公路沥青路面热再生试验检测探讨

沈凯雷

（浙江交工交通科技发展有限公司，杭州 310000）

1 公路沥青路面热再生试验检测的意义

公路沥青路面热再生试验的开展，可以根据路面性能要求，科学补充废旧沥青混合料中缺失的沥青，确保再生沥青路面水稳定性、高温稳定性均达到规范要求。特别是热再生试验中添加再生剂的路用性能试验操作，可以确定最佳再生剂用量，解决因加热搅拌而引发的沥青二次老化问题，进一步增强再生沥青路面中沥青质、胶质与黏度，提高沥青路面性能[1]。

2 公路沥青路面热再生试验检测主要内容

2.1 热再生沥青掺量试验

热再生沥青掺量试验主要是评价不同旧沥青掺量下的再生沥青混合料感温性能、高温稳定性能及低温抗裂性能[2]。其中，再生沥青感温性能反映沥青随温度的变化程度，与沥青黏度、针入度具有较大关系。针入度指数的决定因素是温度变化，温度区间通常为5~30 ℃，一般再生沥青针入度指数大于老化沥青与90 号沥青。再生沥青高温性能指夏季高温环境下沥青路面抵抗变形保持一定性能的能力。一般将沥青针入度为800（0.1 mm）时的温度作为当量软化点，进行再生沥青高温稳定性能的评价，弥补沥青软化点滞后于水温情况下内部蜡溶解吸收的热量。沥青低温抗裂性能主要根据当量软化点原理，设定沥青当量脆点为沥青针入度为1.2（0.1 mm）时的温度，规避以往沥青低温性能评价重复性差、降温条件差异大问题。

2.2 再生沥青混合料级配试验

根据JTG E42—2005《公路工程集料试验规程》中集料筛分试验、矿料性能的检测方法，我国公路沥青路面混合料级配需要先明确多种矿料级配与最大密度的关系，再确定各种矿料的掺量。但再生沥青混合料内的旧料集料细化引发粗集料、细集料分别呈现减少、增加趋势，以往级配试验方法无法适用。此时，可以改用级配合成方法中的正规方程法+最大密度曲线理论（或贝雷法），对确定的再生沥青混合料矿料级配进行检验。其中正规方程法的计算公式为：

式中，Pij为集料i在筛孔尺寸为j时的通过率，%；Xi为各集料在再生沥青混合料中的用量，%；Mj为矿料级配中值，%[3]。

将已有数值代入式（1），可以确定矿料基本比例。如在旧料掺量为20%时，再生沥青混合料合理级配分别为（10～20 mm）100%，（5～10 mm）100%，（0～5 mm）100%，矿粉100%，合成级配100%。在这个基础上，按照一定粒径大小配合规律，依据空隙最小、密度最大的原则，排列矿料，检测最大密度曲线各孔径与通过率是否满足集料级配上下限要求。评价方法为：

式中，Pi为各矿料孔径粒径通过率，%；n为幂指数，在n=0.45时，再生沥青混合料密度最大，空隙率最小；di为各孔径粒径，mm；D为固体颗粒混合料的最大粒径，mm。

级配上限为n=0.3 时各孔径粒径通过率，级配下限为n=0.7 时各孔径粒径通过率。根据式（2）可以确定不同旧料产量下各孔径粒径通过率以及最适宜合成级配。

2.3 添加再生剂的路用性能试验

2.3.1 高温稳定性

再生剂添加下的公路路面高温稳定性表现为高温环境下再生沥青路面抵御移动荷载的强度、刚度。根据JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的车辙试验方法，需要先将不同再生剂添加量下的再生沥青混合料分别碾压成长300 mm、宽300 mm、厚50 mm 的车辙试件，再测定其在60 ℃时的动稳定度。动稳定度与碾压前后变形量、往返碾压速度关系密切，计算公式如下：

式中，DS 为动稳定度，次/mm；t2为碾压后时刻；t1为碾压前时刻；N为往返碾压速度，42 次/mm；d2为碾压后变形量，mm；d1为碾压前变形量，mm；C1、C2均为系数，对应数值均为1。

2.3.2 水稳定性

添加再生剂后的公路路面水稳性能主要表现为再生沥青混合料抵御不同状态下水分子对沥青混合料侵蚀的能力，直接决定再生沥青路面运行年限[4]。根据JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中马歇尔稳定度（浸水）试验方法，需要先将不同再生剂添加量下的再生沥青混合料分别制备成直径（101.6±0.2）mm、高（63.5±1.3）mm 的标准马歇尔试件，计算浸水残留稳定度，浸水残留稳定度为浸水48 h 稳定度与设计稳定度的比值。

3 公路沥青路面热再生试验检测的工程案例分析

3.1 工程概况

某公路为一级公路，设计速度为100 km/h。公路位于浙江地区，对路面高温稳定性、浸水稳定性具有较高要求。公路为整体式路基，路基宽度为25.0 m，最大纵坡5.5%，最小坡长200 m。公路拟选用路面结构为4 cm 沥青混合料AC13（细粒式沥青混凝土）+6 cm 沥青混合料AC20（厂拌热再生中粒式新沥青混凝土）+8 cm 沥青混合料AC25（厂拌热再生粗粒式新沥青混凝土）。

