王 鑫

(廣東華路交通科技有限公司，廣東 廣州 510420)

我國(guó)的道路處于建養(yǎng)并重階段，道路維修中產(chǎn)生大量的廢舊瀝青混合料，造成環(huán)境污染，不利于道路可持續(xù)發(fā)展；新建道路所需高品質(zhì)原材料又極度缺乏，最終無(wú)法保持其服務(wù)壽命。再生瀝青路面材料(RAP)的利用在施工中已經(jīng)變得越來(lái)越重要，然而RAP材料的替代料還是處于較低水平，2009年有研究者經(jīng)過(guò)大量研究認(rèn)為：RAP在熱拌瀝青混合料(HMA)的替換率不超過(guò)30%。基于環(huán)境問(wèn)題和工程經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，提升工廠化高摻量RAP再生瀝青混合料的生產(chǎn)技術(shù)迫在眉睫。

再生瀝青混合料的典型特點(diǎn)是，結(jié)合料被氧化，瀝青質(zhì)增加，輕質(zhì)油分減少，結(jié)合料變得硬脆、易產(chǎn)生疲勞開(kāi)裂。為了克服這一問(wèn)題，通常在再生瀝青混合料中加入軟化劑或再生劑，起到軟化結(jié)合料的作用，恢復(fù)老化瀝青的性能，并確保再生瀝青混合料的使用性能。研究人員使用了不同的再生劑，并通過(guò)與HMA的性能進(jìn)行比較，確定了合適的回收材料摻量，盡管預(yù)估再生混合料中RAP的利用率在10%～30%之間，在添加再生劑的情況下，RAP的利用率可高達(dá)70%，然而許多外加劑的商業(yè)化使得回收過(guò)程成本高昂。這些限制與早期研究的再生劑在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用有關(guān)，因此有必要探索其他可用的油類，以使項(xiàng)目在經(jīng)濟(jì)上可行，并確保RAP混合料具有足夠的抗車轍和疲勞性能。本文采用不同的RAP摻量(30%～70%)，加入5%的再生劑和軟化劑，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)不同再生瀝青混合料的體積特性、強(qiáng)度、水敏感性、車轍性能等進(jìn)行了分析。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 原材料

RAP材料來(lái)自于廣東省某中等交通高速公路，經(jīng)歷了7～9年的老化；新集料為玄武巖，來(lái)自周邊的采石場(chǎng)，各集料的基本技術(shù)性能均滿足相應(yīng)規(guī)范要求。

考慮到RAP摻量較高，采用SK90瀝青結(jié)合料。老化瀝青是通過(guò)離心機(jī)從RAP中回收的，其含量為3.64%；25 ℃下的針入度、軟化點(diǎn)和延展性為62 mm、48 ℃和18 cm。

以廢植物油為再生劑，由于存在大量的油酸和亞油酸，有望有效地恢復(fù)RAP結(jié)合料的性能。

軟化劑為市場(chǎng)上購(gòu)買的常用的石油系物理軟化劑。

1.2 級(jí)配與混合料設(shè)計(jì)

當(dāng)RAP用于瀝青混合料時(shí)，必須考慮新混合料中的舊材料。因此，再生骨料被分為粗粒級(jí)(粒徑大于4.75 mm)和細(xì)粒級(jí)(小于4.75 mm)，然后將其與原骨料混合，制備出滿足規(guī)范級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)的新骨料混合料。回收的混合料是通過(guò)采用不同RAP(即30%～70%)的原始料堆的不同組合來(lái)制備的。對(duì)照組混合料僅考慮原始料堆的組合(即全部新集料)?？刂平M混合料和回收混合料的最終級(jí)配均滿足規(guī)范的要求。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 體積特性

圖1為不同瀝青混合料的最佳油石比OBC，可以發(fā)現(xiàn)：再生瀝青混合料的OBC隨著RAP摻量的增加而減少，再生RAP的最佳瀝青結(jié)合料含量低于HMA，原因可能是再生劑可以恢復(fù)RAP結(jié)合料的物理和化學(xué)特性，HMA為了獲得更好的混合料和易性，需要低粘度或較多的新瀝青結(jié)合料。為了使各瀝青混合料試樣獲得同樣的空隙率，得到適當(dāng)?shù)恼扯?，需要摻入少量的新瀝青結(jié)合料，再生劑的添加量取決于RAP中老化結(jié)合料的含量。

圖1 不同混合料的最佳油石比OBC

所有混合料的集料間隙率均大于13%(如圖2)。可以發(fā)現(xiàn)：所有混合料的VMA符合規(guī)范要求，隨著RAP含量的增加，VMA降低，再生瀝青混合料的VMA均小于對(duì)照組HMA的，摻有再生劑的RAP混合料的VMA小于摻有軟化劑RAP的。每種混合料的壓實(shí)功率相同，這種體積特性的變化趨勢(shì)很可能是軟化劑材料的影響，降低了混合料的VMA，這說(shuō)明再生劑具有降低粘度的作用，提高了高摻量RAP再生瀝青混合料的可行性。

圖2 不同瀝青混合料的VMA

圖3不同瀝青混合料的VFA值，可以發(fā)現(xiàn)：瀝青混合料的VFA介于65%～75%之間，無(wú)論有無(wú)再生劑，對(duì)照組混合料的VFA值高于摻RAP的再生瀝青混合料。此外，還發(fā)現(xiàn)VFA值隨著RAP摻量的增加而降低，摻再生劑的RAP混合料與具有軟化劑的再生混合料相比，顯示出較小的VFA。

