廠拌熱再生混合料平衡設(shè)計(jì)法與馬歇爾設(shè)計(jì)法的對(duì)比研究

肖慶一，宇錦濤，龔芳媛，張 恒，蘇 剛

(1. 河北工業(yè)大學(xué) 土木與交通學(xué)院，天津 300401; 2.天津市交通工程綠色材料技術(shù)工程中心，天津 300401; 3.山東高速路用新材料技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

0 引言

國(guó)際上現(xiàn)行的瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法主要有馬歇爾設(shè)計(jì)法、Superpave設(shè)計(jì)法、GTM法等，最常用的是馬歇爾法[1]。各種瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法的主要區(qū)別在于瀝青用量確定方式的差異：馬歇爾設(shè)計(jì)法對(duì)油石比的確定是以4%的空隙率來(lái)完成的[2]。雖然馬歇爾設(shè)計(jì)法比較簡(jiǎn)單且成本較低，但眾多工程實(shí)踐以及室內(nèi)研究成果表明,馬歇爾法與現(xiàn)場(chǎng)路面實(shí)際鋪裝后路用性能的關(guān)聯(lián)性較低，且其設(shè)計(jì)指標(biāo)并不能使瀝青混合料具備較好的耐久性[3]。

GTM法將旋轉(zhuǎn)壓實(shí)作為試件成型的方式，將各力學(xué)參數(shù)作為混合料設(shè)計(jì)的參照指標(biāo)[4-5]。通過(guò)GTM法計(jì)算出的瀝青混合料密度較高且空隙率較小，因其較低的瀝青用量也可保證混合料具備較強(qiáng)的高溫穩(wěn)定性與抗疲勞性，但其抗裂性能較差，后期易出現(xiàn)開裂情況[6-7]。Superpave法試件的成型方式也是旋轉(zhuǎn)壓實(shí)，增強(qiáng)了路面實(shí)際性能的關(guān)聯(lián)度，主要注重的是高溫抗車轍性能，但Superpave法對(duì)材料低溫性能的設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性較差[8]。

在近10 a中，美國(guó)大部分州的交通部門表示現(xiàn)階段的瀝青混合料設(shè)計(jì)方法不能保證混合料的性能，且道路車轍幾乎已經(jīng)被消除，開裂成為影響瀝青路面壽命的主要因素[9]。因此需要一種更加偏重于材料抗裂性能的配合比設(shè)計(jì)法。2006年，Zhou等[10]首次提出平衡設(shè)計(jì)法，該法為致力于在瀝青混合料抗車轍性能與抗裂性能間尋找平衡，并以此確定瀝青混合料最佳瀝青含量的方法。如何確定瀝青含量范圍以及在這個(gè)范圍內(nèi)確定最佳瀝青用量是平衡設(shè)計(jì)法研究的核心。平衡設(shè)計(jì)法采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)工藝成型試件，保證了設(shè)計(jì)指標(biāo)與實(shí)際路用性能的關(guān)聯(lián)性。

國(guó)內(nèi)有學(xué)者研究過(guò)馬歇爾設(shè)計(jì)法與其他配合比設(shè)計(jì)法的對(duì)比[11]。如陶建國(guó)[12]對(duì)比了上述4種常見的瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)法，對(duì)這幾種設(shè)計(jì)法進(jìn)行了使用原理、利弊以及選材3方面的分析，并突出了配合比設(shè)計(jì)對(duì)道路材料質(zhì)量的重要性。韓丁丁等[13]研究了馬歇爾、Superpave和GTM法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，GTM法偏向于高溫和抗水損害性能，Superpave法偏向疲勞性能更優(yōu)，馬歇爾法整體性能較差。

現(xiàn)有文獻(xiàn)中并沒(méi)有學(xué)者研究過(guò)平衡設(shè)計(jì)法與馬歇爾設(shè)計(jì)法的對(duì)比。為此，本研究以AC-13C型熱再生瀝青混合料為研究對(duì)象，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)比研究了平衡設(shè)計(jì)法和馬歇爾設(shè)計(jì)法對(duì)3種RAP摻量的熱再生瀝青混合料以及普通瀝青混合料設(shè)計(jì)的影響。

