拌和条件对热再生沥青混凝土性能的影响研究

周 滔

（安徽交通职业技术学院 土木工程系，安徽 合肥 230051）

随着我国高速公路大规模进入维修期，热再生技术也得到了广泛的利用，厂拌热再生技术因其再生工艺生产设备投资小，只需要在原沥青混凝土拌和设备基础上添加一座附楼即可进行生产，简单易行，故应用较为广泛。厂拌热再生技术较为复杂，所有过程可能都会对生产出来的沥青混凝土性能形成影响，生产过程中主要影响因素包括回收旧沥青路面材料的工艺、回收的旧沥青路面材料筛分与破碎、储存及再生沥青混合料（RAP）的配合比设计、拌和、摊铺以及碾压等方面。其中，生产过程中集料与沥青比例控制较难，新旧料的加热温度和再生沥青混凝土的拌和温度以及拌和时间控制难度都较高，对性能影响都较大［1］。对于原材料来源选取已定，回收沥青混合料的掺量、再生沥青混合料的配合比设计均已定的情况下，实际施工中拌和过程的控制就显得尤为重要。本文选取安徽省合肥合六高速公路改扩建工程较有代表性的回收沥青混合料，采用精分离技术对旧回收料进行预处理，通过马歇尔设计方法，对再生沥青混凝土进行配合比设计，检验沥青混凝土性能均能满足设计标准要求，在级配、旧回收料掺量都已定的情况下，对再生沥青混凝土的拌和时间、投料顺序、拌和流程等几方面进行室内试验，通过对拌和成型后的试样进行外观判断及相关试验检验该沥青混凝土的路用性能，从而总结拌和条件对厂拌热再生沥青混凝土性能的影响。

1 试验方法

1.1 再生沥青混合料配合比设计

厂拌热再生沥青混凝土的配合比设计按照《公路工程集料试验规程》中的设计要求，对各档集料进行精确筛分，再根据矿料的筛分情况，通过目标配合比设计、生产配合比设计、生产配合比验证三个阶段，确定回收沥青路面材料的掺配比例、新材料的品种及配合比，矿料级配、最佳沥青用量［3］。

首先选取筛分好的旧沥青混合料，对相应的旧沥青混合料进行分析，对其沥青含量、级配、旧沥青老化等进行试验，根据分析结果，选择好添加量，再调整级配使之符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）的要求［4］。本文选取公路等级为高速公路、设计AC-25 沥青混凝土作为沥青路面下面层，选取旧沥青混凝土的回收料掺配比例为45%。为了提高厂拌热再生沥青混合料的掺配比例，将回收的沥青混合料按照单档料进行整体级配的调整。合成级配曲线如图1所示。

图1 合成级配曲线图

实验室内制备热再生沥青混凝土试样，并进行相应的马歇尔试验，确定最佳油石比为4.2%。再根据以上配合比设计进行检验，室内实验结果均符合规范要求。

在以上配合比已定的情况下，本文设计了三种不同的室内拌和方式，通过观察拌和料的外观情况及路用性能实验比对，判断不同拌和方式对热再生沥青混凝土性能的影响。

1.2 三种不同拌和方式对比分析

1.2.1 第一种拌和方式

试验流程：先投入新集料和一半掺量的沥青进行拌和，再加入再生料和剩下的一半沥青进行拌和，最后再加入矿粉。

第一阶段：添加新集料和一半沥青掺量拌和不同时间观测如图2所示。

图2 第一阶段拌和成型图

通过观察发现，当新料与一半掺量的沥青进行拌和，拌和时间小于70 秒时，存在拌合不均匀的情况，尤其是骨料上粗糙凹陷处沥青未裹覆上，有花白料的情况。而当拌和时间超过80 秒时情况明显转好，此时骨料表面完全裹覆沥青，拌合均匀无白花料，拌和效果最佳。最终选定最佳拌和时间为100秒。

第二阶段：在第一阶段基础上添加剩余的一半沥青及再生料，拌和不同时间观测如图3所示。

图3 第二阶段拌和成型图

通过拌和后观察，加入剩余沥青及再生料后当拌和时间小于60秒时，骨料油膜较薄，大骨料表面无细料附着，混合料暗淡无光泽。当拌和时间超过70 秒后骨料表面油膜增厚，粘附细料开始增多，在120秒时效果最佳。综合考虑最终选定拌和时间为130 秒，此时混合料拌和均匀无花白料，油膜富裕，表面粘附丰富的细料，拌和效果最佳。

第三阶段：在第二阶段基础上再添加矿粉进行拌和，拌和不同时间观测如图4所示

通过观察后发现，矿粉加入拌和时间小于50秒时存在拌和不均匀现象，混合料存在有部分花白料，当拌和时间超过60 秒时拌合效果较好，混合料拌和均匀且细料附着充分、光泽度饱满。最终选定拌和时间为70秒。

根据以上拌和步骤，最终选定拌和方案为：先投入新集料和一半沥青掺量进行拌和100秒，再加入再生料和剩下的一半沥青拌和130秒，最后加入矿粉拌和70秒。最终拌和料成型效果如图5。

图5 第一种方式最终拌和成型图

对拌和成型集料取样制作6 组试件，脱模后进行马歇尔稳定度和流值指标检测，检测结果如表1所示。

表1 第一种拌和方式马歇尔稳定度和流值试验结果表

1.2.2 第二种拌和方法

设计拌和试验流程如下：先将新集料及相应油石比的沥青进行加热拌和，再添加加热后的回收料及剩余比例的沥青量进行拌和，最后加入矿粉进行最终拌和。

通过拌和后观察，最终选定拌和方案为：先投入新集料及相应油石比的沥青进行加热拌和90秒，再添加加热后的回收料及剩余比例的沥青量进行拌和120 秒，最后加入矿粉进行最终拌和70秒。拌和料成型效果如图6。

