基于再生瀝青混合料的快速檢測方法

王如春（上海市長寧區市政工程管理中心， 上海 200336）

隨著近年來人們對環保、社會效益的關注，瀝青路面再生利用技術越來越受到人們的重視，已成為公路工程建設中有待進一步發展的重要實用技術。有學者[1]提出充分利用廢舊瀝青路面混合料的思路：將廢舊瀝青混合料經過適當處理后與新料一起，按照不同配比攤鋪使用，能夠達到較好的路用性能，從而實現瀝青銑刨料的再生循環使用，經濟效益顯著。

隨著技術的不斷改進與提升，再生瀝青混合料的利用率大為提高，但在工程實際中還沒有相應的系統性評價體系或者檢測方法瀝青混合料中是否摻加了廢舊瀝青混合料的。在對再生瀝青混合料的常規路用性能檢測時發現，其抗車轍性能有所提高，但抗水損和抗低溫開裂性能則有所降低[2-3]。因此在瀝青混合料中大量添加銑刨料會對瀝青路面的使用性能產生不可測的影響。將沒有經過技術論證的再生瀝青混合料鋪筑在道路上，會在很大程度上導致路面初期就發生嚴重損害，如水損害、路面開裂等，對行車安全性和舒適性產生嚴重不良后果。為了進一步規范道路工程中瀝青銑刨料的再生利用，為以后再生瀝青混合料的檢測提供參考，同時也為了給道路工程的監控方更好地把控工程質量提供技術支撐，本文主要從瀝青混合料巖性、粗集料的集合特性、瀝青含量 3個方面對瀝青混合料中是否添加再生料進行判斷與檢測。

1 集料巖性判斷方法

瀝青混合料是集料與瀝青混合，依靠集料顆粒之間嵌鎖形成骨架結構和瀝青黏結力成型的一種路面材料。集料是瀝青混合料的主要組成材料之一。集料的性能對瀝青混合料的路用性能有顯著影響。瀝青混合料中添加有舊瀝青混合料后，瀝青混合料中集料巖性會發生變化。

巖性是指按照巖石的物質成分、結構組成來定義的巖石的分類名稱。瀝青混合料中集料常用的巖石有石灰巖、玄武巖、花崗巖、石英巖、輝長巖、閃長巖等。各種巖石由于成分和結構組成的不同，形成了不同的使用性能，而路面各層由于功能、受力的不同又對集料所用巖石種類提出一定的要求。對于表面層，從受力看屬于三向受壓區，力學要求以抗剪、抗滑移為主，從功能看主要是提供平整的行駛表面和足夠的抗滑性能，因此對巖石各方面性能要求較高，以抵抗車輛的長期荷載作用。

根據各結構層的特定的不同功能要求，再結合工程實際和經濟性綜合考慮：在工程上，表面層一般采用玄武巖、輝長巖或閃長巖，中下面層由于對性能要求偏低，考慮到價格因素首選石灰巖，其次是花崗巖。

路面各層使用的巖性不同，為判斷瀝青混合料中是否添加銑刨料提供了有效的解決思路。由于路面銑刨后，各層的銑刨料混合在一起堆放，因此再利用的銑刨料就包含了各路面結構層不同巖性的集料。判斷瀝青混合料中是否添加了再生瀝青混合料，需要將混合料中的瀝青與集料分離，以觀察集料中是否含有多種巖性。同時，瀝青混合料中所添加的銑刨料的含量也可根據集料中不同巖性的集料比例進行初步判斷。

道路工程中最常見的有玄武巖、石灰巖、花崗巖等 3 種巖石。

玄武巖的主要成分是二氧化硅（SiO2）、三氧化二鋁（AL2O3）、氧化鐵（Fe2O3）、氧化鈣（CaO）、氧化鎂（MgO）。其中 SiO2占 40%～50%，遇稀鹽酸無劇烈反應，顏色多為黑色、黑褐或暗綠色。玄武巖因為是巖漿噴出地表形成的，礦物質結晶不完全，所以通常呈細粒至隱晶質或玻璃質結構。