1 試驗(yàn)原材料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 RAP料

RAP料來(lái)自天津地區(qū)某高速公路上面層服役5 a以上的刨銑料，舊料原始級(jí)配為AC-13型，如圖1所示，舊料性能如表1所示。

圖1 RAP料集料級(jí)配Fig.1 Aggregate gradation of RAP

表1 舊瀝青技術(shù)指標(biāo)測(cè)定結(jié)果Tab.1 Measurement result of old asphalt technical indicators

1.1.2 新集料與礦粉

本次研究采用屬于堿性集料并能與瀝青產(chǎn)生較好粘結(jié)的石灰?guī)r新集料，各檔新集料與礦粉的篩分情況如表2所示，粗細(xì)集料以及礦粉的集料性能指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

表2 各檔集料篩分結(jié)果Tab.2 Screening result of aggregate in each part

1.1.3 瀝青與再生劑

新瀝青采用廈門華特90#A級(jí)瀝青，新瀝青與再生劑的技術(shù)性能如表3、表4所示。

表3 新瀝青試驗(yàn)結(jié)果與技術(shù)要求Tab.3 Test result and technical requirement of new asphalt

表4 再生劑性能試驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Test result of regenerant performance

1.2 試驗(yàn)方案

依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)(下稱《規(guī)程》)，以平衡設(shè)計(jì)法和馬歇爾設(shè)計(jì)法對(duì)RAP摻量為0%，20%，40%，60%的廠拌熱再生瀝青混合料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，采用相同的最佳再生劑摻量，重點(diǎn)研究通過(guò)兩種配合比設(shè)計(jì)法確定的不同最佳瀝青用量對(duì)各RAP摻量下熱再生材料性能產(chǎn)生的影響，并對(duì)比分析兩種設(shè)計(jì)法的優(yōu)劣。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)方法重點(diǎn)闡述平衡設(shè)計(jì)法所用到的性能試驗(yàn)以及兩種設(shè)計(jì)法的性能對(duì)比試驗(yàn)，確定最佳再生劑摻量所采用的3大指標(biāo)試驗(yàn)以及布什黏度試驗(yàn)就不再贅述，試驗(yàn)總方案匯總?cè)绫?所示。車轍試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)以及低溫小梁彎曲試驗(yàn)較為常見，本研究重點(diǎn)闡述平衡設(shè)計(jì)法性能試驗(yàn)。

表5 試驗(yàn)總方案匯總Tab.5 Summary of total test scheme

1.3.1 50 ℃浸水漢堡車轍試驗(yàn)

50 ℃浸水漢堡車轍試驗(yàn)同時(shí)反映材料的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性能，在國(guó)際上的認(rèn)可度較高[14]。

通過(guò)漢堡車轍儀對(duì)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試件切割成型的H60±1 mm×φ150 mm的缺角圓柱體試件進(jìn)行反復(fù)碾壓，碾壓后試件如圖2所示。以張爭(zhēng)奇等[15]、毛琪[16]確定的往返次數(shù)10 000次時(shí)浸水車轍深度小于12.5 mm作為漢堡車轍試驗(yàn)指標(biāo)，以蠕變斜率與剝落點(diǎn)作為水穩(wěn)定性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

圖2 漢堡車轍試驗(yàn)Fig.2 Hamburg rutting test

1.3.2 25 ℃半圓彎曲試驗(yàn)

半圓彎曲試驗(yàn)(SCB)是通過(guò)UTM試驗(yàn)機(jī)對(duì)半圓形旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試件進(jìn)行施壓，能夠更好地模擬裂縫擴(kuò)展行為，對(duì)瀝青路面低溫抗裂特性進(jìn)行綜合評(píng)定[17]。試件凹槽開口尺寸設(shè)為深度(15±1) mm、寬度為(1.5±0.1)mm，試驗(yàn)溫度為25 ℃，試驗(yàn)儀器為UTM-30多功能試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)過(guò)程及試件如圖3所示。

圖3 半圓彎曲試驗(yàn)Fig.3 Semi-circular bending test

半圓彎曲試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)是通過(guò)柔性指數(shù)(FI)確定，F(xiàn)I值與試件在應(yīng)力荷載作用下的開裂速率呈負(fù)相關(guān)，因而與低溫抗開裂性能呈正相關(guān)。結(jié)合Al-Qadi等[18]和陳正偉等[19]的研究成果，選擇FI>4作為材料滿足低溫性能的最低要求。FI值計(jì)算所需要的過(guò)程性數(shù)據(jù)可通過(guò)UTM-30自動(dòng)出具。

