再生混合料中新舊瀝青拌合效率研究進展

(長安大學公路學院 陜西 西安 710064)

再生混合料中新舊瀝青拌合效率研究進展

譚玉鍬張義

(長安大學公路學院陜西西安710064)

分析了新舊瀝青混合后其均勻性對再生瀝青路面的重要意義，總結了新舊瀝青的拌合效率對再生混合料設計過程的影響并分析了現有設計規范中相關內容的不足之處，最后通過介紹新舊瀝青拌合效率研究難點及重要進展，得出結論認為應通過建立標準試驗規程對高RAP摻量條件下新舊混合料拌和效率進行確定。

拌合效率；新舊瀝青；均勻性；再生路面

一、前言

路基路面沿道路中線方向具有材料和結構的連續性，既能滿足道路使用性能的要求，在汽車荷載的作用下，亦有利于減少應力集中現象和提高道路的疲勞壽命。通常材料的均勻性更難以保證。瀝青膠漿理論認為粗細集料分散在結合料中形成多項分散系。膠漿理論的關注重點是結合料，包括了結合料的均勻程度以及裹附在集料表面的結合料膜厚度等內容。有學者提出應控制瀝青結合料膜厚度的均勻性，甚至以此代替礦料間隙率等傳統混合料指標。

再生過程依據再生溫度和場所的不同而形式各異，其中舊集料表面舊瀝青與新瀝青發生有效拌合的比例稱為拌合效率，將老化的舊瀝青加入到新瀝青中時，舊瀝青的老化程度和摻加的比例是影響拌合效率的兩大因素，其對最終混合料性質的影響體則現在最佳瀝青用量、目標瀝青等級及設計級配三個方面。

目前我國再生瀝青混合料設計采用抽提試驗確定再生路面材料中瀝青含量，在RAP摻量確定的條件下，舊瀝青的含量也就確定了，再根據最佳瀝青含量便可以計算出所需的新瀝青數量，但由于實際拌合效率并不能達到100%，導致最佳瀝青含量較設計值偏小以及混合后瀝青性質與設計值不符；同時未能夠與新瀝青發生拌合的內層舊瀝青則與舊集料形成“黑巖石”，使得實際級配偏離目標級配。這些指標都會直接影響混合料的路用性能。

二、拌合效率的研究難點

確定瀝青用量時，假設拌合效率為100%，再以此來確定新瀝青的用量的設計方法是不準確的。當RAP顆粒與新瀝青和新集料混合時，RAP顆粒表面包裹的舊結合料中僅較小比例與新材料發生了拌合。

目前國內外均對RAP運用的層位及摻量進行限制，主要原因是RAP與新材料的拌合效率無法確定。拌合效率難以準確測定的原因包含客觀和主觀兩方面因素。

新舊材料的拌合是一個非常容易受環境因素影響的過程，拌合時間、拌合溫度以及拌合方式等變量都會對最終的拌合效果造成影響。新的結合料或者再生劑在添加入RAP中后的一小段時間內便會被老化的瀝青大量吸收，導致結合料或者再生劑很難均勻分布在混合料中，所以需要在初始拌合的一小段時間內最大程度地實現結合料或者再生劑的均勻分散。拌合溫度的控制主要是針對新集料的超高溫預熱、RAP顆粒的預熱和新結合料的預熱溫度，由于施工現場環境復雜拌合溫度控制具有不穩定性，且不對RAP進行預熱操作，拌合效果較差。

根據美國國家公路與運輸協會標準規范M323，無論原來為高溫或者低溫性能分級的瀝青結合料，當RAP摻量超過了混合料總質量的15%之時，都需要使用更軟的結合料，一般通過降低高溫或者低溫性能一個等級來實現。當RAP摻量超過了25%，規范建議針對RAP中需要再生的瀝青含量與新瀝青含量的預期比值進行實驗室驗證。但這一規范內容的前提是假設熱拌和過程中RAP顆粒能夠與新瀝青發生完全均勻的混合。RAP與新瀝青的拌合其實并不是在短時間內就能夠全部完成，拌合過程一般分為兩個主要階段：在機械力驅動下舊瀝青和新瀝青的混合及分散過程和新舊瀝青充分接觸之后發生的擴散過程。而擴散過程中涉及到的最重要的概念就是新舊瀝青間的界面，但目前還無法對可能存在的界面進行直接觀察，這也是無法精確確定拌合效率的重要原因。既有研究中，大多采用間接測量的方法實現定性或者半定量的評價，給出的拌和效率尚不是很精確。

三、研究成果

目前研究重點主要集中在通過模擬實際生產條件下新舊兩種瀝青之間的擴散情況來評價拌合效率。最初的研究是從再生劑的使用開始。Oliver研究了典型澳大利亞氣候環境中改性劑在表層的滲透情況，通過測定瀝青中放射性示蹤劑的濃度來確定滲透比例。由這一實驗中獲取的濃度-時間變化情況可以計算出擴散率。Oliver指出由于瀝青成分的復雜性，結果只是一個平均數值。

Van Der Kooij和Verburg研究了多孔瀝青混合料中RAP和再生劑間的擴散情況，實驗結論認為完全混合的情況并不存在，新舊瀝青混合之后的性質并不能通過簡單的性質疊加獲得，這足以證明新舊瀝青結合料僅能實現部分混合。

Karlsson和Isacsson利用傅立葉紅外光譜對RAP與再生劑間的擴散情況進行了研究。光譜隨著時間和空間位置改變而變化，不同的光譜表征了不同的密度，利用菲克定律模型重建了密度分布空間并計算擴散系數。同時實驗還研究了結合料層的厚度和化學組分對擴散的影響，并利用了動態流變剪切儀對兩種結合料間的擴散情況進行研究，研究結果證實了傅立葉紅外光譜實驗的結論。

Rad利用DSR更深入地研究了瀝青結合料的擴散，并得出結論認為Karlsson研究方法是可行的。實驗還對瀝青膠漿的擴散情況進行了研究，結果表明瀝青膠漿和結合料具有相似的擴散系數，并且都實現了較高程度的拌合，因此預期新舊材料在現場也能夠獲得良好的拌合效果。

Coffey等將擴散狀態與混合料力學性能相結合進行了影響分析，根據力學經驗法對大量的試件進行測試，顯示當有效拌合程度達到85%時，混合料力學性能幾乎不受影響。

四、總結

目前國內外對于再生混合料中新舊瀝青拌合效率的探索依然限于實驗室研究，由于新舊瀝青間作用的長期性，并未通過現場路面實際數據進行性能驗證。實驗室內研究的重點集中于開發測定拌合效率的新理論與方法上，以期確立統一的試驗流程并能夠克服舊路面材料自身的雜亂性帶來的干擾。既有研究多基于嚴格的試驗條件或依托具體項目進行，其研究結論與成果并不具有普適性，實驗結論間不具有可比性，但對后續研究的開展具有重要指導意義。新材料與設備的開發將是今后拌合效率研究的重要手段，實現對新舊瀝青間界面的直接觀察與測量是準確測定拌和效率值的有效途徑及最終目標。

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