熊文濤1 梁艷峰 肖振江

（1.蘇交科集團股份有限公司，南京 211112；2.云南交投集團投資有限公司，昆明 650000）

截止2018年底，我國公路總里程達到484.65×104km，其中高速公路里程14.26×104km。交通運輸部《“十三五”公路養(yǎng)護管理發(fā)展綱要》指出：十三五期間是我國公路由過去以基礎設施建設為主向建設、養(yǎng)護、管理、服務并重轉變，更加突出養(yǎng)護、管理、服務工作的重要轉型期。隨著交通流量的迅速增長及早期修建的公路陸續(xù)達到服務年限，養(yǎng)護工作量將越來越大。按照平均10 a 一次大修、5 a 一次中修測算，我國公路每年大中修里程將達到80×104km，其中高速公路將超過1.4×104 km。據(jù)統(tǒng)計，每年翻修開挖出來的舊瀝青混合料在1 000×104t 以上[1]，每年產(chǎn)生的路面廢料對環(huán)境、資源、能源產(chǎn)生了巨大的壓力，已成為必須面對和亟需解決的問題。

目前公路瀝青路面的再生技術主要有五種類型[2]。廠拌熱再生是應用最為廣泛的瀝青路面再生技術，且再生混合料性能最為優(yōu)良。然而在廠拌熱再生過程中，受到輸送功率以及舊料拌和溫度的限制，舊料添加比例一般很難超過25%。劉唐志[3]等人通過對不同RAP 料摻量（0、30%、40%、50%）下Evotherm 溫拌再生瀝青混合料路用性能的研究，得出該溫拌再生瀝青混合料的最佳RAP 料摻量為40%。秦永春、黃頌昌等[4]研究表明，改性和未改性的溫拌瀝青混合料可分別比相應的熱拌瀝青混合料節(jié)約能耗28.7%和22.9 %。Graham C.Hurley 和Brian D.Prowel[5]等人研究表明，添加Evotherm 的瀝青混合料回彈模量增大，抗車轍能力增強且抗水損壞能力較強。譚憶秋等[6]采用四點彎曲疲勞試驗對溫拌再生混合料的疲勞性能進行評價，研究結果表明，溫拌再生混合料的耐久性能優(yōu)異，且RAP 摻量可增加至45%。李佳坤等[7]研究了RAP 摻量對基于DTA 溫拌劑的溫拌生混合料的路用性能影響。已有研究表明，RAP 摻量增加可有效提高瀝青混合料的抗車轍性能[8]。

溫拌和再生技術的結合應用，一方面可以減少有害氣體的排放和減輕再生混合料在生產(chǎn)拌制過程中的老化和二次老化，提升施工環(huán)境的舒適性，提高對舊瀝青的再生恢復效果[9]，另一方面在現(xiàn)有工藝條件和能耗水平下，可提高舊料利用比例，應用潛力巨大，具有突出的社會和經(jīng)濟意義。因此，本試驗針對基于溫拌的高摻量廠拌熱再生混合料進行了研究。

1 試驗研究方案

（1）RAP 摻加比例

溫拌再生瀝青混合料的性能很大程度上與舊料的摻配比例有關。相關研究表明，為保證廠拌熱再生瀝青混合料的各項使用性能，其中RAP的摻量不宜大于20%[10]。為了盡可能地利用舊瀝青混合料，研究溫拌技術提高RAP 摻量的可行性，本次試驗舊料RAP 的使用比例分別選擇為20%和40%。

（2）新瀝青的選擇

新添加的瀝青性質直接關系到再生瀝青混合料的性質。McDaniel 和Shah[11]引用Bonaquist 的方法對不同 RAP 摻量的混合料進行試驗，發(fā)現(xiàn)當 RAP 摻量低于15%時，新舊瀝青的混溶程度將近100%，當RAP 摻量高于40%時，新舊瀝青則達不到100%混溶。參照美國的AASHTO 標準，高摻量RAP（＞20%）的再生瀝青混合料，需要改變新瀝青等級。因此，針對RAP 比例分別為20%和40%的再生瀝青混合料，需要選擇適宜的新瀝青的標號，并測試新舊瀝青融和后的PG等級，研究老化瀝青的性能恢復情況。

（3）溫拌劑的選擇與應用

采用溫拌技術，能降低施工拌和、碾壓溫度30 ℃以上，降低舊瀝青在混合過程中的二次老化。本文使用美國生產(chǎn)的表面活性類溫拌技術Evotherm，研究高摻量溫拌再生混合料的路用性能，室內(nèi)試驗40%RAP 的再生混合料，Evotherm摻加比例為添加劑∶瀝青=10 ∶90。

對于添加溫拌劑的溫拌再生瀝青混合料，溫度是一個十分重要的參數(shù)。結合已有研究成果，試驗前，將稱量好的新集料、舊瀝青混合料、新瀝青及礦粉進行加熱，試驗溫度選擇如表1所示。

