上面层高掺量厂拌热再生混合料配合比及性能研究

孙思威

摘要 文章通过相关室内试验对上面层高掺量厂拌热再生沥青混合料配合比及路用性能进行研究，试验结果表明：30%RAP料掺量的AC-13上面层满足沥青混合料路用性能技术要求，并且随着RAP料掺量的提高，其水稳定性能有小幅下降，而动稳定度均有所提高。相比新拌沥青混合料， 30%RAP掺量沥青混合料具有更好的疲劳性能，条件允许下可在养护工程中进行规模运用。

关键词 高掺量厂拌热再生沥青混合料;高温性能;低温性能;疲劳性能

中图分类号 U414 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）10-0076-04

0 引言

随着我国“十四五”发展的战略布局，公路事业发展建设成为重要部分，国省干线公路养护成为重点问题。厂拌热再生技术近年来是路面养护方向研究的重要课题，厂拌热再生技术的应用已较为成熟，目前江苏、浙江、山东等省份在国省干线老路改造中使用较多，而对于铣刨旧料的掺量一般控制在20%以内。根据调查了解，厂拌热再生技术效果较好，江苏省各地市国省道路面养护中、下面层基本全部采用厂拌热再生沥青混合料。随着公路里程的不断增加和老路路面性能逐渐衰减，对老路改造的规模逐步扩大，沥青路面养护改造工程中产生的沥青混合料数量非常大，常规厂拌热再生中铣刨旧料的掺量相比之下较小，因此高掺量厂拌热再生技术逐渐成为需要深入探索的问题。高掺量厂拌热再生一般指旧沥青用量占沥青总量的25%以上，但是对于旧沥青掺量大于25%的再生混合料，对其性能的评价及研究还没有得出确切而公认的结论[1-3]。因此，如何通过正确的再生混合料设计，实现厂拌热再生的高RAP掺量，减少新集料的使用，实现矿产资源的节约利用，降低碳排放量具有突破性的意义。

1 工程概况

基于研究现状，该文依托某高速公路养护大中修养修工程，试验段长度为3 km，路段为沥青路面，已通车十年以上，沥青层厚度为19 cm，水稳碎石层为54 cm，该路段做过超粘磨耗层预防性养护，路面病害以横向裂缝为主，局部存在龟裂、松散等病害，重车较多，货车占比达到38%。

以30%铣刨旧料掺量条件下的AC-13沥青混合料作为主要研究对象，通过调配不同掺量的RAP料，并对沥青混合料进行多性能试验，分析不同掺量下性能差异，旨在为后续厂拌热再生研究提供参考。

2 试验设计

2.1 沥青混合料配合比设计

2.1.1 RAP料

铣刨料抽提筛分结果见表1。

2.1.2 新集料及新沥青

新料为玄武岩集料，沥青为SBS改性沥青，各项指标检测结果均满足规范要求。

2.1.3 级配设计

集料的筛分结果如表2所示。

根据RAP材料和新集料的级配，进行了30%掺量级配的试验，并与20%掺量各数据进行对比，合成级配曲线如表3、表4、图1所示。

2.2 性能试验

试验对象为30%RAP料掺量的AC-13再生混合料。

2.2.1 水稳性能试验

通过浸水马歇尔稳定试验、冻融劈裂试验，对掺配比例内的厂拌热再生沥青混合料的水稳定性能进行评价分析。

2.2.2 高温性能试验

该文采用普通车辙试验对AC-13再生混合料的高温性能进行评价分析。

2.2.3 低温性能试验

采用低温小梁试验对AC-13再生混合料的低温性能进行评价分析。

2.2.4 劈裂疲劳试验

采用间接拉伸疲劳试验对AC-13再生沥青混合料的疲劳性能进行评价分析。

3 试验结果分析

3.1 水稳性能试验结果分析

从表5中数据可以看出，20%、30% RAP料掺量的残留稳定度（RS）分别为90%、88.8%，而規范中的技术要求是不小于85%，因此可见两种掺量下残留稳定度均满足技术要求。通过试验数据可以发现，RAP料掺量20%增加至30%，残留稳定度仅下降了1.6%，这也表明了10%RAP料掺量差值对水稳定性能影响有限，30%RAP料掺量水稳性能仍然较好。另外，20%、30% RAP料掺量TSR分别为91.3%、89.6%，而规范中的技术要求是不小于80%，可见均满足技术要求。此外，30% RAP料掺量的TSR比20% RAP料掺量要低1.7%，同样佐证了30%RAP料掺量水稳性能较好，与常规掺量条件下的水稳性能相差不大。

