作者簡介：

林國杰（1994—），助理工程師，主要從事高速公路建設(shè)管理工作。

文章為探究不同因素對熱拌再生瀝青混合料路用性能的影響及影響程度，選擇再生劑摻量、RAP摻量、級配及油石比作為自變量，以動穩(wěn)定度、構(gòu)造深度為響應(yīng)變量，利用正交試驗設(shè)計進行四因素三水平試驗，對每組試驗數(shù)據(jù)進行分析，選擇最佳水平組合，并進行常規(guī)路用性能試驗驗證。結(jié)果表明：對高溫性能影響大小依次為RAP摻量gt;級配gt;再生劑摻量gt;油石比；對抗滑性能影響大小依次為RAP摻量gt;級配gt;再生劑摻量gt;油石比；利用極差、方差、灰關(guān)聯(lián)分析得出響應(yīng)變量綜合最佳因素組合水平為A1B3C3D1，即再生劑摻量為2%、RAP摻量為40%、級配為3#、油石比為4.4%，并對該水平進行了常規(guī)路用性能驗證，結(jié)果均滿足技術(shù)要求。

道路工程；再生瀝青混合料；正交試驗；灰關(guān)聯(lián)；路用性能

中圖分類號：U416.03 A 14 043 4

0 引言

隨著道路建設(shè)的快速發(fā)展，修建瀝青路面所使用的瀝青和集料消耗量巨大，導(dǎo)致道路資源枯竭。因此，利用再生材料修建瀝青道路已成為當(dāng)前道路建設(shè)的重要方向之一［1］。

在再生瀝青路面的發(fā)展過程中，再生劑的應(yīng)用較為普遍。高新文等［2］分析了生物油再生瀝青粘結(jié)劑的自愈合機理，發(fā)現(xiàn)不同老化時間下瀝青粘結(jié)劑的自愈合時間存在差異。閆正和等［3］以性能接近SBS改性瀝青為指標(biāo)，對再生瀝青混合料進行了路用性能測試，確定了生物油的最佳摻量。毛銳［4］通過對五種級配的路用性能測試，并根據(jù)測試結(jié)果進行優(yōu)化，得出了抗滑性能較好的級配范圍。紀(jì)傳麟等［5］利用不同粗細級配的SMA-13瀝青混合料進行了室內(nèi)試驗探究，發(fā)現(xiàn)粗級配瀝青混合料的抗滑性能優(yōu)于細級配。也有學(xué)者研究不同RAP摻量對路用性能的影響，通過大量室內(nèi)試驗，得出了基于路面性能的最佳RAP摻量［6-7］。

綜上所述，現(xiàn)階段研究并未將多因素對熱拌再生瀝青混合料路用性能的影響進行綜合分析。本文旨在研究不同因素對熱拌再生瀝青混合料路面性能的影響，采用正交試驗設(shè)計進行室內(nèi)路用性能試驗，并利用極差、方差分析和灰關(guān)聯(lián)分析評估再生劑摻量、RAP摻量、級配及油石比對再生瀝青混合料路面性能的影響程度。

1 原材料與試驗設(shè)計

1.1 原材料

（1）瀝青：本研究選用70#瀝青，并回收現(xiàn)場舊瀝青，將舊瀝青、新瀝青及不同比例的再生劑進行混合。調(diào)和瀝青的技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

從表1可知，已經(jīng)使用了6年的瀝青路面，回收的舊瀝青嚴重老化，為了重新利用舊瀝青，需要摻加再生劑。在摻加不同比例的再生劑后，與新瀝青進行調(diào)和，各項技術(shù)指標(biāo)基本滿足要求，可滿足使用要求。

（2）再生劑：再生劑選用將廢油經(jīng)熱化學(xué)處理后得到的生物油。對使用的再生劑進行技術(shù)指標(biāo)測試，結(jié)果如表2所示。

（3）礦料：對回收的舊瀝青、新集料（石灰?guī)r）和填充料進行技術(shù)指標(biāo)測試，結(jié)果都滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JT GF 40-2004）［8］要求，可用于再生瀝青混合料。

