熱再生瀝青混合料路用性能影響因素研究

摘要：為研究熱再生瀝青混合料技術性能，文章基于正交試驗設計方法，采用動態模量試驗、凍融劈裂試驗、半圓彎拉試驗評價了RAP摻量、RAP預熱溫度及拌和時間對AC-20型再生混合料路用性能的影響。結果表明：RAP可以提高再生瀝青混合料的高溫性能，RAP摻量越高，再生混合料的動態模量越大，但RAP的摻入會降低再生瀝青混合料的低溫性能；隨RAP預熱溫度提高或拌和時間延長，再生瀝青混合料的高低溫性能及水穩定性均得到改善，RAP摻量與RAP預熱溫度對再生瀝青混合料高溫性能的影響程度為顯著，熱拌再生瀝青混合料生產過程中應著重控制RAP摻量穩定。

關鍵詞：路面回收瀝青混合料；配合比；正交試驗；顯著性分析

中圖分類號：U416.03 A 09 025 3

0 引言

瀝青路面是我國高速公路主要路面結構形式，其具有行車舒適性好、鋪筑后通車時間快等優點，但是瀝青路面在行車荷載及自然條件作用下易發生老化損害。老化損害造成裂縫、松散坑槽等病害，此時瀝青路面需要進行維修養護，而路面維修養護會產生大量的路面回收瀝青混合料（RAP）［1］。回收瀝青混合料的棄用堆放不僅污染環境，也造成了大量的資源浪費，因此如何對廢棄瀝青混合料進行再生循環利用，是道路科研工作者重要的研究方向。

我國于20世紀70年代開始開展瀝青路面再生領域的研究，交通運輸部在1982年正式將瀝青路面再生科研項目列為重點科技項目，2008年頒布了《公路瀝青路面再生技術規范》（JTG F41-2008）。瀝青路面再生技術目前主要可以分為熱再生和冷再生兩類。熱再生技術是指對RAP進行加熱，再加入新瀝青、再生劑及新礦料對舊混合料拌和再生，相對冷再生技術，其再生效率更高，RAP利用率也較高，因此應用相對廣泛。瀝青混合料熱再生是一個復雜的過程，再生混合料質量受到RAP老化程度、RAP摻量、拌和溫度及時間等多重因素影響［2］。目前，大多數工程的RAP再生生產工藝參數都依賴于工程經驗，缺乏理論指導，因此本文擬從再生混合料路用性能等方面，展開熱拌再生瀝青混合料技術研究，以期為生產應用過程提供理論依據。

1 原材料

1.1 新瀝青

新瀝青選用東海牌70#A級瀝青，性能指標如表1所示。

1.2 舊瀝青混合料

RAP來自防東高速公路銑刨料，現場銑刨料級配變異性大，不利于再生瀝青混合料研究，因此后續將對其進行篩分處理。

1.3 新集料

采用石灰巖作為新集料，摻入RAP中調節級配，粗細級配的主要性能指標如表2所示。

2 再生瀝青混合料配合比設計

2.1 RAP破碎與篩分

RAP銑刨料粒徑均勻性較差，級配穩定性不良，對RAP進行篩分，取 0～5 mm，5～10 mm及 10～20 mm粒徑RAP作為試驗研究對象，并對其進行離析分離試驗，測定級配如表3所示。

2.2 再生瀝青混合料合成級配

再生瀝青混合料一般應用于中下面層，本文采用AC-20作為研究目標級配，參考表2，以RAP各檔粒徑比例 0～5 mm∶5～10 mm∶10～20 mm=3∶4∶3合成級配，新集料按照RAP摻比及RAP合成級配反算計算摻入量。AC-20再生瀝青混合料合成級配如表4所示。

2.3 油石比的確定

參考《公路瀝青路面再生技術規范》（JTG/T 5521-2019）進行再生混合料馬歇爾試驗，初擬RAP預熱溫度為 120 ℃，新集料加熱溫度為 170 ℃，新瀝青加熱溫度為 160 ℃，拌和順序為先向預熱后的RAP中加入新集料拌和均勻 60 s，再加入新瀝青拌和均勻，最后加入礦粉拌和完成混合料制備。

通過馬歇爾試驗確定RAP摻量分別為15%、25%、35%時，再生混合料最佳新瀝青用量分別為3.9%、3.4%、3.1%。

3 再生混合料路用性能研究

影響再生混合料路用性能的主要有原材料及生產工藝兩個方面，包括RAP摻量，RAP來源及破損方式、生產拌和時間及溫度等因素。本文主要考慮RAP摻量、RAP預熱溫度及混合料拌和時間（拌和時間定義為：RAP與新集料拌和 1 min后，加入瀝青后再次拌和的時間）三個因素對再生混合料路用性能影響。

3.1 正交試驗設計

考慮本文試驗量較大，采用正交試驗進行方案設計，進行再生混合料路用性能影響因素研究。參考前人研究，擬定各試驗因素水平如表5所示。

3.2 路用性能分析

依據表5試驗參數制備再生混合料，進行動態模量試驗、凍融劈裂試驗、半圓彎拉試驗，試驗結果如表6所示。

采用均值分析法對上述試驗結果進行分析。均值分析法是指求得不同因素相同水平試驗組結果的算術平均值，并用該值表征評價該因素水平對瀝青混合料的影響。

3.2.1 高溫穩定性

RAP摻量、RAP預熱溫度及拌和時間對瀝青混合料動態模量的影響如圖1所示。

（1）RAP對再生瀝青混合料高溫穩定性能具有改善作用。由圖1可知，隨著RAP摻量水平提高，再生瀝青混合料的動態模量持續提高。這是因為高RAP摻量提升了再生瀝青混合料中舊瀝青比例，從而提高了再生瀝青的軟化點。瀝青混合料抗變形能力提升，表現為動態模量增大［4］。