石灰巖的主要成分是碳酸鈣（CaCO3），礦物成分主要為方解石，伴有白云石、菱鎂礦和其他碳酸鹽礦物，有灰、灰白、灰黑、黃、淺紅、褐紅等色，與稀鹽酸會產生劇烈的化學反應。

花崗巖是巖漿在地下深處經冷凝而形成的深成酸性火成巖，主要以石英或長石等礦物質形式存在。花崗巖顏色一般為淺色，白色和淺肉紅色較常見。相比玄武巖，花崗巖礦物質結晶程度高，常能形成發育良好、肉眼可辨的礦物顆粒。

對上述 3 種巖石，可以從抽提后的瀝青混合料中的集料進行抽樣觀察：首先對集料進行清水沖洗，清除表面殘留的部分灰塵與礦粉；接著將集料放入 100 ℃的烘箱，將集料表面水分烘干；最后可根據不同巖石的區別，區分集料巖性。如果存在表觀無法直接觀察的情況，可采用化學試劑輔助鑒別。

通過對集料巖性的了解，可快速地對瀝青混合料中是否摻加銑刨料進行初步判斷。這種試驗方法簡潔、直觀，可以保證工程質量。

2 粗集料幾何特征判斷方法

對銑刨料中集料級配的研究發現，銑刨料中細集料的比例出現了較大程度的增加[4]。這一現象主要是因為部分大顆粒的集料在長期的荷載作用下，集料棱角部分被磨成小顆粒的石粉而引起的。由于使用銑刨料的過程中一般會調整新加集料的級配，減少細集料的用量，使整個級配曲線良好，所以無法從細集料比例的角度來判斷是否使用了銑刨料。但是，銑刨料中的大顆粒粗集料在長期使用過程中棱角被磨平的特征可以作為是否添加銑刨料的判斷依據。

集料的幾何特征可以分為輪廓形狀、棱角性和表面紋理 3 個方面，分別反映了集料的針片度、輪廓棱角的突出程度以及集料表面的粗糙度[5]。使用傳統的測量方法評價這些特征費時費力且精度較低。隨著數字圖像處理技術的發展，近年來數字圖像處理技術在土木工程領域中的使用也日益廣泛，依靠該技術評價集料的幾何特征變得便捷和準確。數字圖像處理篩分有效剔除了變異性較大的集料顆粒，粗集料分布均勻性提高[6]，可以提高粗集料對比度。李曉燕等人[7]通過自主研制的粗集料形態特征研究系統（MASCA）測得粗集料軸向系數、凸度、粗糙度、棱角參數、圓度、分形維數共 6 個定量評價指標值。涂新斌等人[8]使用圖像分析方法對花崗巖、云母、石英等顆粒的形狀進行了研究，提出了二維形狀參數，并提出利用顆粒面積和周長得到的參數，用以描述集料顆粒形狀效果，這樣更加合理。

對再生瀝青混合料進行抽提篩分后，分別分離出其中4.75 mm 擋和 9.5 mm 擋的粗集料，同時選用原路面相同擋次的新集料（玄武巖和石灰巖）進行對比分析，分別使用數字圖像處理技術得到兩擋集料的平面形狀系數、圓度值、分形維數。平面形狀系數可用來評價集料的形狀特性，是集料等效橢圓的長軸與短軸的比值，計算方法見式（1）：