表1 溫度控制 ℃

拌和時先添加新集料，然后添加舊瀝青混合料，再添加新瀝青，最后添加溫拌劑Evotherm，溫拌劑添加在新瀝青和舊瀝青混合料表面，避免與新集料直接接觸，Evotherm 與瀝青反應過程見圖1。所有的瀝青混合料在相應的溫度下拌和，采用旋轉壓實成型。

圖1 添加溫拌劑Evotherm 反應照片

2 高摻量溫拌再生瀝青混合料設計

2.1 高摻量溫拌再生混合料級配設計

依據(jù)Superpave 設計方法，以2.36 mm 篩孔為控制點。在選擇20%和40%RAP 的Sup20 混合料結構時，設計了2.36 mm 篩孔通過率分別為23.8%（20%RAP）和26.4%（40%RAP）的級配曲線。20%和40%RAP 的Sup20 試驗級配的試驗級配曲線見圖2。

圖2 試驗級配曲線

2.2 新瀝青選擇及瀝青含量的確定

（1）新瀝青的選擇

新添加的瀝青性質直接關系到再生瀝青混合料的性質。我國JTG F41—2008《公路瀝青路面再生技術規(guī)范》[12]中關于瀝青等級的選擇主要參照了美國的方法，根據(jù)舊瀝青的針入度、舊瀝青混合料的摻量來確定。具體的要求如表2。

如果要根據(jù)新舊瀝青調(diào)合法則確定新瀝青的標號，按照下面公式確定新瀝青的黏度。

式中：ηmin——混合后瀝青的60 ℃黏度（Pa·s）；

ηold——混合前舊瀝青的60 ℃黏度（Pa·s）；

ηnew——混合前新瀝青或再生劑的60 ℃黏度（Pa·s）；

α——新瀝青的比例。

表2 再生混合料新瀝青的選擇

本研究中采用的舊瀝青混合料回收瀝青以及70 號、90 號瀝青的試驗結果如表3所示，RAP回收瀝青針入度為38 1/10 mm，摻配比例為20%時，所以選用70 號瀝青，瀝青等級不需要變化。摻配比例為40%時，根據(jù)新舊瀝青調(diào)合法則確定新瀝青的標號，需改變?yōu)r青等級，選用90 號瀝青。

表3 RAP 回收老化瀝青及70 號、90 號瀝青測試結果

（2）瀝青含量的計算。

本研究的集料級配，根據(jù)集料的性質（密度和吸水率）進行計算，20%和40%RAP 的Sup-20 混合料的估算瀝青用量見表4。

表4 估算瀝青用量匯總表

表4中：Gsb——總集料的毛體積相對密度（總集料有粗集料、細集料及填料組成）；

Gsa——總集料表觀相對密度；

Gse——集料有效相對密度；

Vba——吸收進集料的瀝青膠結料體積，cm3；

Vbe——有效瀝青膠結料的體積，cm3；

Ws——每立方厘米混合料中集料質量，g；

Pbi——估算瀝青用量，%。

3 溫拌再生瀝青的PG 研究

瀝青的老化是路面再生技術研究的重要方面。本研究采用動態(tài)剪切流變儀DSR（如圖3所示）和低溫彎曲流變儀BBR（如圖4所示），檢測70 號原樣瀝青、20%RAP 再生混合料Sup-20回收瀝青、40%RAP+Evotherm 的溫拌再生混合料Sup-20 回收瀝青的PG 等級，分析老化瀝青性能恢復情況，其PG 等級情況如表5所示。

表5 溫拌和熱拌再生瀝青的PG 等級

從表5可以看出：

（1）20%RAP 再生混合料回收的瀝青，與70號原樣瀝青相比，瀝青的高溫等級提高8 ℃，低溫等級增加4 ℃。試驗表明，混入一定數(shù)量的RAP 使瀝青的剛度增加，與以往研究成果一致。

（2）40%RAP+Evotherm 高摻量溫拌再生混合料回收的瀝青，較20%RAP 再生混合料高溫等級降低2 ℃。以往研究成果，隨著RAP 使用比例增加，瀝青高溫等級預計會進一步提高。因此，溫拌劑的摻入有利于恢復老化瀝青的性能。

圖3 動態(tài)剪切流變儀DSR

圖4 低溫彎曲流變儀BBR

4 高摻量溫拌再生瀝青混合料路用性能評價

4.1 動態(tài)模量試驗

采用基本性能試驗機（SPT）進行單軸壓縮動態(tài)模量試驗（圖5），測試在不同溫度（低溫5 ℃、常溫25 ℃、高溫55 ℃）和荷載作用頻率（25 Hz、20 Hz、10 Hz、5 Hz、1 Hz、0.5 Hz、0.1 Hz）下混合料的動態(tài)模量│E*│，用于評價溫拌再生瀝青混合料的勁度。選定參考溫度為20 ℃，采用時溫等效原理，繪制20%RAP 與40%RAP+Evotherm再生混合料Sup-20 的主曲線如圖6所示。

