張 賀，劉忠根

（吉林建筑大學(xué)，吉林 長(zhǎng)春130118）

0 引言

回收瀝青路面材料（Reclaimed Asphalt Pavement）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)RAP）采用銑刨、機(jī)械人工開(kāi)挖等方式獲得的舊路面材料。再生瀝青混合料（Recycled Asphalt Mixture）是由舊料按一定比例與再生劑、新瀝青、集料、礦粉摻配而成[1]。材料的再生利用保護(hù)了環(huán)境的同時(shí)又節(jié)約了大量的瀝青、石料，降低了工程成本，保護(hù)了不可再生資源[2]。為響應(yīng)國(guó)家環(huán)保政策的號(hào)召，近年來(lái)廠拌熱再生技術(shù)在我國(guó)道路工程中應(yīng)用愈發(fā)廣泛[3-5]。

動(dòng)態(tài)模量是在通過(guò)模仿實(shí)際行車(chē)荷載施加不同加載速度及不同荷載的條件下得到的材料的模量，其值為應(yīng)力幅值與應(yīng)變幅值之比，與靜態(tài)模量?jī)H考慮應(yīng)力應(yīng)變不同，其應(yīng)力及應(yīng)變均為時(shí)間的函數(shù)，更能反應(yīng)路面材料在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的路用性能[6-8]。關(guān)于瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量的研究始于20世紀(jì)美國(guó)，經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的試驗(yàn)研究發(fā)展，最終被列入AASHTO 2002路面設(shè)計(jì)方法之中，成為美國(guó)道路設(shè)計(jì)方法中的一個(gè)基本設(shè)計(jì)參數(shù)[9-10]。

我國(guó)對(duì)于瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量的研究發(fā)展于21世紀(jì)初期，首次將動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)加入規(guī)范是在2011年的《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》JTGE 20—2011。在此之前，我國(guó)在模量方面一直使用的主要設(shè)計(jì)參數(shù)為20℃下的靜態(tài)回彈模量[11]。目前《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》JTGD 50—2017中對(duì)道路石油瀝青與常規(guī)級(jí)配瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量已有詳細(xì)的計(jì)算方法與其取值范圍。但是目前我國(guó)規(guī)范對(duì)于再生瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量的設(shè)計(jì)參數(shù)卻沒(méi)有明確提及。所以，本文經(jīng)查閱我國(guó)多年內(nèi)的大量文獻(xiàn)，旨在分析并總結(jié)近些年來(lái)我國(guó)學(xué)者及工程人員對(duì)于再生瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量研究進(jìn)展，供有關(guān)人員在再生路面設(shè)計(jì)時(shí)作參考。

1 RAP摻量對(duì)動(dòng)態(tài)模量的研究進(jìn)展

文獻(xiàn)[12]通過(guò)試驗(yàn)分析采用了6種不同的摻配比例（0%～60%），和2種級(jí)配（AC-13，AC-16）的瀝青混合料，在控制溫度20℃，40℃及60℃下，測(cè)定不同摻配比例及不同級(jí)配的再生瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量。結(jié)果表明：隨著再生瀝青混合料的試驗(yàn)溫度增加其動(dòng)態(tài)模量會(huì)減小及隨著加載頻率減小其動(dòng)態(tài)模量也會(huì)減小，舊料摻量高的混合料其動(dòng)態(tài)模量隨之增大。文獻(xiàn)[12]通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，為工程實(shí)踐的設(shè)計(jì)中RAP摻量對(duì)動(dòng)態(tài)模量的影響提供了參考。

文獻(xiàn)[13]采用AC-25級(jí)配的再生瀝青混合料利用SPT試驗(yàn)機(jī)測(cè)試在不同溫度及不同加載頻率條件下再生瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量，得出的數(shù)據(jù)見(jiàn)圖1。

圖1 不同舊料摻量再生瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量圖[13]

該試驗(yàn)亦得出試件中RAP的摻量增大，則再生瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量也增大的結(jié)論。同時(shí)得出，隨著溫度升高到一定程度，舊料的摻量對(duì)溫拌再生混合料的動(dòng)態(tài)模量的影響降低。