2 熱再生瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

馬歇爾設(shè)計(jì)法與平衡設(shè)計(jì)法的主要區(qū)別在于最佳瀝青用量的不同，因此在熱再生瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)中對(duì)其他變量進(jìn)行控制，采用相同的礦料級(jí)配設(shè)計(jì)與最佳再生劑摻量，以瀝青用量為唯一變量研究?jī)煞N設(shè)計(jì)法的區(qū)別。

2.1 礦料級(jí)配設(shè)計(jì)

各RAP摻量下的廠拌熱再生瀝青混合料以AC-13C為級(jí)配類型進(jìn)行設(shè)計(jì)；各RAP摻量的再生瀝青混合料級(jí)配比例數(shù)據(jù)如表6所示，級(jí)配曲線如圖4所示。

表6 各RAP摻量的再生瀝青混合料級(jí)配比例Tab.6 Gradation proportion of recycled asphalt mixture with different RAP contents

圖4 各RAP摻量下的AC-13C瀝青混合料級(jí)配Fig.4 AC-13C asphalt mixture gradation with different RAP contents

通過(guò)新集料的合理搭配，可將各RAP摻量下的熱再生瀝青混合料的級(jí)配曲線調(diào)整到規(guī)范級(jí)配中值曲線附近。

2.2 確定最佳再生劑摻量

再生劑以0%，2%，4%，6%，8%，10%，12%的摻量加入到舊瀝青中進(jìn)行再生，測(cè)定再生瀝青的3大指標(biāo)及黏度，根據(jù)性能指標(biāo)的恢復(fù)狀況確定最佳再生劑摻量，試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7 不同再生劑摻量下再生瀝青的常規(guī)性能指標(biāo)Tab.7 Conventional performance indicators of recycled asphalt with different regenerant contents

再生劑的摻入提升了瀝青的針入度、延度，降低了黏度與軟化點(diǎn)；在摻入量為2%～10%時(shí)，再生瀝青各種性能恢復(fù)幅度較為明顯，再提升再生劑摻量，恢復(fù)效果明顯降低。再生劑摻量在9%左右時(shí)，已經(jīng)能夠?qū)⑴f瀝青針入度恢復(fù)到接近于90#瀝青的狀態(tài)；摻量在8%以上時(shí)，軟化點(diǎn)和延度大體上能達(dá)到90#瀝青的使用標(biāo)準(zhǔn)；摻量在10%以上時(shí)，黏度值才能貼近新瀝青指標(biāo)。以上結(jié)果表明，在研究摻量區(qū)間內(nèi)，再生劑摻入得越多，對(duì)舊瀝青的恢復(fù)效果越好。但最佳摻量的選定，還要考慮經(jīng)濟(jì)因素，綜合考慮下以針入度的性能指標(biāo)為核心，選擇9%作為兩種設(shè)計(jì)法對(duì)比時(shí)所選用的最佳再生劑摻量。為驗(yàn)證該再生劑摻量下再生瀝青的性能是否能夠兼顧高溫、低溫及疲勞性能，再對(duì)9%再生劑摻量的瀝青進(jìn)行DSR，BBR試驗(yàn)，結(jié)果如表8所示。

表8 9%再生劑摻量下再生瀝青性能檢測(cè)結(jié)果Tab.8 Test result of performance of recycled asphalt with 9% regenerant content

RAP中舊瀝青含量為4.84%，再生劑最佳摻量為9%，再生劑摻量計(jì)入新加瀝青含量中，根據(jù)式(1)計(jì)算出20%，40%，60%這3種RAP摻量的預(yù)估新瀝青摻入量值，如表9所示。

表9 預(yù)估新瀝青摻入量數(shù)據(jù)Tab.9 Estimated new asphalt content data

綜合來(lái)看，再生劑摻量定為9%時(shí)，其再生瀝青的3大指標(biāo)和黏度都能夠貼近于90#瀝青的狀態(tài)；PG分級(jí)為70～22，滿足性能要求，因而將9%確定為最佳再生劑摻量。

