我國再生瀝青混合料動態模量的研究進展

張 賀，劉忠根

（吉林建筑大學，吉林 長春130118）

0 引言

回收瀝青路面材料（Reclaimed Asphalt Pavement）（以下簡稱RAP）采用銑刨、機械人工開挖等方式獲得的舊路面材料。再生瀝青混合料（Recycled Asphalt Mixture）是由舊料按一定比例與再生劑、新瀝青、集料、礦粉摻配而成[1]。材料的再生利用保護了環境的同時又節約了大量的瀝青、石料，降低了工程成本，保護了不可再生資源[2]。為響應國家環保政策的號召，近年來廠拌熱再生技術在我國道路工程中應用愈發廣泛[3-5]。

動態模量是在通過模仿實際行車荷載施加不同加載速度及不同荷載的條件下得到的材料的模量，其值為應力幅值與應變幅值之比，與靜態模量僅考慮應力應變不同，其應力及應變均為時間的函數，更能反應路面材料在實際應用過程中的路用性能[6-8]。關于瀝青混合料動態模量的研究始于20世紀美國，經過半個世紀的試驗研究發展，最終被列入AASHTO 2002路面設計方法之中，成為美國道路設計方法中的一個基本設計參數[9-10]。

我國對于瀝青混合料動態模量的研究發展于21世紀初期，首次將動態模量試驗加入規范是在2011年的《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗規程》JTGE 20—2011。在此之前，我國在模量方面一直使用的主要設計參數為20℃下的靜態回彈模量[11]。目前《公路瀝青路面設計規范》JTGD 50—2017中對道路石油瀝青與常規級配瀝青混合料的動態模量已有詳細的計算方法與其取值范圍。但是目前我國規范對于再生瀝青混合料動態模量的設計參數卻沒有明確提及。所以，本文經查閱我國多年內的大量文獻，旨在分析并總結近些年來我國學者及工程人員對于再生瀝青混合料的動態模量研究進展，供有關人員在再生路面設計時作參考。

1 RAP摻量對動態模量的研究進展

文獻[12]通過試驗分析采用了6種不同的摻配比例（0%～60%），和2種級配（AC-13，AC-16）的瀝青混合料，在控制溫度20℃，40℃及60℃下，測定不同摻配比例及不同級配的再生瀝青混合料的動態模量。結果表明：隨著再生瀝青混合料的試驗溫度增加其動態模量會減小及隨著加載頻率減小其動態模量也會減小，舊料摻量高的混合料其動態模量隨之增大。文獻[12]通過對比試驗，為工程實踐的設計中RAP摻量對動態模量的影響提供了參考。

文獻[13]采用AC-25級配的再生瀝青混合料利用SPT試驗機測試在不同溫度及不同加載頻率條件下再生瀝青混合料的動態模量，得出的數據見圖1。

圖1 不同舊料摻量再生瀝青混合料的動態模量圖[13]

該試驗亦得出試件中RAP的摻量增大，則再生瀝青混合料動態模量也增大的結論。同時得出，隨著溫度升高到一定程度，舊料的摻量對溫拌再生混合料的動態模量的影響降低。

2 再生劑添加對RAP動態模量影響的研究進展

文獻[14]在確定再生劑用量后，根據Superpave設計方法對瀝青混合料、再生瀝青混合料及加入再生劑的再生瀝青混合料進行動態模量試驗，并對試驗用混合料進行短期老化和長期老化試驗以模擬實際路用情況。對3種混合料的試驗結果進行分析研究表明，添加再生劑的再生瀝青混合料的動態模量相對于未添加再生劑的瀝青混合料的動態模量更加接近新制瀝青混合料的動態模量，而摻加再生劑的混合料老化速度相對于未摻加再生劑的混合料更快。另外，摻加再生劑的再生瀝青混合料與未摻加再生劑的再生瀝青混合料的動態模量均比新制瀝青混合料要大。其試驗結果見圖2～圖3。

圖2 進行過短期老化試驗的混合料動態模量主曲線[14]

圖3 進行過長期老化試驗的混合料動態模量主曲線[14]

該試驗經過老化試驗的瀝青混合料的動態模量得出的規律為：在不同頻率下，再生瀝青混合料的動態模量最大，而加入再生劑的再生瀝青混合料的動態模量比新制的混合料動態模量大，二者的動態模量更接近。