1.2 試驗設(shè)計

在本次試驗研究中，使用70%的新瀝青和30%摻加不同比例再生劑的再生瀝青，礦料級配由RAP與新礦料組成，RAP摻量為其占再生集料混合料的百分比。參考以往的研究，本次試驗中選定摻量在24%～40%，以每8%為間隔，設(shè)置三個水平，并通過調(diào)整各檔料的通過率獲得三個級配。摻量配合比結(jié)果如表3所示，其中級配1#較細，級配2#為中間級配，級配3#較粗。

為分析不同因素對再生瀝青混合料路用性能的影響，在室內(nèi)進行路用性能試驗，測試高溫穩(wěn)定性及抗滑性。參考過往研究及工程實際，以再生劑摻量、RAP摻量、級配及油石比為影響因素，以動穩(wěn)定度和構(gòu)造深度作為響應(yīng)變量。經(jīng)過確定自變量與響應(yīng)變量后，得出正交試驗設(shè)計方案如表4所示。

2 結(jié)果分析

通過正交試驗設(shè)計進行了9組不同因素水平搭配組合試驗，結(jié)果如表5所示。

2.1 極差分析

Ki表示不同因素水平的結(jié)果平均值，R表示極差。如果某一因素的極差值越大，則說明該因素對響應(yīng)量的影響程度越大。各響應(yīng)量不同因素水平極差分析結(jié)果如表6所示。

由表6可知，四個因素對動穩(wěn)定度影響程度最為顯著的是RAP摻量，其極差值為1 146；然后依次為級配、再生劑摻量、油石比，其極差值分別為207、171、92。RAP摻量對動穩(wěn)定度的影響程度明顯高于其他三個影響因素，這是因為PAR中的舊瀝青經(jīng)過長時間環(huán)境與車輛的荷載作用，發(fā)生老化，導(dǎo)致瀝青的軟化點升高，使瀝青變粘，勁度增大，從而使混合料的動穩(wěn)定度升高，高溫性能得到改善，混合料具有更高的穩(wěn)定性。級配對混合料動穩(wěn)定度的影響為集料之間的嵌擠穩(wěn)定性，級配越粗，集料之間的嵌擠穩(wěn)定性越好，動穩(wěn)定度越高。再生劑與油石比對動穩(wěn)定度的影響較小，因為瀝青用量對混合料動穩(wěn)定度的影響相對于RAP摻量、級配而言較小，且再生劑添加后得到的調(diào)和再生瀝青與新瀝青性能接近。

根據(jù)圖1可知，隨著再生劑摻量的增加，動穩(wěn)定度先上升再平緩降低，說明再生劑摻量并不是越多越好，其調(diào)和瀝青性能會存在峰值；隨著RAP摻量的增加，動穩(wěn)定度也隨之增加，瀝青老化，黏度增大，抗變形性能升高，動穩(wěn)定度升高；隨著級配變粗，動穩(wěn)定度逐漸增大，粗級配嵌擠結(jié)構(gòu)良好，不容易發(fā)生變形；隨著油石比的增加，動穩(wěn)定度先升高再降低，對于動穩(wěn)定度而言，存在一個最佳油石比。

根據(jù)表6可知，對抗滑性能指標(biāo)構(gòu)造深度的影響程度最大的是RAP摻量，其極差值為0.067，接下來依此為級配、再生劑摻量和油石比，極差值分別為0.027、0.023、0.02。RAP摻量增加會導(dǎo)致混合料中總瀝青含量增多，混合料中填充的瀝青變多，因此構(gòu)造深度變?。煌?，隨著油石比的增加，填充物增多，也使得混合料的構(gòu)造深度變小。級配變大、構(gòu)造深度增大的原因是因為粗集料較多，整體性較強，細集料更容易移動損失；而再生劑摻量越多，混合料中的油越多，同樣使得構(gòu)造深度降低。

由圖2可知，2%再生劑摻量的混合料構(gòu)造深度最大，8%再生劑摻量的構(gòu)造深度最小，隨著再生劑摻量的增加，構(gòu)造深度先降低；隨著RAP摻量的增加，構(gòu)造深度呈降低趨勢，24%RAP摻量的構(gòu)造深度最大，40%RAP摻量的構(gòu)造深度最小。這是由于RAP摻量越多，瀝青膠漿隨著增多，填充物多，構(gòu)造深度逐漸降低。隨著油石比的增加，構(gòu)造深度逐漸降低，油石比的增加使混合料的空隙減小；級配越大，構(gòu)造深度越大，抗滑性能越好。

