100%溫拌再生瀝青混合料性能評(píng)價(jià)

張風(fēng)雪 許斌 高奧東

（1.河北省交通運(yùn)輸綜合執(zhí)法監(jiān)督局，河北 石家莊 050031；2.中路高科（北京）公路技術(shù)有限公司，北京 100088）

0 引言

為了避免資源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)資源可持續(xù)利用，瀝青路面再生技術(shù)在國內(nèi)迅速發(fā)展。其中，以廠拌熱再生技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，然而廠拌熱再生技術(shù)有其局限性，由于施工溫度較高使得舊瀝青路面（RAP）的摻量大多限制在30%以內(nèi)，而且在施工過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生大量瀝青煙等有毒有害物質(zhì)污染環(huán)境。因此，提高RAP摻量、降低施工溫度是近幾年瀝青路面再生工作的重點(diǎn)與熱點(diǎn)。

將溫拌技術(shù)應(yīng)用到廠拌熱再生混合料中，即溫拌再生（以下簡稱“WMRA”）技術(shù)，則是解決上述問題的一項(xiàng)有效手段，是現(xiàn)階段大比例再生主要的技術(shù)手段之一。WMRA技術(shù)可有效降低廠拌熱再生混合料的施工溫度20℃～40℃，從而減輕廢舊瀝青混合料中瀝青的二次老化，降低排放量，提高RAP的摻配比例。有研究表明，應(yīng)用WMRA技術(shù)可使RAP摻量達(dá)到75%以上，甚至90%。然而由于溫拌技術(shù)的多樣性，使得采用不同的溫拌技術(shù)所得到的再生瀝青混合料性能也有所差異，主要包括以Sasobit為代表的有機(jī)添加劑法，以Evotherm為代表的化學(xué)添加劑法，以及泡沫瀝青法。尤其是化學(xué)添加劑法，因其降溫幅度最大，且溫拌瀝青混合料性能最佳，目前在WMRA領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛。

本文應(yīng)用WMRA技術(shù)研究瀝青路面100%再生的可行性，為我國更大比例的應(yīng)用RAP料再生提供試驗(yàn)基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)支撐。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 RAP分析

本文所用回收舊料來源于遼寧省某省級(jí)公路的上面層，級(jí)配為AC-13，瀝青為90#基質(zhì)瀝青，集料材質(zhì)為石灰?guī)r，使用年限為6年。根據(jù)《公路瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）中T0722-1993，離心分離法抽提舊瀝青并分析集料級(jí)配。抽提溶液利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)的方法獲得老化瀝青，其中旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)溫度為155℃，蒸發(fā)時(shí)間為40min，測(cè)試?yán)匣癁r青的基本指標(biāo)。所得RAP舊瀝青性能與舊集料級(jí)配如表1、表2所示。相比于原樣90#基質(zhì)瀝青，針入度、延度均變小，軟化點(diǎn)升高，瀝青發(fā)生了一定程度的老化。

表1 回收瀝青性能指標(biāo)

表2 RAP料級(jí)配

根據(jù)上表的篩分結(jié)果可以得到RAP舊料的級(jí)配曲線，如圖1所示。

圖1 RAP集料與原始集料級(jí)配圖

如圖1所示，RAP舊集料級(jí)配仍處于上下限之間，說明原路面的各檔集料破壞并不嚴(yán)重，仍然滿足AC-13瀝青混合料的級(jí)配要求，為100%路面再生奠定了基礎(chǔ)。

1.2 再生劑與溫拌添加劑

所用再生劑編號(hào)為A，是一種深棕色液體，主要成分為瀝青輕質(zhì)油，補(bǔ)充瀝青由于老化損失的輕質(zhì)油，進(jìn)行組分調(diào)節(jié)，達(dá)到再生的效果，具體指標(biāo)如表3所示。再生劑A的添加比例為瀝青質(zhì)量的7%。

表3 再生劑基本指標(biāo)