3 再生劑添加拌合方式對動態模量的影響

文獻[15]設計了3種再生拌合方式（再生劑分步添加拌合、再生劑同步添加拌合、再生劑預拌添加拌合）拌合方式1為先將RAP舊料預熱2 h后直接加入再生劑，然后逐次加入新集料、新瀝青及礦粉；拌合方式2為先將RAP舊料預熱2 h后，邊攪拌邊慢速加入再生劑，隨后加入新集料、瀝青礦粉等；拌合方式3為先將RAP舊料預熱2 h，然后與新集料共同攪拌后，加入提前預摻好的混有再生劑的新瀝青，最后加入礦粉攪拌。對相同級配相同RAP摻配比例的再生瀝青混合料進行動態模量試驗，其試驗結果表明采用再生劑與新瀝青預混拌合加入RAP與集料預熱的拌合鍋內的拌合方式得到的再生瀝青混合料的動態模量明顯高于其余兩種拌合方式。其試驗結果如圖4所示。

圖4 不同溫度下拌合工藝對再生瀝青混合料的動態模量試驗結果[15]

由上述試驗數據可知在5℃～50℃的幾組實驗中，提前加入再生劑的再生瀝青混合料的動態模量均較2種后加入再生劑的再生瀝青混合料高。

4 再生瀝青混合料設計方法對動態模量的影響

文獻[16]分別采用Superpave設計方法與馬歇爾設計方法制作Superpave-19與AC-20再生瀝青混合料試件，分別采用RAP摻量10%，20%，24.6%來進行動態模量試驗，并控制試驗溫度的條件下，對其所有試件得出的試驗數據進行對比分析，得出各個摻量的Superpave-19試件的動態模量均比AC-20試件動態模量大，說明了采用Superpave設計方法成型的試件壓實度優于馬歇爾設計方法。其試驗結果見圖5。

圖5 采用不同設計方法設計的混合料動態模量對比圖[16]

在溫度-10℃～35℃的條件下，對不同設計方法成型的試件進行動態模量試驗，其結果表明在試驗中各個溫度條件下，采用Superpave設計方法成型試件的動態模量均高于采用馬歇爾設計方法成型的動態模量。

5 未來再生瀝青混合料的動態模量的研究方向

隨著再生瀝青材料的應用越來越多，動態模量可以更好反應再生瀝青路面的路用性能，所以需要對其工程應用進行更加全面的投入和研究。

1）國產動態模量試驗機器的研發

動態性能的研究，因為試驗儀器均為進口儀器，所以價格昂貴，而且動態模量試驗較靜態模量試驗較為繁瑣，所以當前我國針對再生瀝青混合料的動態模量研究較少，如果研發生產出國產動態模量試驗機，可大幅降低試驗成本，從而加速推廣動態模量參數在工程實際設計生產中的應用。

2）各溫度下的試驗荷載范圍研究

我國瀝青混合料規范內動態模量試驗中并未給出針對再生瀝青混合料在各溫度下的試驗荷載范圍，實際試驗時仍需要作出相應調整才能保證試驗試件的軸向應變控制在規范范圍內，對此，仍需要進一步的試驗來確定出適合再生瀝青混合料的大致水平范圍。

3）低溫條件下再生瀝青混合料動態模量的研究

我國規范動態模量試驗規程給出的實驗溫度為-10℃～50℃，然而在我國東北地區冬季平均氣溫為-20℃左右。當前我國對于再生瀝青混合料的低于-10℃溫度的動態模量研究較少，低溫試件剛性增大，高頻加載試驗條件下想要達到規范規定的應變，所需荷載也隨之增大，從而得到的數據值容易失真，這也是當前需要解決的問題。

4）回收瀝青路面材料性質對再生瀝青混合料動態模量的影響研究

當前我國回收瀝青路面材料一般是從高速公路的舊面層銑刨、破碎、篩分獲得的，對于來自其他等級的公路的舊料，其集料性質，瀝青性質均與高速公路不同，對于采取不同性質舊料進行配合比設計的再生瀝青混合料，舊料性質是否會對其動態模量產生影響還需要進一步的深入研究來論證。

5）再生技術對于再生瀝青混合料動態模量的影響研究

當前我國對于再生瀝青混合料動態模量的研究主要以廠拌熱再生技術為主，對于廠拌冷再生瀝青混合料動態模量的研究目前來說較少，廠拌冷再生技術與廠拌熱再生技術對于再生瀝青混合料動態模量的影響還需要進一步的試驗研究。

6 結語

可以預見，在我國瀝青路面的再生，因其對于廢料進行再生利用應用可以節約工程建設投入又可以保護環境，循環利用自然資源，能帶來極大的經濟效益與環境保護優勢，所以其應用前景非常廣闊。對于再生瀝青混合料動態模量的研究可以更好反應再生瀝青路面的使用性能，目前我國對此研究較少，所以還需要進行更廣泛的研究。