2.2 構(gòu)造深度

利用方差分析進一步驗證。動穩(wěn)定度方差分析如表7所示，構(gòu)造深度方差分析如表8所示。

由表7的動穩(wěn)定度方差分析可知，影響程度依次為RAP摻量、級配、再生劑摻量、油石比，與極差分析結(jié)果相同。

根據(jù)表8的構(gòu)造深度方差分析結(jié)果，影響程度依次為RAP摻量、級配、再生劑摻量、油石比，與極差分析結(jié)果一致。

2.3 灰關(guān)聯(lián)分析

為進一步驗證各影響因素對因變量的影響程度，采用灰關(guān)聯(lián)分析理論計算各影響因素的關(guān)聯(lián)度，分別進行正交試驗結(jié)果區(qū)間化處理、求解差序列及兩極化，得到關(guān)聯(lián)系數(shù)及關(guān)聯(lián)度，從而得出各影響因素的顯著程度。動穩(wěn)定度及構(gòu)造深度的灰關(guān)聯(lián)計算結(jié)果分別如表9和表10所示。

由表9可知，對動穩(wěn)定度的影響程度依次為RAP摻量gt;級配gt;再生劑摻量gt;油石比，與極差方差分析結(jié)果相同。

由表10可知，對構(gòu)造深度的影響程度依次為RAP摻量gt;級配gt;再生劑摻量gt;油石比，與極差分析結(jié)果相同，表明了分析的準(zhǔn)確性及可行性。

綜上所述，動穩(wěn)定度越高說明混合料的高溫性能越好，對于動穩(wěn)定度最大的最佳因素水平組合為A2B3C3D2，即再生劑摻量為5%、RAP摻量為40%、級配為3#、油石比為4.7%；構(gòu)造深度越大，抗滑性能越好，對于構(gòu)造深度最大的最佳因素水平組合為A1B1C3D1，即再生劑摻量為2%、RAP摻量為24%、級配為3#、油石比為4.4%。可見兩個指標(biāo)的最佳因素水平組合并不相同，減少再生劑及油石比水平可減少經(jīng)濟費用，故選定再生瀝青混合料的最佳因素水平組合為A1B3C3D1，即再生劑摻量為2%，RAP摻量為40%，級配為3#、油石比為4.4%。

3 驗證

對再生瀝青混合料的最佳因素水平組合A1B3C3D1根據(jù)規(guī)范進行高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性和抗滑性能測試，以驗證最佳因素水平組合的常規(guī)路用性能是否滿足要求。測試結(jié)果如表11所示。

從表11可知，最佳影響因素水平組合A1B3C3D1測試再生瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性及抗滑性能結(jié)果均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JT GF 40-2004）的要求，表明試驗設(shè)計的可行性及重新將RAP應(yīng)用于瀝青路面修建的適用性。

4 結(jié)語

本文測試了不同因素對再生瀝青混合料路用性能的影響，采用了四因素三水平的正交試驗設(shè)計，以再生劑摻量、RAP摻量、級配、油石比為自變量影響因素，動穩(wěn)定度和構(gòu)造深度為響應(yīng)變量，通過極差、方差，灰關(guān)聯(lián)分析得出響應(yīng)變量綜合因素組合水平，并對綜合組合水平進行了常規(guī)路用性能驗證，得出以下結(jié)論：

（1）通過對舊瀝青路面進行回收，舊瀝青與新瀝青、再生劑調(diào)和后，可以達到新瀝青的技術(shù)指標(biāo)要求。

（2）通過對正交實驗設(shè)計不同因素水平組合進行動穩(wěn)定度和構(gòu)造深度測試，利用極差、方差和灰關(guān)聯(lián)分析得出響應(yīng)變量綜合因素組合水平為A1B3C3D1，即再生劑摻量為2%、RAP摻量為40%、級配為3#、油石比為4.4%。

（3）對綜合水平組合A1B3C3D1進行高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性和抗滑性能驗證，驗證指標(biāo)動穩(wěn)定度、彎拉應(yīng)變、殘留穩(wěn)定度、構(gòu)造深度均滿足要求。

參考文獻

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［8］JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［S］.

收稿日期：2022-10-20