3.2 旧沥青掺量试验

为确定最佳旧沥青掺和量，根据工程情况，抽提铣刨料，在旋转蒸发器内回收老化沥青。按照不同比例掺入原道路石油沥青，进行针入度、延度、软化点试验，得出结果见表1。

表1 旧沥青掺量试验结果

由表1 可知，在旧沥青掺加量在0%~50%的变化过程中，再生沥青混合料针入度测定值先增加后减小，在旧沥青掺加量达到20%时的再生沥青混合料针入度最大，为90（0.1 mm）。而在旧沥青掺加量超出40%时，再生沥青混合料的针入度无法达到技术要求。在旧沥青掺加量超出30%时，再生沥青混合料延度指标显著下降，无法满足案例中公路沥青的使用标准。不同旧料掺加量下的再生沥青混合料软化点均达到技术要求[5]。

3.3 再生剂添加量变化下的沥青路面性能

在破碎废旧沥青混合料烘干到恒定重量后，将已称量的热拌再生剂RA25 添加到烘箱内，调整烘箱温度为90 ℃，预热20 min。进而在90 ℃热拌和锅内放入废旧沥青混合料、预热完毕的RA25 再生剂，拌和1.5 min 后，获得再生沥青混合料。在室内放置48 h 及以上后，利用马歇尔稳定度（浸水）试验方法，分别加热再生剂掺加量为0%、0.5%、1.5%、2.0%时的再生沥青混合料到135 ℃，获得标准马歇尔试件，进行再生沥青路面性能检测[6]。得出结果中，再生剂掺量为0 时，沥青含量为3.42%，浸水残留稳定度为68.9%，残留稳定度要求为≥80%。60 ℃下高温稳定性中45 min 变形量、60 min 变形量、动稳定度分别为2.72 mm、2.88 mm、3 938 次/mm，高温稳定性技术要求为＞1 000 次/mm。

再生剂掺量为0.5%时，沥青含量为4.35%，浸水残留稳定度为85.2%，残留稳定度要求为≥80%。60 ℃下高温稳定性中45 min 变形量、60 min 变形量、动稳定度分别为3.52 mm、3.72 mm、3 375 次/mm，高温稳定性技术要求为＞1000 次/mm。

再生剂掺量为1.5%时，沥青含量为5.00%，浸水残留稳定度为92.3%，残留稳定度要求为≥80%。60 ℃下高温稳定性中45 min 变形量、60 min 变形量、动稳定度分别为5.38 mm、6.20 mm、768 次/mm，高温稳定性技术要求为＞1 000 次/mm。

再生剂掺量为2.0%时，沥青含量为5.50%，浸水残留稳定度为89.5%，残留稳定度要求为≥80%。60 ℃下高温稳定性中45 min 变形量、60 min 变形量、动稳定度分别为6.58 mm、7.51 mm、677 次/mm，高温稳定性技术要求为＞1 000 次/mm。

综合上述试验结果可知，RA25 再生剂掺入量在0%~2.0%变化过程中，再生沥青路面浸水残留稳定度先增加后减小，RA25 再生剂掺量达到5.00%时，沥青路面浸水残留稳定度达到最高，满足残留稳定度要求。同时，分析60 ℃下不同再生剂RA25 掺量时的再生沥青路面高温稳定性，得出在RA25 再生剂掺入量由0%上升到2.0%的过程中，再生沥青路面高温稳定性不断下降，动稳定性最高为3 938 次/mm，达到规范要求。综合考虑高温动稳定性与浸水残留稳定度，可以设定再生剂RA25 掺量为0.5%。

3.4 再生沥青混合料级配

在再生沥青混合料中，旧料掺加量为20%、再生剂RA25掺加量为0.5%的情况下，根据数解级配合成方法中的正规方程法+最大密度曲线理论，结合式（1）和式（2），检测再生沥青混合料级配，得出结果：集料10～15 mm 时，16 mm 孔通过百分率为100%，13.2 mm 孔通过百分率为66.50%，9.5 mm 孔通过百分率为14.75%，4.75 mm 孔通过百分率为0.53%，2.36 mm孔通过百分率为0.48%，1.18mm 孔通过百分率为0.46%，0.60 mm孔通过百分率为0.45%，0.30mm 孔通过百分率为0.44%，0.15 mm孔通过百分率为0.43%，0.075 mm 孔通过百分率为0.43%。

规范要求中值、上限、下限均为100%；集料5～10 mm 时，16 mm 孔通过百分率为100%，13.2 mm 孔通过百分率为96.88%，9.5 mm 孔通过百分率为3%，4.75 mm 孔通过百分率为0.65%，2.36 mm 孔通过百分率为0.56%，1.18 mm 孔通过百分率为0.54%，0.60 mm 孔通过百分率为0.51%，0.30 mm 孔通过百分率为0.48%，0.15 mm 孔通过百分率为0.46%，0.075 mm孔通过百分率为0.39%；规范要求中值、上限、下限分别为95%、100%、100%。

从旧料掺加下的再生沥青混合料级配可得出，在旧料掺加调整再生沥青混合料级配过程中，新添加粗集料逐渐朝着低水平发展，极易对再生沥青混合料高温性能造成负面影响[7]。但20%旧料掺加下的沥青混合料均在设计最大密度上限、下限内，满足公路施工要求。

4 结语

综上所述，废旧沥青路面的再生利用降低了公路沥青路面施工维修成本，实现了沥青与矿料资源的循环利用，经济效益、环保效益较为突出。因此，试验检测人员可以根据公路沥青路面热再生过程，科学策划、实施路面热再生试验检测方案。根据试验检测中得出的高温稳定性、水稳定性结果，确定最佳旧料掺量，为公路沥青路面热再生技术的应用提供充足参考。