廠拌熱再生柔性基層ATB-25配合比設計與性能研究

張登峰，李術金，崔星星，吳少鵬

(1.武漢工大土木工程檢測有限公司，武漢 430070；2.秦皇島市玄通公路工程有限公司，秦皇島 066004；3.內蒙古路橋集團有限責任公司，呼和浩特 010051；4.武漢理工大學硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室，武漢 430070)

瀝青混合料廠拌熱再生工藝是當前應用較為普遍的瀝青路面再生方式之一[1]。提高熱再生混合料的路用性能是該項研究的重點和難點，熱再生混合料配合比的優化設計是有效提高再生混合料性能的有效途徑，因此，廠拌熱再生混合料配合比設計研究具有重要的工程應用價值。目前，廠拌熱再生混合料配合比設計主要參照《公路瀝青路面再生技術規范》(JTG/T 5521—2019)[2]以及《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40—2004)附錄熱拌瀝青混合料配合比設計方法進行[3]，在礦料組成設計、瀝青總用量預估和回收瀝青路面材料(Reclaimed Asphalt Pavement，簡稱RAP)最佳摻量的確定等環節上帶有較強的經驗性，缺少相關的設計理論及優化方法。依托實體工程，通過對舊路面銑刨RAP進行試驗檢測及性能分析，對RAP中瀝青含量、回收瀝青性能、顆粒級配等性能進行試驗，結合已有的工程實踐經驗，提出與依托工程相適應的ATB-25廠拌熱再生混合料配合比優化方法。

1 項目概況

二廣高速二連浩特至賽漢塔拉段改擴建工程是在國道208線一級公路基礎上改擴建成高速公路，原一級公路瀝青路面結構組成為7 cm SBS改性瀝青AC-25C下面層+5 cm SBS改性瀝青AC-16C上面層。項目設計文件明確要充分利用RAP制備瀝青穩定柔性基層混合料，增加瀝青面層厚度，減少反射裂縫，提高路面耐疲勞壽命，達到充分利用現有資源，減少礦石開采造成資源損失和環境影響，節約建設成本的目的。

2 RAP回收料性能試驗

2.1 RAP回收料的銑刨與分級

試驗用RAP料取自路面二標面層銑刨料，集中在瀝青拌合廠進行二次破碎分級篩分，分為≤4.75 mm、4.75～13.2 mm、13.2～26.5 mm三檔，分開堆放在設置了鋼結構大棚的料倉中，防止RAP料的結團。對分級材料分別取樣并按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20—2011)[4]試驗方法進行瀝青混合料抽提回收試驗，對抽提后的礦料進行顆粒級配檢驗，并將分離后的抽提液采用壓力過濾裝置結合燃燒法對粉料的殘留進行檢查，在確定抽提液中無粉料殘留的情況下，再采用旋轉式瀝青回收儀進行瀝青回收，并進行性能檢驗。各級回收料中瀝青含量試驗結果如表1所示，回收料顆粒級配檢驗結果如表2所示。

表1 RAP分級抽提試驗結果

表2 RAP抽提后分級篩分試驗結果

表1試驗結果表明，分級后的各檔RAP中均含有數量不等的老化瀝青，其中4.75 mm以下的回收料中含量最高，達到5.6%。表2試驗結果可以看出，重新分級的RAP顆粒級配均勻性較好，粗集料外形規整，堅硬、棱角性好，具有循環再生利用的價值。

2.2 RAP回收料的性能

將抽提回收的礦料分別進行密度、吸水率、壓碎值、針片狀等性能試驗，并對回收瀝青的針入度、軟化點、延度性能進行測試，具體試驗結果如表3所示。

表3 RAP性能試驗結果

2.3 再生劑的選擇及摻量確定

在回收的老化瀝青中加入適量再生劑可有效還原其化學組成，恢復其膠體結構，從而起到改善老化瀝青性能的作用[5-7]。目前市場上再生劑種類較多，不同的再生劑對老化瀝青性能的還原效果不盡相同，對老化瀝青混合料路用性能的恢復效果也千差萬別。試驗室選用了植物油類、動物油類、高分子聚合物類三種再生劑，分別與回收瀝青進行配伍分析試驗。試驗結果顯示采用高分子聚合物單體和芳香分油聚合反應生成的路面熱再生劑對舊瀝青的還原效果最佳，再生劑最佳施工摻量為回收瀝青質量的10%。