圖3 不同瀝青混合料的VFA

2.2 間接拉伸強(qiáng)度

采用間接拉伸試驗(yàn)可評(píng)價(jià)瀝青混合料的拉伸性能，進(jìn)而評(píng)價(jià)瀝青路面抗裂性能。所需試件直徑100 mm、高度63.5 mm，ITS為干燥狀態(tài)下的間接拉伸強(qiáng)度。

圖4為通過(guò)間接拉伸試驗(yàn)獲得的所有混合料在4%空隙率下的平均抗拉強(qiáng)度。由圖4發(fā)現(xiàn)：當(dāng)添加軟化劑時(shí)，ITS值隨RAP含量的增加而提高，與對(duì)照組混合料相比，再生混合料的強(qiáng)度更高，摻軟化劑或再生劑的再生瀝青混合料RAP(70%)表現(xiàn)出更好的性能；當(dāng)RAP摻量分別為30%、40%、50%、60%、70%時(shí)與對(duì)照組混合料相比，使用軟化劑和再生劑的RAP值分別提高了6.6%、32.38%、42.85%、54.28%和70.47%和1.9%、15.24%、49.52%、58.09%和63.80%，且RAP摻量在30%～60%之間時(shí)，強(qiáng)度結(jié)果之間區(qū)別不大；摻量在50%和60%RAP的情況下，摻有再生劑混合料比摻有軟化劑的再生混合料表現(xiàn)出更高的強(qiáng)度，這可能是由于摻有軟化劑比再生劑具有更強(qiáng)的軟化效果；而摻量為70%的摻有軟化劑的RAP混合料強(qiáng)度又高于摻有再生劑的強(qiáng)度，強(qiáng)度高對(duì)瀝青路面的抗變形能力是有好處的，但如果降低了柔韌性，其抗裂性能就差，因此，在合適的摻量下，保持相對(duì)高的強(qiáng)度和較好的抗裂性能是理想狀態(tài)。

圖4 不同混合料的間接抗拉強(qiáng)度

2.3 水敏感性

采用水敏感性試驗(yàn)時(shí)，使用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀成型試件，直徑為100 mm、厚63.5 mm，所有試樣的空隙率控制在7%左右。使用兩組樣品，一組在水中浸泡24 h，另一組保持干燥作為對(duì)照試樣。水敏感性通常用抗拉強(qiáng)度比(TSR)來(lái)表示，TSR值是指試件在潮濕狀態(tài)下的抗拉強(qiáng)度與干燥狀態(tài)下強(qiáng)度的比值，較高的TSR表明該混合物具有良好的抗水損壞能力。TSR值大于0.8時(shí)的混合料具有較強(qiáng)的抗水損害能力。

由圖5所示，TSR值在83.64%～93.2%之間，均大于0.8，具有良好的抗水敏感性，隨著RAP含量的增加，TSR降低，對(duì)于含有軟化劑和再生劑的再生瀝青混合料，TSR值在84.03%～93.2%之間，與對(duì)照組相比，摻外加劑的再生瀝青混合料具有更好的抗水敏感性。

從圖5還可以看出，對(duì)于RAP含量為30%～40%的再生瀝青混合料，TSR值略有增加，但隨著RAP含量的進(jìn)一步增加，TSR降低。這可能是由于混合料中存在老化的瀝青結(jié)合料，對(duì)水分不敏感，但隨著RAP含量的增加，混合料的和易性降低，導(dǎo)致混合料中VFA值減少，TSR值降低。

圖5 不同瀝青混合料TSR值

2.4 輪轍試驗(yàn)

采用輪轍試驗(yàn)以評(píng)估瀝青混合料的抗永久變形能力，孔隙率控制在4%左右，試件尺寸為400 mm×400 mm×50 mm，每種混合料的車轍深度在20 000次荷載作用得到。

圖6顯示了所有混合料的平均車轍深度，可以發(fā)現(xiàn)：所有混合料的車轍性能均小于臨界值，在HMA中添加RAP可提高其抗車轍性能，而添加再生劑可降低其抗車轍性能，這可能是由于RAP的硬化效應(yīng)，以及再生劑和軟化劑的軟化效應(yīng)；與再生混合料相比，原始混合料車轍深度最高。

圖6 不同瀝青混合料的車轍深度對(duì)比

3 結(jié) 論

(1)瀝青混合料的最佳油石比隨著再生劑的加入而降低；在強(qiáng)度方面，再生混合料的強(qiáng)度更高，含有RAP(70%)和軟化劑或再生劑的混合料表現(xiàn)出更好的性能，然而，摻有軟化劑的再生瀝青混合料，50%和60%RAP的再生混合物具有更高的強(qiáng)度。

(2)所有瀝青混合料(HMA和RAP)均達(dá)到最小拉伸強(qiáng)度比，沒(méi)有水分敏感性問(wèn)題。

(3)所有再生瀝青混合料的抵抗車轍性能高于對(duì)照組HMA，摻有再生劑的再生瀝青混合料抗車轍性能高于摻軟化劑的再生瀝青混合料。

(4)摻再生劑混合料的材料成本預(yù)計(jì)低于摻軟化劑的再生混合料和原始混合料?；谑覂?nèi)試驗(yàn)可以推斷，在不顯著影響混合料性能的情況下，可以生產(chǎn)RAP摻量高達(dá)60%，添再生劑約5%的再生瀝青混合料。