2 再生劑添加對(duì)RAP動(dòng)態(tài)模量影響的研究進(jìn)展

文獻(xiàn)[14]在確定再生劑用量后，根據(jù)Superpave設(shè)計(jì)方法對(duì)瀝青混合料、再生瀝青混合料及加入再生劑的再生瀝青混合料進(jìn)行動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)用混合料進(jìn)行短期老化和長(zhǎng)期老化試驗(yàn)以模擬實(shí)際路用情況。對(duì)3種混合料的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析研究表明，添加再生劑的再生瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量相對(duì)于未添加再生劑的瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量更加接近新制瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量，而摻加再生劑的混合料老化速度相對(duì)于未摻加再生劑的混合料更快。另外，摻加再生劑的再生瀝青混合料與未摻加再生劑的再生瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量均比新制瀝青混合料要大。其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2～圖3。

圖2 進(jìn)行過(guò)短期老化試驗(yàn)的混合料動(dòng)態(tài)模量主曲線(xiàn)[14]

圖3 進(jìn)行過(guò)長(zhǎng)期老化試驗(yàn)的混合料動(dòng)態(tài)模量主曲線(xiàn)[14]

該試驗(yàn)經(jīng)過(guò)老化試驗(yàn)的瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量得出的規(guī)律為：在不同頻率下，再生瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量最大，而加入再生劑的再生瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量比新制的混合料動(dòng)態(tài)模量大，二者的動(dòng)態(tài)模量更接近。

3 再生劑添加拌合方式對(duì)動(dòng)態(tài)模量的影響

文獻(xiàn)[15]設(shè)計(jì)了3種再生拌合方式（再生劑分步添加拌合、再生劑同步添加拌合、再生劑預(yù)拌添加拌合）拌合方式1為先將RAP舊料預(yù)熱2 h后直接加入再生劑，然后逐次加入新集料、新瀝青及礦粉；拌合方式2為先將RAP舊料預(yù)熱2 h后，邊攪拌邊慢速加入再生劑，隨后加入新集料、瀝青礦粉等；拌合方式3為先將RAP舊料預(yù)熱2 h，然后與新集料共同攪拌后，加入提前預(yù)摻好的混有再生劑的新瀝青，最后加入礦粉攪拌。對(duì)相同級(jí)配相同RAP摻配比例的再生瀝青混合料進(jìn)行動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果表明采用再生劑與新瀝青預(yù)混拌合加入RAP與集料預(yù)熱的拌合鍋內(nèi)的拌合方式得到的再生瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量明顯高于其余兩種拌合方式。其試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同溫度下拌合工藝對(duì)再生瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)結(jié)果[15]

由上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知在5℃～50℃的幾組實(shí)驗(yàn)中，提前加入再生劑的再生瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量均較2種后加入再生劑的再生瀝青混合料高。

4 再生瀝青混合料設(shè)計(jì)方法對(duì)動(dòng)態(tài)模量的影響

文獻(xiàn)[16]分別采用Superpave設(shè)計(jì)方法與馬歇爾設(shè)計(jì)方法制作Superpave-19與AC-20再生瀝青混合料試件，分別采用RAP摻量10%，20%，24.6%來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)，并控制試驗(yàn)溫度的條件下，對(duì)其所有試件得出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，得出各個(gè)摻量的Superpave-19試件的動(dòng)態(tài)模量均比AC-20試件動(dòng)態(tài)模量大，說(shuō)明了采用Superpave設(shè)計(jì)方法成型的試件壓實(shí)度優(yōu)于馬歇爾設(shè)計(jì)方法。其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 采用不同設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的混合料動(dòng)態(tài)模量對(duì)比圖[16]

在溫度-10℃～35℃的條件下，對(duì)不同設(shè)計(jì)方法成型的試件進(jìn)行動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)，其結(jié)果表明在試驗(yàn)中各個(gè)溫度條件下，采用Superpave設(shè)計(jì)方法成型試件的動(dòng)態(tài)模量均高于采用馬歇爾設(shè)計(jì)方法成型的動(dòng)態(tài)模量。