3.2 高温性能试验结果分析

表6试验结果表明，20%、30% RAP料掺量的动稳定度分别为5 450（次/mm）、7 365（次/mm），均满足规范中不小于2 800（次/mm）的技术要求。另外，结果显示大掺量下动稳定度增加了1 915（次/mm），可见大RAP掺量下沥青混合料的高温稳定性更好，这是因为沥青会随着时间的推移发生明显的老化，并且老化是一个持续的过程，而老化过程中沥青的主要成分之一轻质油分会再发生挥发变化，而剩余沥青中的沥青质会增加沥青胶浆的黏度，因此随着RAP掺量增加，沥青质含量会同步增加，从而使沥青混合料内部粘结性增强，提升沥青混合料的高温抵抗变形能力。

3.3 低温性能试验结果分析

从表7中数据可以看出，30%RAP料掺量条件下，各组试验破坏应变均大于技术要求2 500 με，其中试验中破坏应变最小值为2 610 με，最大值为2 948.4 με，平均值为2 819.5 με，劲度模量平均值为4 675.5 MPa。可见30%RAP料掺量条件下，沥青混合料具有良好的低温抗裂性能。

3.4 劈裂疲劳性能试验结果分析

目前，随着交通量整体式增长，对道路耐久性、长寿命等技术要求越来越高，而RAP掺量沥青混合料的耐久性、疲劳性能是关注的重点。该文根据试件位移变化曲线的第二个反弯点来确定试件的疲劳寿命[4-5]。不同应力比条件下的疲劳次数见表8，疲劳试验结果见图2、图3。

可看出随着应力比的增加，沥青混合料的疲劳性能下降，并且两种沥青混合料的应力比—疲劳寿命拟合的线性方程可靠度均在0.98以上，说明实验结果和拟合的线性方程具有很高的可信度。另外，由表9可知在同应力条件下，两种沥青混合料相差较小，表征疲劳敏感度的|a|值在掺加RAP料后有所增大，增加幅度为6.66%，再生类混合料相较于新拌混合料疲劳敏感度增大是必然的趋势，主要是由于RAP中裹覆于集料表面的沥青在经过水、温、光等外界条件作用后发生了一定程度的老化，从而使性能有所下降，表现形式为对外界作用的敏感性较弱;表征疲劳寿命的b值在掺加RAP料后下降了0.37%，可见混合料疲劳寿命降低极小。

总而言之，作为沥青混合料上面层，再生沥青混合料性能有尚佳表现，同时30%RAP掺量能够充分利用废旧铣刨料，降低工程养护成本。从道路养护工程全寿命周期角度看，再生混合料具有较好的社会效益和经济效益，而且根据后期对试验路段的跟踪观测得知，裂缝病害出现的频次相对较少，车辙病害基本鲜有出现。在试验路段通车较长时间后，对厂拌再生路面进行多次的观测，重点是路面外观包括裂缝和沥青膜的剥落情况，首先查阅了原路面在实施罩面前的病害及处理情况，对照原裂缝处治桩号，未发现原裂缝位置有持续发育的反射裂缝，步检全部试验段，也未发现有裂缝、坑洞病害。从骨料表面沥青膜剥落的情况看，经过较长期车辆荷载作用，路面骨料突起部分沥青膜均出现剥落，已经很难区分表面剥落的是RAP还是新集料。对试验路段构造深度、抗滑性能及渗水系数进行了多次检测，结果均能满足设计要求[6-7]。其中构造深度和摩擦系数指标在后期观测中较工后数据有所上升，为试验段通车前期部分粗集料沥青膜脱落后集料棱角性暴露后增加了摩擦力所致，之后随通车时间增加，抗滑性能出现缓慢衰减，为主车道轮迹带经汽车行驶作用下正常的衰减。由此可见，该技术的运用具有良好的适用性，因此，在养护工程中可对高掺量沥青混合料进行规模应用。

4 结论

（1）30%RAP料掺量的AC-13满足水稳性能技术要求，RAP掺量对水稳定性能影响较小。

（2）20%与30%RAP料掺量沥青混合料的动稳定度满足技术要求，随着RAP料掺量的提高，其动稳定度均有所增加。

（3）30%RAP料掺量条件下，劲度模量为4 675.5 MPa，低温小梁破坏应变为2 819.5 με，符合技术要求。

（4）30%RAP掺量沥青混合料的疲劳寿命与新拌沥青混合料较为接近，可见前者具有良好的疲劳性能。

参考文献

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