式中：A—平面形狀系數；

L1—等效橢圓的長軸長，mm；

L2—等效橢圓的短軸長，mm。

圓度值及分形維數是評價集料棱角性的指標，圓度值越接近 1 的集料形狀越接近圓，計算方法見式（2）：

式中：R—圓度值；

P—集料周長，mm；

A—集料面積，mm2。

分形維值還可以評價集料邊界的復雜程度，可以使用IPP 軟件內置的計算維數方法得到。圖1 為銑刨料中抽提的集料。圖2 為新集料。圖3 為各種集料幾何特征參數對比。

圖1 銑刨料中抽提集料

圖2 新集料

圖3 各種集料幾何特征參數

本文將銑刨料中粒徑為 4.75 mm 和 9.5 mm 的集料與新石灰巖、玄武巖中同粒徑大小的集料進行分析對比。從圖3 各集料幾何特征參數的對照可以看出：①圓度和平面形狀系數都隨集料的不同有顯著的變化，而各集料的分形維數相差不大，可能是由于分形維數只是對集料表面精細程度的描述，與生產方法、廠家有關，各種集料的生產廠家都一樣，因此分形維數相差不大；②同一種石料，粒徑越大完整性越高，形狀也越接近圓形；③銑刨料中集料的圓度和平面形狀系數相比同等粒徑的新集料有明顯減小，可用于判斷瀝青混合料中是否添加銑刨料。

根據以上分析可知，若檢測混合料中的平面形狀系數大于或等于新集料的系數，則可判斷瀝青混合料中沒有添加廢舊瀝青再生瀝青混合料；反之，則添加了廢舊瀝青混合料。

3 瀝青含量判斷方法

由于瀝青在瀝青混合料中起到了將集料黏聚在一起的作用，是瀝青混合料抗水損、抗低溫開裂、抗車轍等性能的主要影響因素，因此對瀝青混合料中瀝青用量的檢測，一直是混合料的重要性能指標。由于拌和不均等因素，所以一般要求瀝青用量在設計值上下浮動 0.3%。但是，近年來發現部分瀝青混合料油石比常偏高 0.5% 以上，在混合料施工攤鋪時卻沒有表現出明顯的泛油現象，經過調查發現是因為在瀝青混合料中摻加了瀝青銑刨料。由于銑刨料中瀝青老化嚴重，在與新瀝青進行拌和過程中，銑刨料表面的瀝青并不能完全參與拌和工作，相當于黑色的巖石[9]，因此為了能夠滿足路面性能的要求，只能在混合料中額外添加新瀝青。這就使混合料的瀝青用量偏大。

因此，在檢測混合料瀝青用量過程中，如果發現瀝青用量偏高值超過 0.3%，且瀝青混合料施工攤鋪現場仍表現出較為干澀的現象，壓實后路面空隙率偏大，就可以初步判斷該瀝青混合料中可能添加了銑刨料。

4 結 語

根據工程實踐經驗和室內試驗，提出快速判斷瀝青混合料中是否添加瀝青銑刨料的 3 種有效方法，為工程監控方、監理方控制施工質量提供新思路。

（1）集料巖性判斷方法。銑刨料中集料種類比較復雜，當在瀝青混合料中摻加銑刨料后，混合料的集料中必然會出現大量與原集料巖性不同的巖石。因此，可以將混合料進行抽提后觀察集料中其他巖性的巖石所占比率，以判斷混合料中是否摻加了銑刨料。

（2）粗集料幾何特征判斷方法。根據對比試驗發現，銑刨料中粗集料的圓度和平面形狀系數相比同等粒徑的新集料有明顯減小。因此，可以對比混合料抽提得到的集料與新集料的幾何特征，從而可判斷瀝青混合料中是否含有銑刨料。

（3）瀝青含量判斷方法。在混合料中添加了銑刨料以后，為了能夠保證混合料的性能滿足要求，一般會提高瀝青用量。因此，如果檢測中發現瀝青用量偏多，超過 0.3%，且瀝青混合料施工攤鋪仍表現較為干澀，壓實后路面孔隙率偏大，便可判斷該瀝青混合料中可能添加了銑刨料。

通過以上 3 種快捷、操作簡便的方式對再生瀝青混合料中是否添加銑刨料進行判斷，可為今后再生瀝青混合料的規范施工提供參考，從而在保證工程質量的前提下，節約工程成本。