基于馬歇爾與Superpave方法的廠拌熱再生瀝青混合料設(shè)計及性能指標(biāo)研究

王 娜，安 平，段美棟，柳久偉，董 昭，徐書東

（1. 山東高速股份有限公司，山東 濟(jì)南 250031；2. 日照公路建設(shè)有限公司，山東 日照 276800；3.山東省交通科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250031）

1 原材料技術(shù)指標(biāo)

1.1 銑刨料RAP

所用銑刨料來自于京滬高速改擴(kuò)建山東段，使用大型銑刨機(jī)回收，將銑刨料破碎篩分為粗、中、細(xì)三檔，分別對三檔銑刨料進(jìn)行抽提篩分，試驗結(jié)果見表1。

表1 銑刨料抽提篩分試驗結(jié)果

1.2 新集料與填料

新集料選用山東當(dāng)?shù)禺a(chǎn)的石灰?guī)r，填料選用石灰?guī)r磨細(xì)礦粉，篩分試驗結(jié)果見表2。

表2 礦料篩分試驗結(jié)果/%

1.3 瀝青

本項目進(jìn)行下面層AC25廠拌熱再生試驗，考慮到銑刨料RAP中瀝青的老化變硬，需要摻加較軟瀝青，試驗瀝青使用90#普通道路石油瀝青[1]，經(jīng)檢測瀝青指標(biāo)滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）[2]指標(biāo)要求。

2 基于馬歇爾與Superpave方法的混合料配合比設(shè)計

2.1 級配設(shè)計

根據(jù)馬歇爾與Superpave方法級配設(shè)計原則，結(jié)合原材料的工程性質(zhì)，Superpave級配控制點和級配禁區(qū)，以及0%、25%、40%、60%RAP摻配比例調(diào)整設(shè)計級配，同時滿足馬歇爾設(shè)計方法和Superpave設(shè)計方法的級配設(shè)計要求，最終確定滿足要求的級配。摻配比例見表3，合成級配通過率見表4。

表3 不同摻量RAP的摻配比例/%

表4 不同摻量RAP合成級配通過率

2.2 確定最佳油石比

2.2.1 馬歇爾方法確定最佳油石比

參考《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）[2]中規(guī)定的級配范圍以及設(shè)計文件提供的設(shè)計級配及工程級配范圍，首先對選定級配進(jìn)行馬歇爾試驗，雙面擊實各75次，最終確定的級配采用瀝青用量為3.1%、3.6%、4.1%、4.6%、5.1%分別進(jìn)行馬歇爾試驗，設(shè)計瀝青混合料的最大理論密度采用真空實測法。根據(jù)馬歇爾方法規(guī)定的最佳瀝青含量確定方法，最終確定的不同RAP摻量的熱再生瀝青混合料馬歇爾試件力學(xué)體積指標(biāo)匯總見表5。

表5 馬歇爾試件力學(xué)體積指標(biāo)

2.2.2 Superpave方法確定最佳油石比

確定級配后根據(jù)瀝青混合料的體積特性進(jìn)行初始瀝青用量的估計，以馬歇爾設(shè)計方法確定的最佳瀝青用量為基礎(chǔ)，作為初始瀝青用量Pc。選取Pc+0.5%、Pc、Pc-1%和Pc-0.5%四種瀝青用量作為評價基礎(chǔ)。經(jīng)驗證空隙率為4%時各項指標(biāo)均滿足配合比設(shè)計要求，因此，將空隙率為4%時所得到的油石比作為Superpave方法設(shè)計的最佳油石比[4-5]。最終確定的不同RAP摻量的熱再生瀝青混合料旋轉(zhuǎn)壓實試件力學(xué)體積指標(biāo)匯總見表6。

表6 旋轉(zhuǎn)壓實試件力學(xué)體積指標(biāo)

由表6可以看出，對于同一個級配，Superpave方法確定的最佳油石比要比馬歇爾方法確定的最佳油石比小，這主要是由于旋轉(zhuǎn)壓實的壓實功比馬歇爾擊實大很多，使得試件更加致密，空隙率減小，進(jìn)而降低了最佳油石比。