預估再生ATB-25混合料總最佳瀝青用量為3.8%，采用20%、30%、40%三種RAP摻配比例，根據摻配比例計算出RAP中舊瀝青含量，再計算需添加的新瀝青質量，根據計算結果進行舊瀝青和新瀝青的摻配。首先將回收瀝青與再生劑按照質量比9∶1的比例進行混合攪拌，采用可變速剪切攪拌機在150 ℃時以2 500 rad/min攪拌15 min，以1 500 rad/min攪拌15 min；再按表4計算的質量百分比加入新瀝青，在150 ℃時以2 500 rad/min攪拌15 min，以1 500 rad/min攪拌15 min，即制得再生瀝青，對制備的再生瀝青進行針入度、軟化點、延度性能試驗。

表4 再生瀝青性能試驗結果

從表4再生瀝青性能可以看出，當RAP摻配比例不超過30%時，再生瀝青針入度、軟化點、延度均滿足A級90號瀝青要求。當RAP摻量達到40%時，針入度和延度指標均不滿足瀝青技術指標的要求。

3 再生混合料配合比設計

3.1 礦料級配設計

按照RAP和新集料的比例為20%∶80%、30%∶70%、40%∶60%進行礦料級配合成，調整各檔礦料的組成比例，參考《公路瀝青路面施工技術規范》ATB-25級配范圍的要求，最終計算合成礦料比例級配1、級配2、級配3，詳見表5。

表5 ATB-25再生混合料礦料級配

ATB-25瀝青穩定碎石屬于粗骨架密實結構，對細集料及填料的用量相對較多，除了利用RAP的4.75 mm篩孔以下細集料外，還需要摻配一定量新的0～2.36 mm機制砂及填料來改善級配的填充效果。

3.2 最佳瀝青含量確定及混合料性能驗證

根據表5三組礦料合成比例，采用馬歇爾試驗進行混合料最佳瀝青含量優選試驗，以估算總瀝青用量3.8%為中值，采用3.2%、3.5%、3.8%、4.1%、4.4%五個瀝青用量進行馬歇爾擊實。室內制備馬歇爾試件時，將RAP料按照比例準確稱量配料裝盤，置于140 ℃烘箱中保溫2～3 h備用，新加集料按比例稱量配料裝盤，置于170 ℃烘箱中加熱6～8 h備用。小型拌合機升溫170 ℃并保溫2 h。先將RAP料與再生劑拌和90 s，再往拌合機中加入新集料和新瀝青與RAP料一起拌和90 s，加入礦粉，再共同拌和90 s，觀察再生混合料拌和效果，拌制的再生混合料顏色均勻一致無花白料且粗集料表面油膜裹附飽滿。按標準方法進行分料、裝模、擊實成型馬歇爾試件，成型過程中注意控制再生混合料擊實溫度在140～145 ℃之間。三組礦料比例最佳瀝青含量優選及馬歇爾試驗結果如表6所示。

表6 再生混合料最佳瀝青含量優選及馬歇爾試驗結果

表6試驗結果可以看出，三組級配再生混合料馬歇爾試件體積性能與力學性能均滿足技術要求。隨著RAP料用量的增加，新加礦料占比降低，試件空隙率呈下降趨勢，馬歇爾穩定度隨著RAP摻量的增加而大幅度降低，流值也變大，接近流值技術要求上限。

3.3 再生混合料性能驗證試驗

在最佳瀝青含量試驗的基礎上，進一步對再生混合料的水穩定性、高溫穩定性和彎曲性能進行驗證試驗，為確定RAP合理摻量提供理論支持，具體試驗結果如表7所示。

表7 再生混合料性能驗證試驗結果

表7試驗結果表明，級配3的浸水馬歇爾殘留穩定度、車轍動穩定度及低溫彎曲破壞應變性能均不滿足技術要求，級配1與級配2混合料性能均滿足規范技術要求且基本相當，但級配2的RAP摻量要高于級配1，能最大限度的減少物料浪費，節約資源，因此采用級配2作為目標配比以指導后續的生產配合比驗證與現場施工。

4 結 論

a.為更好的利用RAP料，在施工準備階段需要將其嚴格分級，合理的分級方式為0～4.75 mm、4.75～13.2 mm、13.2～26.5 mm三級，分級完成的各檔料應在具有防曬防雨能力的料倉中堆放，防止RAP料二次結團，方便取用。

b.綜合考慮熱再生ATB-25混合料性能和RAP最大利用率，推薦RAP最佳摻配量為30%，各檔礦料目標合成配比為：13.2～26.5 mmRAP∶4.75～13.2 mmRAP∶≤4.75 mmRAP∶19～31.5 mm碎石∶9.5～19 mm碎石∶4.75～9.5 mm碎石∶2.36～4.75 mm碎石∶≤2.36 mm碎石∶礦粉=8%∶7%∶15%∶26%∶20%∶8%∶6%∶8%∶2%，總最佳瀝青含量為3.8%，再生劑摻量為舊瀝青質量的10%。