選取合成蠟類的溫拌劑，編號(hào)為R。R型溫拌劑是一種聚乙烯蠟，呈白色粉末狀。它迅速地與熱瀝青融合，降低瀝青的黏度，并增強(qiáng)新瀝青與石料的黏附性，從而降低再生瀝青混合料施工溫度。溫拌劑R的添加比例為瀝青質(zhì)量的3%。

1.3 100%溫拌再生瀝青混合料試驗(yàn)方案

根據(jù)對(duì)RAP舊料的分析，本文采取100%再生RAP，即不加入新瀝青、新集料，完全采用RAP作為再生原材料，并加入一定劑量的再生劑、溫拌劑，結(jié)合溫拌與再生兩項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)100%瀝青混合料溫拌再生。RAP料級(jí)配未被破壞，100%再生沒有新集料、新瀝青的加入，因此再生瀝青混合料的級(jí)配將沿用RAP料的配合比。其中，再生劑為瀝青用量的4%，溫拌劑為瀝青用量的3%，再生劑、溫拌劑均采用干拌的方式添加。具體的拌和順序?yàn)椋杭尤肱f料，拌和30s；加入再生劑并用鏟子攪拌均勻，拌和90s；加入溫拌劑并用鏟子攪拌均勻，拌和90s。

總共拌和時(shí)間為3.5min，拌和完成后，為了模擬真實(shí)路面的施工情況，在拌和溫度下短期養(yǎng)護(hù)2h。

加入溫拌劑會(huì)降低瀝青混合料的拌和、壓實(shí)溫度，而再生劑的加入會(huì)發(fā)生疊加反應(yīng)，進(jìn)一步降低其拌和溫度。基于此，本文研究不同拌和、壓實(shí)溫度下100%溫拌再生瀝青混合料的性能變化規(guī)律。本文選取5個(gè)試驗(yàn)溫度分別為135℃、145℃、150℃、155℃、165℃，按照每種試驗(yàn)溫度進(jìn)行RAP料的加熱、拌和，并分別對(duì)體積參數(shù)、高溫性能、水穩(wěn)定性、低溫性能展開分析。

2 不同溫度對(duì)混合料性能的影響

2.1 體積參數(shù)分析

分別測(cè)試計(jì)算不同拌和溫度的100%溫拌再生瀝青混合料的密度、最大理論密度、空隙率、礦料間隙率，以及瀝青飽和度，所得試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 不同拌和溫度下體積參數(shù)

如表4所示，隨著拌和溫度的降低，密度、瀝青飽和度呈逐漸減小的趨勢(shì)，而最大理論密度、空隙率、礦料間隙率基本隨之增大。其中，空隙率作為體積參數(shù)法確定拌和、壓實(shí)溫度的重要指標(biāo)，與拌和溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2所示。

圖2 不同拌和溫度的再生瀝青混合料空隙率

如圖2所示，空隙率與拌和溫度之間呈現(xiàn)比較良好的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)超過了0.9。由此可以得出控制空隙率為4%時(shí)，所需要的拌和溫度為139℃。正常熱拌再生瀝青混合料拌和溫度需要達(dá)到175℃以上，可見采用WMRA技術(shù)，不僅提高了RAP的摻量，而且使拌和溫度有效降低了35℃。因此，可以通過體積參數(shù)法確定溫拌再生瀝青混合料的拌和溫度。

瀝青混合料的強(qiáng)度是由瀝青的黏結(jié)與集料的嵌擠共同作用形成的，從而體積參數(shù)會(huì)直接影響混合料的路用性能。有必要研究不同拌和溫度下，再生瀝青混合料的路用性能變化規(guī)律，分析體積參數(shù)與路用性能之間的響應(yīng)，同時(shí)驗(yàn)證上文中確定的拌和溫度的合理性。