3 不同設(shè)計方法熱再生混合料性能評價

3.1 高溫穩(wěn)定性對比

對Superpave方法和馬歇爾方法室內(nèi)成型的車轍試件進(jìn)行試驗來評價高溫穩(wěn)定性。由于兩種設(shè)計方法設(shè)計出的混合料油石比和毛體積密度都不同，所以在成型車轍試件時，需要不同質(zhì)量的混合料和不同大小的壓實功。在增大壓實次數(shù)的同時，提高混合料的壓實溫度，使得混合料更容易被壓實，而在壓實過程中并沒有出現(xiàn)集料被壓碎的情況。試驗步驟詳見《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）的T 0719—1993[3]，車轍試驗結(jié)果見表7。

表7 車轍試驗結(jié)果

由表7對比分析可以看出：（1）Superpave設(shè)計的混合料車轍動穩(wěn)定度高于馬歇爾方法設(shè)計的混合料，同時，車轍深度比馬歇爾方法設(shè)計的要低，說明Superpave設(shè)計的混合料具有更加優(yōu)良的高溫性能，能夠有效地抵抗車轍。（2）動穩(wěn)定度隨著舊料摻量的增加而增加，都高于摻量為0%的普通混合料。證明再生瀝青混合料的高溫性能優(yōu)于普通瀝青混合料。

3.2 低溫性能對比

低溫彎曲試驗采用破壞應(yīng)變及彎拉強(qiáng)度評價混合料的低溫抗裂性，破壞應(yīng)變、彎拉強(qiáng)度越大，混合料的低溫性能越好，該試驗技術(shù)難度不大，容易控制。因此，采用低溫彎曲試驗來評價瀝青混合料的低溫抗裂性，評價指標(biāo)為破壞應(yīng)變和彎拉強(qiáng)度。試驗步驟見《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）的T0715—1993[3]，試驗結(jié)果見表8。

表8 低溫彎曲試驗結(jié)果

由表8可以看出，Superpave方法設(shè)計的混合料抗彎拉強(qiáng)度和破壞應(yīng)變都比馬歇爾方法設(shè)計的略有提高。這說明雖然Superpave混合料的最佳油石比下降了很多，但是由于增加了壓實功，使得試件更加致密，彌補(bǔ)了由于油石比下降引起的低溫性能的降低。

3.3 水穩(wěn)定性性能對比

按照現(xiàn)行規(guī)范[3]采用凍融劈裂試驗對混合料的水穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗。試驗結(jié)果見表9。

表9 不同設(shè)計方法的凍融劈裂試驗結(jié)果

由表9分析得出，隨著舊料摻量的增加，凍融劈裂殘留強(qiáng)度比降低了，說明隨著舊瀝青混合料摻配率的增加，再生瀝青混合料的水穩(wěn)性逐漸降低。但當(dāng)舊瀝青混合料摻配率＜25%時，凍融劈裂殘留強(qiáng)度比差別不大。說明再生瀝青混合料與新瀝青混合料的的水穩(wěn)定性相差不大。 旋轉(zhuǎn)壓實成型的再生瀝青混合料在凍融過程前后，其劈裂強(qiáng)度都大于馬歇爾壓實成型的瀝青混合料，從凍融劈裂強(qiáng)度比看，兩種方法成型的再生瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度比相近，都具有較好的水穩(wěn)定性能。

4 結(jié)語

（1）通過凍融劈裂試驗發(fā)現(xiàn)：旋轉(zhuǎn)壓實和馬歇爾擊實成型混合料劈裂強(qiáng)度比相差不大，均符合設(shè)計要求，由此可見兩種方式成型的再生瀝青混合料水穩(wěn)定性能相近，增加RAP摻量會導(dǎo)致廠拌熱再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性降低。（2）Superpave方法設(shè)計的的再生瀝青混合料車轍試驗動穩(wěn)定度高于馬歇爾方法設(shè)計的再生瀝青混合料，隨著RAP摻量的增加動穩(wěn)定度也逐漸增大，增加RAP摻量能在一定程度上改善廠拌熱再生瀝青混合料的抗車轍變形能力。（3）旋轉(zhuǎn)壓實成型再生瀝青混合料低溫性能優(yōu)于馬歇爾擊實成型，Superpave方法設(shè)計的瀝青混合料增加了壓實功，在一定程度上會彌補(bǔ)由于摻加了銑刨料導(dǎo)致的低溫穩(wěn)定性的下降，隨著RAP摻量的增加廠拌熱再生瀝青混合料的彎拉應(yīng)變逐漸降低，低溫抗裂性能變差。