2.3 確定最佳瀝青含量

2.3.1 平衡設(shè)計(jì)法

本研究以經(jīng)驗(yàn)值A(chǔ)C-13C型普通熱拌瀝青混合料的瀝青含量4.6%作為初始預(yù)估瀝青含量值Pnb，在Pnb，Pnb±0.4%，Pnb±0.8%這5種新加瀝青含量下成型相關(guān)試件，通過(guò)性能的平衡來(lái)完成對(duì)最佳瀝青用量的界定。

(1)

式中,Pnb為新瀝青摻量估算值；Pb為熱再生混合料總瀝青用量；Pob為RAP料中舊瀝青含量；n為RAP料摻配率。

通過(guò)50 ℃ HWTT試驗(yàn)和25 ℃ SCB試驗(yàn)測(cè)定不同RAP摻量、不同瀝青用量的試件。車轍深度由漢堡車轍儀自動(dòng)給出；SCB試驗(yàn)每種瀝青含量準(zhǔn)備多個(gè)試件，裂縫發(fā)生在裂縫有效定義范圍內(nèi)的方可計(jì)算柔性指數(shù)FI值。為使試驗(yàn)結(jié)果能夠更清晰地表現(xiàn)出瀝青用量范圍，以雙Y軸折線圖來(lái)表現(xiàn)不同RAP摻量下的試驗(yàn)結(jié)果，如圖5所示，圖中陰影部分即為滿足性能試驗(yàn)指標(biāo)(漢堡車轍深度<12.5 mm，F(xiàn)I>4)的新加瀝青含量值。

圖5 各RAP摻量下熱再生瀝青混合料新加瀝青含量區(qū)域Fig.5 Regions of newly added asphalt content of hot recycled asphalt mixture with different RAP contents

瀝青含量上限值的確定通過(guò)漢堡車轍深度12.5 mm來(lái)完成，瀝青含量下限值的確定通過(guò)FI=4來(lái)完成，最佳瀝青含量取上、下限值的中值，此時(shí)得到的瀝青含量能夠更好地平衡車轍與開裂之間的關(guān)系。如圖5(a)所示，0%RAP的瀝青含量上限為4.64%，下限為4.25%，所得最佳瀝青含量為4.45%。不同RAP摻量試驗(yàn)結(jié)果匯總?cè)绫?0所示。

表10 不同RAP摻量下新加瀝青含量匯總Tab.10 Summary of newly added asphalt content with different RAP contents

從表10中可以看出，采用平衡設(shè)計(jì)法RAP摻量的提升會(huì)增大總瀝青含量值，這主要是因?yàn)槠胶庠O(shè)計(jì)法更注重材料的低溫性能，通過(guò)瀝青含量的提升來(lái)滿足再生混合料對(duì)抗裂的需求。另外總瀝青含量的增幅主要集中于0%～40%RAP摻量變化區(qū)間內(nèi)，摻量在40%～60%時(shí)增幅明顯降低。經(jīng)分析得出平衡設(shè)計(jì)法對(duì)瀝青用量的控制不是僅以抗裂性能為主，而是在各種材料性能間尋找平衡。當(dāng)瀝青含量已經(jīng)接近5%的情況下，再次大幅度增加瀝青用量會(huì)較大程度地削弱材料抗車轍性能，再生混合料也會(huì)降低水穩(wěn)定性能[20-21]。因而瀝青含量上限的增幅變小，總瀝青含量的增幅也變小。

2.3.2 馬歇爾設(shè)計(jì)法

馬歇爾設(shè)計(jì)法采用的初始值Pnb與平衡設(shè)計(jì)法相同，在Pnb，Pnb±0.4%，Pnb±0.8%這5種新加瀝青含量下制作馬歇爾試件并進(jìn)行最佳油石比的確定。為便于與平衡設(shè)計(jì)法進(jìn)行對(duì)比，油石比將換算為瀝青含量。馬歇爾試驗(yàn)法的過(guò)程比較簡(jiǎn)單，過(guò)程性試驗(yàn)指標(biāo)數(shù)據(jù)不再贅述，直接展示馬歇爾試驗(yàn)的最終結(jié)果，如表11所示。

表11 各RAP摻量下馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果Tab.11 Marshall test result with different RAP contents