图6 第二种方式最终拌和成型图

对拌和成型集料取样制作6 组试件，脱模后进行马歇尔稳定度和流值指标检测，检测结果如表2所示。

表2 第二种拌和方式马歇尔稳定度和流值试验结果表

1.2.3 第三种拌和方法

设计拌和试验流程如下：将新集料和回收料同时进行加热预拌，再根据油石比一次性加入新沥青量，再加入矿粉，继续拌和至均匀为止。

通过拌和后观察，最终选定拌和方案为：将新集料和回收料同时进行加热预拌，根据油石比一次加入沥青掺量，再加入矿粉，拌和时间控制在180 秒为最优。第三种方式最终拌和料成型效果如图7所示。

图7 第三种方式最终拌和成型图

对拌和成型集料取样制作6 组试件，脱模后进行马歇尔稳定度和流值指标检测，检测结果如表3所示。

表3 第三种拌和方式马歇尔稳定度和流值试验结果表

根据以上测试结果可知，三种不同拌和方式拌制的热再生沥青混凝土动稳定度均满足规范要求。第一种和第二种拌和方式拌制的热再生沥青混凝土稳定度略高于第三种拌制方式拌制的热再生沥青混凝土稳定度。其原因是再生料的强度是由结合料的粘结力与集料之间的嵌挤力决定的，前两种拌和方式由于新沥青是分批次加入，以至新集料、再生料与新添加沥青有了相对较充分的融合裹覆，相对应的热再生沥青混合料稳定度得到一定程度的提高。

2 混合料路用性能对比分析

2.1 高温性能对比分析

目前评定沥青路面高温稳定性的试验方法主要有车辙试验和马歇尔试验等。其中马歇尔试验常用但有一定的局限性，车辙试验操作较为简单，结果直观，也能很好地表现出与路面实际车辙的相关性。因此本文采用车辙试验，以车辙动稳定度来评价热再生沥青混凝土的高温稳定性，试验结果见表4，对比见图8。

表4 车辙动稳定度试验结果表

图8 车辙试验对比结果图

由图8 可知，三种拌和方式所拌制的热再生沥青混凝土车辙动稳定度均能满足夏炎热区规范要求，且第二种拌和方式优于第一种和第三种拌和方式。根据油石比及投入集料将新掺加沥青分批次投入沥青混合料进行拌和时，高温稳定性能得到明显改善。这是由于在拌制过程中，掺加的再生料比例较大，且经精确分离筛分后级配小于4.75mm 粒径的集料约占合成级配的将近一半。第三种方式拌制过程中，细集料在拌和桶中势必转动速度远远大于粗集料转动速度，随之裹覆的沥青油量更多，导致粗集料裹覆沥青量相对较少，粘附性相对较差，而细集料裹覆的沥青膜的厚度相对增大，粘度增大，导致混合料强度降低，所以第一种和第二种拌和方式的热再生沥青混凝土高温变形能力相比较第三种拌制方式更强，高温稳定性也优于相同级配热再生沥青混凝土的高温稳定性。

2.2 低温性能对比分析

对上述三种拌和方式拌制的热再生沥青混凝土在温度-10℃、加载速率50mm/min 的条件下进行弯曲试验，测定破坏强度、破坏应变、破坏劲度模量，并根据应力应变曲线的形状，综合评价热再生沥青混凝土的低温抗裂性能。低温弯曲试验结果对比如图9所示。

图9 低温弯曲试验对比图

由图9 可知，三种拌和方式的热再生沥青混凝土的最大弯拉应变均满足冬冷区对热再生沥青混凝土的低温弯曲破坏应变的最低要求，且三者相差较小，变化不大，说明三种不同的拌和方式对热再生沥青混凝土低温性能影响较小。

2.3 水稳性对比分析

检验热再生沥青混凝土的水稳定性采用浸水马歇尔试验与冻融劈裂试验，以残留稳定度与冻融劈裂强度比为评价指标，试验结果如图10、图11所示。

图10 浸水马歇尔试验结果对比图

图11 冻融劈裂试验结果对比图

由以上对比可知，三种拌和方式拌制的热再生沥青混凝土马歇尔残留稳定度高于80%，冻融劈裂强度比高于75%，满足潮湿区对热再生沥青混凝土的水稳定性的技术要求，且三者均相差较小，变化不大，说明三种不同拌和方式对热再生沥青混凝土的水稳性能影响也较小。

3 结论

热再生沥青混凝土在拌和过程中，将原生料和再生料分批次投入，并将新掺加的沥青根据油石比的比例分开掺加拌和，所拌制的热再生沥青混凝土高温性能优于将新掺加的沥青一次性加入混合料所拌制的相同级配热再生沥青混凝土的高温稳定性能，且低温性能和水稳定性能相差较小且都能满足性能检验要求。高温性能的变化主要是由于原生料和再生料中粗细集料对分批次掺加沥青的裹覆更均匀更好，不但提高了新旧集料之间的粘结性，劲度也越高，相应地也就提高了沥青混合料的高温抗变形能力。而在热再生沥青混凝土拌制时一次性加入全部沥青量进行拌和，会导致越细的集料颗粒裹覆的沥青量反而越多，油膜厚度太厚，混合料表观黑亮，混合料的高温稳定性差，且施工期间容易发生推移。目前我国市场主导的热再生沥青混凝土拌和设备大多无法精确分批次计量控制沥青的添加量，若能对拌合设备进行优化，将新旧集料及沥青分批次添加将会提高热再生沥青混凝土的高温性能。