2.2 路用性能分析

100%溫拌再生瀝青混合料在5種拌和溫度下路用性能指標(biāo)結(jié)果，如表5所示。

表5 不同拌和溫度下100%溫拌再生瀝青混合料路用性能

如表5所示，隨著拌和溫度的降低，溫拌再生瀝青混合料的路用性能除了低溫破壞應(yīng)變，其余均隨之減小；相對(duì)應(yīng)的，水穩(wěn)定性、高溫性能均有所下降，低溫性能得到提升。過高的施工溫度會(huì)導(dǎo)致100%溫拌再生瀝青路面容易發(fā)生低溫開裂，而如果施工溫度過低則會(huì)容易導(dǎo)致發(fā)生水損害及高溫車轍等病害。合適的拌和溫度是保證100%溫拌再生瀝青混合料水穩(wěn)定性與低溫性能的重要因素。

3 空隙率與路用性能的對(duì)應(yīng)關(guān)系

100%溫拌再生瀝青混合料采用舊瀝青、舊集料及適量的溫拌劑、再生劑，與傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料或再生瀝青混合料在混合料設(shè)計(jì)、性能等各方面均存在差異。將空隙率作為體積參數(shù)控制指標(biāo)，分析其與路用性能的對(duì)應(yīng)關(guān)系，研究100%溫拌再生瀝青混合料性能演化規(guī)律。其中，空隙率與殘留穩(wěn)定度、TSR、動(dòng)穩(wěn)定度、破壞應(yīng)變之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖3（a）～（b）所示，其中（a）為殘留穩(wěn)定度，（b）為TSR，（c）為動(dòng)穩(wěn)定度，（d）為低溫小梁破壞應(yīng)變。

圖3 空隙率與不同路用性能的對(duì)應(yīng)關(guān)系

如圖3所示，對(duì)于100%溫拌再生瀝青混合料，空隙率與不同的路用性能間均存在良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。隨著空隙率的增大，再生混合料的水穩(wěn)定性下降，其中殘留穩(wěn)定度下降幅度更大，高溫性能也會(huì)隨著下降。原因分別在于空隙率的增長，使水容易滲透到瀝青混合料的縫隙當(dāng)中，從而更容易造成水損壞；而高溫性能下降是由于空隙率增大，不同級(jí)配的骨料間隙會(huì)增大，在車輪的反復(fù)碾壓作用下就會(huì)容易產(chǎn)生集料的偏移，從而更容易形成車轍。值得注意的是，隨著空隙率的增大，100%溫拌再生瀝青混合料的低溫性能隨之提升。

在根據(jù)圖3中的擬合公式，可以得到控制空隙率為4%，即拌和溫度為139℃時(shí)，對(duì)應(yīng)的4種路用性能結(jié)果分別為殘留穩(wěn)定度78%、TSR82%、動(dòng)穩(wěn)定度1448次/mm、低溫破壞應(yīng)變3777。根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004），TSR、動(dòng)穩(wěn)定度、破壞應(yīng)變分別滿足規(guī)范要求的75%、1000次/mm、2000，而殘留穩(wěn)定度則不滿足規(guī)范要求。因此，100%溫拌再生瀝青混合料是可行的，在今后的研究當(dāng)中要重點(diǎn)注意其水穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

本文采用一種合成蠟類溫拌添加劑、一種再生劑對(duì)AC-13瀝青混合料開展100%溫拌再生試驗(yàn)，以探究100%溫拌再生的可行性。本文分析了5種拌和溫度下的再生瀝青混合料的不同體積參數(shù)與路用性能，并建立了空隙率與路用性能之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

隨著拌和溫度降低，密度、瀝青飽和度逐漸減小，而最大理論密度、空隙率、礦料間隙率基本隨之增大。拌和溫度與空隙率之間存在良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。控制空隙率4%條件下，確定拌和溫度為139℃，較普通熱拌再生瀝青混合料拌和溫度降低35℃，降溫效果明顯。隨著拌和溫度降低，溫拌再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性、高溫性能均有所下降，低溫性能得到提升。