在馬歇爾設(shè)計(jì)法下，RAP摻量與總瀝青含量也呈正相關(guān)，增幅規(guī)律與平衡設(shè)計(jì)法類似。

3 平衡設(shè)計(jì)法與馬歇爾設(shè)計(jì)法對(duì)比

3.1 基本參數(shù)對(duì)比

依據(jù)各RAP摻量的熱再生瀝青混合料平衡設(shè)計(jì)法得到的配比，制備成型馬歇爾試件，高度為63.5 mm，雙面各擊實(shí)75次，測(cè)定其空隙率。對(duì)比重點(diǎn)集中于最佳新瀝青用量與空隙率，數(shù)據(jù)見表12。

表12 兩種設(shè)計(jì)法的空隙率與最佳新瀝青用量表Tab.12 Air voids and optimal new asphalt contents using 2 design methods

RAP摻量在0%和20%時(shí)，平衡設(shè)計(jì)法要比馬歇爾設(shè)計(jì)法確定的新加瀝青用量低；RAP摻量在40%和60%時(shí)，平衡設(shè)計(jì)法的新加瀝青用量超過(guò)了馬歇爾設(shè)計(jì)法,如圖6所示。一般認(rèn)為當(dāng)RAP摻量較小時(shí)，其新瀝青的需求量不需要太高比例就能夠滿足高低溫性能，當(dāng)RAP摻量提升時(shí)，新瀝青用量就需要比馬歇爾設(shè)計(jì)法確定的瀝青用量更高，才能降低RAP帶給再生料低溫性能的不利影響，滿足25 ℃半圓彎曲試驗(yàn)FI>4的標(biāo)準(zhǔn)。空隙率的波動(dòng)趨勢(shì)表明，馬歇爾設(shè)計(jì)法的波動(dòng)幅度遠(yuǎn)小于平衡設(shè)計(jì)法，這主要是因?yàn)轳R歇爾設(shè)計(jì)法以指標(biāo)性數(shù)據(jù)來(lái)界定最佳含油量，受到空隙率指標(biāo)的約束大，因此其油石比的變化幅度較小。平衡設(shè)計(jì)法對(duì)最佳含油量的確定是以性能為基準(zhǔn)，所以空隙率表現(xiàn)的不確定性更大，波動(dòng)范圍也大，但其空隙率還是在3%～6%的區(qū)間范圍內(nèi)波動(dòng)，說(shuō)明馬歇爾體積指標(biāo)參數(shù)有其合理之處。

圖6 空隙率與最佳新瀝青用量變化趨勢(shì)Fig.6 Change trend of air voids and optimal new asphalt content

平衡設(shè)計(jì)法對(duì)配合比的設(shè)計(jì)是基于性能，注重材料的路用性能，對(duì)其他參數(shù)指標(biāo)的重視程度較小；馬歇爾設(shè)計(jì)法是根據(jù)穩(wěn)定度峰值、密度峰值、空隙率中值等指標(biāo)對(duì)最佳含油量進(jìn)行確定，是經(jīng)驗(yàn)性的設(shè)計(jì)方法。但現(xiàn)階段各種添加劑與改性劑等可能會(huì)對(duì)馬歇爾設(shè)計(jì)法中的指標(biāo)數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，而平衡設(shè)計(jì)法則避開了各種指標(biāo)的限制，可以較好地融合外加劑的配比。

3.2 路用性能對(duì)比

本節(jié)對(duì)兩種設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)的各RAP摻量的熱再生混合料進(jìn)行高溫、低溫、水穩(wěn)定性能的對(duì)比，試驗(yàn)過(guò)程在同一標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行。

3.2.1 高溫性能對(duì)比

車轍試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果見表13。

表13 車轍試驗(yàn)結(jié)果Tab.13 Result of rutting test

平衡混合料和馬歇爾混合料的動(dòng)穩(wěn)定度隨不同RAP摻量的變化情況如圖7所示，各混合料的動(dòng)穩(wěn)定度均>1 000次/mm，滿足規(guī)范要求。RAP摻量在0%～20%下，平衡混合料的高溫性能強(qiáng)于馬歇爾混合料，這可能是因?yàn)槠胶饣旌狭暇邆渎愿叩目障堵剩m宜的瀝青含量，表現(xiàn)出更好的骨架結(jié)構(gòu)；RAP摻量在40%～60%下，平衡混合料高溫性能稍弱于馬歇爾混合料，這主要是因?yàn)槠胶庠O(shè)計(jì)法注重平衡混合料的抗裂性能，因此添加瀝青含量稍高，導(dǎo)致抗車轍性能產(chǎn)生可預(yù)測(cè)的下降。