5 未來(lái)再生瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量的研究方向

隨著再生瀝青材料的應(yīng)用越來(lái)越多，動(dòng)態(tài)模量可以更好反應(yīng)再生瀝青路面的路用性能，所以需要對(duì)其工程應(yīng)用進(jìn)行更加全面的投入和研究。

1）國(guó)產(chǎn)動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)機(jī)器的研發(fā)

動(dòng)態(tài)性能的研究，因?yàn)樵囼?yàn)儀器均為進(jìn)口儀器，所以?xún)r(jià)格昂貴，而且動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)較靜態(tài)模量試驗(yàn)較為繁瑣，所以當(dāng)前我國(guó)針對(duì)再生瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量研究較少，如果研發(fā)生產(chǎn)出國(guó)產(chǎn)動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)機(jī)，可大幅降低試驗(yàn)成本，從而加速推廣動(dòng)態(tài)模量參數(shù)在工程實(shí)際設(shè)計(jì)生產(chǎn)中的應(yīng)用。

2）各溫度下的試驗(yàn)荷載范圍研究

我國(guó)瀝青混合料規(guī)范內(nèi)動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)中并未給出針對(duì)再生瀝青混合料在各溫度下的試驗(yàn)荷載范圍，實(shí)際試驗(yàn)時(shí)仍需要作出相應(yīng)調(diào)整才能保證試驗(yàn)試件的軸向應(yīng)變控制在規(guī)范范圍內(nèi)，對(duì)此，仍需要進(jìn)一步的試驗(yàn)來(lái)確定出適合再生瀝青混合料的大致水平范圍。

3）低溫條件下再生瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量的研究

我國(guó)規(guī)范動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)規(guī)程給出的實(shí)驗(yàn)溫度為-10℃～50℃，然而在我國(guó)東北地區(qū)冬季平均氣溫為-20℃左右。當(dāng)前我國(guó)對(duì)于再生瀝青混合料的低于-10℃溫度的動(dòng)態(tài)模量研究較少，低溫試件剛性增大，高頻加載試驗(yàn)條件下想要達(dá)到規(guī)范規(guī)定的應(yīng)變，所需荷載也隨之增大，從而得到的數(shù)據(jù)值容易失真，這也是當(dāng)前需要解決的問(wèn)題。

4）回收瀝青路面材料性質(zhì)對(duì)再生瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量的影響研究

當(dāng)前我國(guó)回收瀝青路面材料一般是從高速公路的舊面層銑刨、破碎、篩分獲得的，對(duì)于來(lái)自其他等級(jí)的公路的舊料，其集料性質(zhì)，瀝青性質(zhì)均與高速公路不同，對(duì)于采取不同性質(zhì)舊料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)的再生瀝青混合料，舊料性質(zhì)是否會(huì)對(duì)其動(dòng)態(tài)模量產(chǎn)生影響還需要進(jìn)一步的深入研究來(lái)論證。

5）再生技術(shù)對(duì)于再生瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量的影響研究

當(dāng)前我國(guó)對(duì)于再生瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量的研究主要以廠拌熱再生技術(shù)為主，對(duì)于廠拌冷再生瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量的研究目前來(lái)說(shuō)較少，廠拌冷再生技術(shù)與廠拌熱再生技術(shù)對(duì)于再生瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量的影響還需要進(jìn)一步的試驗(yàn)研究。

6 結(jié)語(yǔ)

可以預(yù)見(jiàn)，在我國(guó)瀝青路面的再生，因其對(duì)于廢料進(jìn)行再生利用應(yīng)用可以節(jié)約工程建設(shè)投入又可以保護(hù)環(huán)境，循環(huán)利用自然資源，能帶來(lái)極大的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境保護(hù)優(yōu)勢(shì)，所以其應(yīng)用前景非常廣闊。對(duì)于再生瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量的研究可以更好反應(yīng)再生瀝青路面的使用性能，目前我國(guó)對(duì)此研究較少，所以還需要進(jìn)行更廣泛的研究。