就地热再生技术在SMA-13 路面中的应用研究

陈鹏飞

（遵化市交通运输局，河北 遵化064200）

1 引言

就地热再生技术可以将旧沥青路面材料100%再生利用，减少对原材料的开采，大量节省工程成本，减少运输中的能源消耗和环境污染，保护自然环境。 SMA-13 是一种高性能沥青混合料，具有高强度、高稳定性、高耐久性等优点。 因此，就地热再生技术在SMA-13 路面中的应用逐渐引起学者们的关注[1]。

目前，在国内外，就地热再生技术在道路工程中得到了广泛应用，应用结果表明，就地热再生技术可以有效地提高道路的性能并延长其使用寿命[2]。 目前，对于就地热再生技术在SMA-13 沥青路面中的应用的研究主要分为以下几个方面：（1）就地热再生技术的原理和特点，包括加热方式、再生深度、再生材料等；（2）就地热再生技术的适用性，包括路面病害类型、路面结构评价、原材料性能等；（3）就地热再生混合料的设计，包括老化沥青再生、骨架-密实结构恢复、施工温度确定等；（4）就地热再生道路的施工，包括设备选择、工艺流程、质量控制等；（5）就地热再生道路的性能评价，包括力学性能、耐久性能、环境影响等[3]。 可见，关于就地热再生技术在SMA-13沥青路面中混合料的最佳RAP 掺量和再生剂掺量的研究有待继续。

2 工程概况

本项目为某道路养护工程， 该道路原路面上面层结构为SMA-13 型沥青混合料，本文选取其中K2+120～K2+620 段作为试验段，探究RAP 掺量和再生剂掺量对路面使用性能的影响。

3 原材料与级配设计

3.1 原材料

3.1.1 沥青

原路面沥青混合料采用SBS 改性沥青， 其性能指标检测见表1。

表1 SBS沥青性能指标

3.1.2 再生剂

本研究再生剂采用RA102 沥青热再生剂，主要技术指标检测见表2。

表2 再生剂性能指标

3.1.3 集料

新集料选择玄武岩集料，其主要技术指标检测结果见表3。

表3 集料性能指标

3.2 再生剂最佳用量

为保证沥青具有较好的黏弹性， 需对回收后的沥青添加合适比例的再生剂使其恢复原有性能。 本文在已有的研究基础上，选取4 个不同掺量0%、3%、6%、9%，以确定最佳再生剂掺量。 不同再生剂掺量下再生沥青的针入度、软化点、延度试验结果如图1 所示。

图1 再生沥青性能检测结果

根据图1 可以看出，当再生剂掺量为6%时，沥青针入度为5.42 mm，已基本达到原样沥青针入度的5.60 mm；当再生剂掺量为3%时，沥青软化点为75 ℃，与原样沥青的76 ℃已基本一致；当再生剂掺量为6%时，延度为26 cm，已基本达到原样沥青延度的28 cm。 随着再生剂掺量的增加，沥青的软化点和延度不断增加，软化点不断降低。 因此，为保证再生沥青在具有较好黏弹性的同时兼具较好的高低温性能， 确定最佳再生剂用量为6%。

3.3 级配设计

RAP 材料的级配类型为SMA-13，通过对回收材料的分离和筛分处理，得到原路面沥青混合料级配如表4 表示。

表4 原混合料级配

在RAP 料中添加6%再生剂 （以旧沥青质量百分比计），以4 个不同RAP 掺量30%、40%、50%、60%按照表4 级配进行配合比设计，初设5 个目标油石比5.4%、5.7%、6.0%、6.3%、6.6%。 根据马歇尔法，最终确定4 种不同RAP 掺量的混合料最佳油石比设计结果见表5。

表5 最佳沥青用量设计结果

4 路用性能

为保证就地热再生SMA-13 具有较好的路用性能， 本文对不同RAP 掺量下的再生混合料进行高温性能、 低温性能、水稳定性试验。

4.1 高温稳定性

根据JTG E20—2011 《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》，本研究高温稳定性研究采用车辙试验，以300 mm×300 mm×5 mm 车辙试件进行试验， 试验前将试件置于60 ℃环境箱中保温不低于5 h，轮压0.7 MPa，碾压时间60 min，并按式（1）计算动稳定度：

式中，DS 为沥青混合料动稳定度，次/mm；N 为试验车轮往返碾压次数， 次；t1、t2为实验时间， 分别取45 min、60 min；d1、d2为对应时间t1、t2时试件发生的变形量，mm；c1、c2为系数，本试验均为1.0。

不同RAP 掺量的沥青混合料动稳定度试验结果见表6。

表6 车辙试验结果

3.2 低温性能

根据试验所测最大破坏荷载和最大挠度计算小梁试件的抗弯拉强度、抗弯拉应变及劲度模量，不同RAP 掺量下再生混合料抗弯拉应变结果见表7。

表7 小梁弯曲试验结果

由表7 可以看出，随着RAP 掺量增加，再生混合料的弯拉应变模量逐渐降低，表明沥青混合料的低温性能不断下降。 在RAP 掺量为30%时，弯拉应变为2 965 με；当RAP 掺量增加至60%时，弯拉应变降低至2 147 με，此时已不满足规范要求的弯拉应变，这可能是由于随着RAP 掺量的增加，沥青混合料在低温条件下更容易变得脆硬，从而试验时更容易发生断裂。

3.3 水稳定性

本研究水稳定性采用浸水马歇尔试验进行评价， 不同RAP 掺量下再生混合料的水稳定性试验结果见表8。

表8 浸水马歇尔试验结果

综合考虑再生沥青混合料的高温、低温、水稳性能，本文建议就地热再生SMA-13 中RAP 掺量不超过50%为宜。

3.4 RAP掺量与沥青混合料路用性能的灰色关联度分析

根据前文试验结果， 本文利用SPSS 软件对RAP 掺量与再生混合料的高温稳定性、低温稳定性、水稳定性的关联性进行分析。 分析时以RAP 掺量为母序列，以动稳定度、弯拉应变、残留稳定度比为子序列，结果见表9。

表9 灰色关联分析结果

根据灰色关联分析结果可以看出，RAP 掺量与高温稳定性关联性最强，其关联度为0.83；其次是水稳定性，关联度为0.68；最后为低温抗裂性，其关联度为0.57。

4 结语

本文通过对就地热再生SMA-13 的最佳再生剂掺量及混合料的路用性能研究，RAP 掺量与路用性能的关联性分析，得到结论如下：

1）当再生剂掺量为6%时，旧沥青性能与原样沥青性能接近，已可以满足使用要求；

2）通过路用性能试验发现，RAP 掺量超过50%后，其低温性能和水稳定性不再满足规范要；

3）RAP 掺量与路用性能中的高温稳定性关系最为密切，其次是水稳定性，最后是低温抗裂性。