圖7 兩種混合料的動(dòng)穩(wěn)定度對(duì)比Fig.7 Comparison of dynamic stability of 2 mixtures

平衡設(shè)計(jì)法在設(shè)計(jì)低RAP摻量的混合料時(shí)，能夠以較少的瀝青含量滿足材料性能要求，可以比馬歇爾法更降低材料成本；RAP摻量較高時(shí)，雖然相比馬歇爾法設(shè)計(jì)更多的新加瀝青用量，但能夠更好地保證低溫性能，也就是使材料具備更好的耐久性，降低了瀝青路面的運(yùn)維成本。

3.2.2 低溫抗裂性能對(duì)比

低溫性能對(duì)比試驗(yàn)以低溫小梁彎曲試驗(yàn)進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果如表14所示。

表14 低溫小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果Tab.14 Result of low temperature small beam bending test

平衡混合料和馬歇爾混合料的最大彎拉應(yīng)變隨不同RAP摻量的變化情況如圖8所示，兩種混合料的最大彎拉應(yīng)變具備相同的變化趨勢(shì)，說(shuō)明RAP料的摻入均會(huì)降低兩種混合料的低溫性能，摻量與低溫性能呈反比。區(qū)別在于馬歇爾混合料的線性變化斜率更大，初始低溫性能高于平衡混合料，但平衡混合料的低溫降幅更小。RAP摻量在40%及以上時(shí)，平衡設(shè)計(jì)法的性能平衡優(yōu)勢(shì)開始顯現(xiàn)，在RAP摻量達(dá)到60%時(shí)依舊能夠使材料滿足最大彎拉應(yīng)變>2 000的要求，而馬歇爾法設(shè)計(jì)的混合料很難在高RAP摻量下滿足低溫性能。

圖8 兩種混合料最大彎拉應(yīng)變對(duì)比Fig.8 Comparison of maximum flexural strains of 2 mixtures

在RAP摻量提升至40%及以上時(shí)，平衡混合料的低溫性能要高于馬歇爾混合料，馬歇爾設(shè)計(jì)法所設(shè)計(jì)的材料低溫性能開始出現(xiàn)不達(dá)標(biāo)的情況。這說(shuō)明平衡設(shè)計(jì)法通過(guò)性能平衡有效地提高了新瀝青摻加量，使混合料在RAP摻量較高時(shí)依舊能滿足低溫標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.3 水穩(wěn)定性能對(duì)比

以凍融劈裂試驗(yàn)和浸水漢堡車轍試驗(yàn)綜合對(duì)比兩種混合料的抗水損害能力，以TSR、蠕變斜率與剝落點(diǎn)作為試驗(yàn)對(duì)比指標(biāo)。

首先對(duì)凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，TSR數(shù)據(jù)如表15所示，以TSR>75%為達(dá)標(biāo)界定。

表15 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果Tab.15 Result of freeze-thaw split test

兩種混合料的劈裂強(qiáng)度均與RAP摻量呈負(fù)相關(guān)，但各RAP摻量下均滿足規(guī)范。RAP摻量在0%～20%時(shí)，平衡混合料的TSR小于馬歇爾混合料，這可能是由于瀝青用量小于馬歇爾設(shè)計(jì)法，造成較大的空隙率，以致于真空飽水時(shí)進(jìn)入試件內(nèi)部空隙的水增多，導(dǎo)致經(jīng)歷凍融循環(huán)后劈裂強(qiáng)度下降也更多，強(qiáng)度比變小。RAP摻量在40%～60%時(shí)，平衡混合料的TSR高于馬歇爾混合料。這說(shuō)明平衡設(shè)計(jì)法通過(guò)浸水漢堡車轍試驗(yàn)的性能確定瀝青含量，是綜合考慮了材料的水穩(wěn)定性能，使得水穩(wěn)定性能更優(yōu)，比馬歇爾設(shè)計(jì)法更能保證混合料的路用性能。

其次是浸水漢堡車轍試驗(yàn)，馬歇爾設(shè)計(jì)法進(jìn)行50 ℃浸水漢堡車轍試驗(yàn)的條件與步驟同步于平衡設(shè)計(jì)法，對(duì)比兩種混合料的車轍深度、蠕變斜率與剝落點(diǎn)，數(shù)據(jù)見表16。