（2）提高RAP預熱溫度或延長拌和時間，均可改善再生瀝青混合料高溫穩定性。由圖1可知，隨RAP預熱溫度或拌和時間水平的提高，瀝青混合料動態模量增大。這是因為溫度越高，舊瀝青能夠更好地軟化，便于新舊瀝青融合，而拌和時間延長有利于新集料與RAP充分混合均勻，新瀝青可與RAP更好地接觸，因此提高RAP預熱溫度或延長拌和時間均有利于新瀝青對RAP的再生，提高再生混合料高溫性能。

3.2.2 低溫抗裂性

RAP摻量、RAP預熱溫度及拌和時間對瀝青混合料抗彎拉強度的影響如圖2所示。

（1）隨RAP摻量增加，再生瀝青混合料的低溫抗裂性能降低。由圖2可知，隨RAP摻量水平的提高，低溫半圓彎拉試驗中抗彎拉強度逐漸降低，RAP摻量為15%時抗彎拉強度為 9.74 MPa，當RAP摻量為35%時抗彎拉強度下降到 8.08 MPa，下降了17%。

（2）隨RAP預熱溫度提高或拌和時間延長，再生瀝青混合料的低溫性能有所改善。這是因為提高RAP預熱溫度或者延長拌和時間，均有利于新瀝青對RAP的再生，RAP再生程度越高，再生瀝青混合料的路用性能越好。

3.2.3 抗水損害性

RAP摻量、RAP預熱溫度及拌和時間對瀝青混合料凍融劈裂強度的影響如圖3所示。

（1）隨RAP摻量增加，再生瀝青混合料的水穩定性能先增加后減小。由圖3可知，凍融劈裂強度比曲線呈現單峰變化趨勢，RAP摻量為25%時再生混合料凍融劈裂強度比最大。這是因為隨RAP摻量增加，瀝青混合料中總瀝青用量增大，瀝青膜厚度增大，水不易侵入瀝青與集料接觸面，從而提升水穩定性，而隨RPA摻量持續增加，再生混合料中老化瀝青含量偏高，降低了集料與瀝青的粘附性，故導致凍融劈裂強度比下降，水穩定性能降低［5］。

（2）提高RAP預熱溫度或延長拌和時間有利于提高再生瀝青混合料水穩定性能。由圖3可知，隨RAP預熱溫度水平或拌和時間水平提高，再生瀝青混合料凍融劈裂強度比增大，這與前文分析一致，提高預熱溫度或拌和時間，可提高RAP在再生混合料中的分散程度，RAP再生效果更好，因此再生混合料水穩定性能得到提升。

3.3 影響因素顯著性分析

為對再生混合料生產質量準確掌控，探究RAP摻量、RAP預熱溫度及拌和時間3個因素對再生混合料性能的影響程度分析，本文基于SPSS軟件對表6數據進行方差分析，結果如后頁表7所示。

由表7可知，RAP摻量與RAP預熱溫度對再生瀝青混合料的P值＜0.05，說明其對再生瀝青混合的高溫性能為顯著影響。各因素對再生瀝青混合料高溫性能及低溫抗性能影響程度排序為：RAP摻量gt;RAP預熱溫度gt;拌和時間，對再生瀝青混合料水穩性能影響程度排序為：RAP摻量gt;拌和時間gt;RAP預熱溫度。因此熱拌再生瀝青混合料生產過程中，應著重控制RAP摻量穩定，并保證RAP預熱溫度及拌和時間達到生產要求。

4 結語

針對熱拌再生瀝青混合料路用性能影響因素研究，得出以下結論：

（1）基于正交試驗，展開再生混合料影響因素研究可知：隨RAP摻量增加，再生瀝青混合料的高溫性能得到改善，但劣化了其低溫性能，水穩性能呈現先增加后降低現象，隨RAP預熱溫度提高或拌和時間延長，再生瀝青混合料的高低溫性能及水穩定性均得到改善。

（2）基于方差分析可知，RAP摻量與RAP預熱溫度對再生瀝青混合料高溫性能為顯著影響，熱拌再生瀝青混合料生產過程中應著重控制RAP摻量。

參考文獻

［1］王 晨.多來源RAP料性能評價及超高比例廠拌熱再生利用技術研究［D］.南京：東南大學，2021.

［2］盛三湘，陳宇亮，王巍偉.就地熱再生瀝青混合料均勻性的影響因素研究［J］.河北工業科技，2021，38（3）：236-242.

［3］徐金枝，張濱焌，張德鵬.基于再生劑/新瀝青擴散行為的老化瀝青再生規律［J］.硅酸鹽通報，2021，40（12）：4 187-4 196.

［4］殷 鵬.基于自制再生劑的熱再生改性瀝青混合料的耐久性能研究［D］.重慶：重慶交通大學，2021.

［5］黃伯承.40%摻量RAP廠拌熱再生瀝青混合料設計及路用性能［J］.貴州大學學報（自然科學版），2021，38（6）：109-114.

收稿日期：2022-12-12