有所提高，说明再生沥青混合料的高温稳定性随铣刨料的掺入而有所改善。这是因为，铣刨料在热力和紫外线等因素作用下，沥青结合料不断发生老化，导致变硬变脆，其软化点、黏度提高，这些变化有助于改善沥青混合料的高温性能，而对低温抗变形能力有不利影响。所以，随着铣刨料掺量的增大，热再生混合料中老化后的沥青量也增加，导致热再生混合料整体的高温稳定性有所提高。