表16 浸水漢堡車轍試驗(yàn)結(jié)果Tab.16 Result of immersion Hamburg rutting test

圖9 兩種混合料浸水漢堡車轍試驗(yàn)指標(biāo)對(duì)比Fig.9 Comparison of immersion Hamburg rutting test indicators of 2 mixtures

RAP摻量在0%和20%下，平衡混合料的高溫穩(wěn)定性與水穩(wěn)定性能均好于馬歇爾混合料；在40%和60%摻量下，這種優(yōu)勢(shì)發(fā)生逆轉(zhuǎn)，該試驗(yàn)結(jié)果與凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果相反。根據(jù)齊琳等[22]的研究，這是由于試驗(yàn)條件、評(píng)價(jià)指標(biāo)不同造成的水穩(wěn)定性能優(yōu)劣判定結(jié)果不同，同時(shí)認(rèn)為浸水漢堡車轍試驗(yàn)?zāi)茌^好地模擬實(shí)際路面發(fā)生水損害時(shí)的條件和狀態(tài)，試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)一致性也更好。

平衡混合料在設(shè)計(jì)低摻量RAP的再生料時(shí)，因設(shè)計(jì)的新瀝青最佳摻量較小，混合料更容易具備較好的濕熱耦合條件下抗變形能力；高RAP摻量下為滿足抗裂性能需求，新加瀝青用量也就更高，導(dǎo)致蠕變斜率也更大。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)平衡設(shè)計(jì)法與馬歇爾設(shè)計(jì)法進(jìn)行的不同摻量下再生混合料的性能對(duì)比試驗(yàn)，得出以下結(jié)論：

(1)在0%，20%RAP摻量下，平衡設(shè)計(jì)法的最佳瀝青用量小于馬歇爾設(shè)計(jì)法，空隙率稍大；在40%，60%RAP摻量下，設(shè)計(jì)瀝青用量情況相反。4種RAP摻量下，因平衡設(shè)計(jì)法是基于材料性能確定配合比，其設(shè)計(jì)的混合料空隙率波動(dòng)范圍更大，體積指標(biāo)只能作為參考。

(2)根據(jù)車轍試驗(yàn)對(duì)比，兩種設(shè)計(jì)法的混合料均滿足動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)，平衡混合料在0%，20%RAP摻量下，其高溫性能優(yōu)于馬歇爾混合料；在40%，60%RAP等高摻量下，因平衡抗裂需求，導(dǎo)致設(shè)計(jì)瀝青用量情況相反。

(3)根據(jù)低溫小梁彎曲試驗(yàn)對(duì)比，平衡混合料在0%，20%RAP摻量下，其低溫性能稍弱于馬歇爾混合料；在40%，60%RAP摻量下，其低溫性能明顯優(yōu)于馬歇爾混合料，說(shuō)明平衡設(shè)計(jì)法在設(shè)計(jì)熱再生混合料時(shí)，在注重高溫性能的同時(shí)，相比馬歇爾設(shè)計(jì)法還可以兼顧抗裂指標(biāo)設(shè)計(jì)。

(4)根據(jù)凍融劈裂試驗(yàn)和50 ℃浸水漢堡車轍試驗(yàn)的對(duì)比，以平衡設(shè)計(jì)法中浸水漢堡車轍試驗(yàn)的浸水車轍深度、蠕變斜率、剝落點(diǎn)3個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)混合料抗水損害能力有較強(qiáng)的一致性；平衡設(shè)計(jì)法相較于馬歇爾設(shè)計(jì)法更能平衡材料性能指標(biāo)的波動(dòng)范圍，使材料具備更平穩(wěn)的水穩(wěn)定性能。

(5)完全摒棄熱拌瀝青混合料傳統(tǒng)體積設(shè)計(jì)指標(biāo)，采用第3類平衡設(shè)計(jì)法針對(duì)非傳統(tǒng)瀝青混合料(熱再生瀝青混合料)，實(shí)現(xiàn)其在較高RAP摻量的情況下具有良好的路用性能效果。這引發(fā)了對(duì)傳統(tǒng)體積指標(biāo)指導(dǎo)熱再生瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)合理性的深度思考，為熱再生瀝青混合料RAP高摻量設(shè)計(jì)目標(biāo)提供了有價(jià)值的設(shè)計(jì)研究思路。