從圖6可以看出：

（1）瀝青混合料的動態(tài)模量受溫度和加載頻率的影響顯著，兩種混合料表現(xiàn)出相同的規(guī)律，隨著溫度的升高，混合料的動態(tài)模量會明顯降低。

（2）瀝青混合料的動態(tài)模量與加載頻率呈雙對數(shù)關系，高模量發(fā)生在低溫、高頻率，處在圖的右邊；低模量發(fā)生在高溫、低頻率。在低溫、高頻荷載作用下，20%RAP 與40%RAP+Evotherm 再生混合料Sup-20 的動態(tài)模量比較接近；而在高溫、低頻荷載作用下，40%RAP+Evotherm 再生混合料Sup-20的動態(tài)模量比20%RAP 再生混合料高。表明高摻量溫再生瀝青混合料的抗車轍永久變形能力更強。

圖5 基本性能試驗機（SPT）

圖6 20%與40%RAP 再生混合料Sup-20 動態(tài)模量對比

4.2 高溫車轍試驗

采用60 ℃車轍試驗對20%RAP 和40%RAP再生混合料Sup-20 的高溫穩(wěn)定性能的驗證，試驗結果分別見表6。

瀝青路面的車轍問題是隨著社會發(fā)展，交通量及重載車輛增加后，路面破壞的一個重點問題。通過車轍試驗可以確定瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，這也是瀝青混合料性能檢測中最主要的指標。從表6可以看出，20%RAP 和40%RAP 摻量的再生混合料Sup-20，動穩(wěn)定度均滿足≥1 000 次/mm的規(guī)范要求，具有較好的高溫穩(wěn)定性。

表6 車轍試驗結果匯總表

4.3 低溫小梁彎曲試驗

采用小梁彎曲試驗來評價再生混合料的低溫抗裂性能。試驗條件：溫度-10 ℃，速率50 mm/min，試驗結果如表7和表8所示。

表7 20%RAP 再生混合料Sup-20 小梁彎曲試驗結果

表8 40%RAP 再生混合料Sup-20（+Evotherm）小梁彎曲試驗結果

從表7和表8可以看出，20%RAP 和40%RAP的再生混合料Sup-20，其破壞應變均滿足≥2 000με的技術要求。且摻加溫拌劑Evotherm 的40%RAP 的再生混合料Sup-20，其最大破壞荷載、跨中撓度、抗彎拉強度及破壞應變等指標均高于20%RAP 摻量的Sup-20，說明摻加溫拌劑Evotherm 能夠有效提升高摻量再生混合料的低溫性能。

4.4 水穩(wěn)定性試驗

采用AASHTO T283 試驗，檢驗20%RAP 和40%RAP 再生混合料Sup-20 的抗水損害能力，試驗結果分別見表9。

從表9可以看出，20%RAP 和40%RAP 的再生混合料Sup-20，其凍融劈裂強度比TSR均滿足≥80%的技術要求，具有較好的水穩(wěn)定性。

5 實體工程驗證

S325 省道起于淮安境內(nèi)丁集東與237 省道相交處，止于宿遷境內(nèi)本路和324 省道交叉處，連接了淮安、宿遷兩大地級市，是一條東西向的快速干線。項目路段通車多年，目前已出現(xiàn)了不同程度的路面病害，以裂縫、龜裂為主，并伴有較為少量的唧漿，路面使用狀況一般。

考慮到材料的循壞利用以及環(huán)境友好的要求，按照前文設計配合比及瀝青用量，鋪筑高摻量溫拌廠拌熱再生Sup-20 混合料的試驗段，RAP的摻配比例達到40%，實現(xiàn)了廢舊路面材料的高效再生利用。

對再生后的路面鉆芯取樣，芯樣壓實度檢測，結果如表10所示。實施后的再生路面狀況如圖7所示。根據(jù)現(xiàn)場檢測結果表明，試驗段鋪筑后外觀表面平整密實，壓實度均滿足技術要求。

表9 AASHTO T283 試驗結果

表10 試驗段路面芯樣高度及壓實度

圖7 施工后的再生路面

6 結論

從配合比設計、膠結料PG 研究、混合料的性能試驗等方面，對溫拌用于高摻量再生混合料的可行性進行研究，并應用于實體工程施工，取得了良好的效果。主要結論如下：

（1）溫拌技術用于高摻量廠拌熱再生，一方面可恢復老化瀝青的性能，另一方面可提高RAP料的摻加比例。

（2）瀝青膠結料PG 結果表明，40%RAP+Evotherm高摻量溫拌再生混合料回收的瀝青，高溫等級降低2 ℃，溫拌劑的摻入有利于改善老化瀝青的性能。

（3）混合料路用性能試驗結果表明，高摻量溫拌再生混合料的各項路用性能符合技術要求，且40%RAP+Evotherm 再生混合料Sup-20 表現(xiàn)出更好的高溫抗車轍變形能力。

（4）S325 省道實體工程應用結果表明，溫拌技術用于廠拌熱再生，RAP 的摻配比例達到40%，實現(xiàn)了廢舊路面材料的高效再生利用。