基于分檔替換的RAP精分料Sup-20瀝青混合料路用性能研究

【摘" " 要】：為研究不同檔位的瀝青混合料回收料（RAP）精分料對瀝青混合料性能的影響，依托油石分離技術，利用物理碰撞方式將RAP精分為粒徑16～25 mm、10～16 mm、5～10 mm、3～5 mm、0～3 mm五檔料，采用70#道路石油瀝青為新加瀝青，進行分檔替換RAP精分料的Sup-20配合比設計，從高溫穩定性、低溫抗裂性和水穩定性等方面驗證其路用性能。研究表明：分檔替換對瀝青混合料最佳綜合油石比影響不大，皆在4.5％左右；對混合料的高溫穩定性影響不大；替換的檔位越小，低溫抗裂性和水穩定性方面性能越優；包括100%摻量在內的6種替換，其低溫抗裂性皆不滿足規范要求。因此在RAP精分料的設計過程中應嚴格控制細檔料的添加。

【關鍵詞】：道路工程；瀝青混合料回收料；Sup-20；精分料；路用性能

Research on the Road Performance of Recycled Asphalt Pavement Fine

Fractionation Sup-20 Based on Grading Replacement

SHI Tantao2， CHENG Jie3， DONG Ziming2， LYU Xiuhao2， ZHANG Shiliang2， BIAN Jiang3， WANG Jianwei3，

WANG Bo1， LI Jiawei1*

（1. School of Civil Engineering and Harbor Engineering， Jiangsu Ocean University， Lianyungang 222005;2. Lianyungang Jintai Highway Engineering Co.， Ltd，Lianyungang 222100，China;3. Lianyungang Highway Development Center， Lianyungang 222299）

【Abstract】：In order to study the impact of different grades of recycled asphalt pavement（RAP） fine aggregate on the performance of asphalt mixtures， this article relies on the oil stone separation technology and uses physical collision to divide RAP fine aggregate into five grades： 16-25mm， 10-16mm， 5-10mm， 3-5mm， 0-3mm. 70 # road petroleum asphalt is used as the new asphalt to replace the RAP fine aggregate Sup-20 in the mix design. Its road performance is verified from high temperature stability， low temperature crack resistance， and water stability. Research has shown that the effect of graded replacement on the optimal comprehensive asphalt stone ratio of asphalt mixtures is not significant， all around 4.5%; Grading replacement has little effect on the high-temperature stability of the mixture; The smaller the gear being replaced， the better the low-temperature crack resistance and water stability performance; The six substitutions， including 100% dosage， do not meet the low-temperature crack resistance requirements of the specifications. Therefore， the addition of fine materials should be strictly controlled during the design process of RAP fine separation.

【Key words】：road engineering；recycled asphalt pavement；sup-20；fine separation of materials；road performance

近年來，我國公路建設飛速發展；與此同時，早期很多道路已步入維修養護期，翻修銑刨產生的大量瀝青混合料回收料（Reclaimed Asphalt Pavement，以下簡稱“RAP”）[1]處理成為難題。國內外眾多學者對RAP的應用展開了一系列研究。方磊[2]利用廠再生溫拌技術，進行再生SMA-16混合料路用性能研究和試驗路鋪筑，發現RAP摻量為30%時性能最佳；郭娟等[3]通過動態模量試驗，測定不同RAP摻量下瀝青混合料的動態流變性能，發現當RAP摻量為50%時，瀝青混合料的高溫性能和中低溫性能最佳；馬輝等[4]以江蘇宿淮鹽高速淮安大橋服役11年的SMA-13型RAP料為研究對象，得出可通過添加再生劑、減小RAP細粉料比例、控制RAP油石比偏差和降低新集料加熱溫度等方式來提高RAP料的摻量；仝佳等[5]通過添加生物油再生劑方式，提高再生混合料的內部黏結強度，從而達到提升RAP摻量目的。大多數學者改變RAP摻量主要通過整體替換比例方式，即40%的RAP摻量，粒徑0～3 mm、3～5 mm、5～10 mm等各檔位中RAP皆占40%，新集料占60%，對每檔RAP對瀝青混合料的影響研究較少，不能為RAP的應用提供針對性意見。

本文依托油石分離技術，利用物理碰撞方式將RAP分離為5檔料，選取70#道路石油瀝青為新加瀝青，在保證合成級配不變的前提下，采用分檔替換方式，探究不同檔位RAP對Sup-20瀝青混合料高溫穩定性、低溫抗裂性和水穩定性的影響。

1 原材料

1.1 RAP

RAP為江蘇某高速公路大中修銑刨料，采用油石分離技術將RAP分離為粒徑16～25 mm、10～16 mm、5～10 mm、3～5 mm、0～3 mm共5檔精分料。見表1。

路面服役期間，因荷載和溫度耦合作用，RAP瀝青結合料會有不同程度的老化，其技術性能與新瀝青存在較大差別，需對RAP舊瀝青的25 ℃針入度、軟化點、15 ℃延度及60 ℃動力黏度指標進行檢測[7]，以明確舊瀝青對熱再生混合料設計性能的影響。見表2。

根據JTGE 20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》用燃燒法測定各檔瀝青含量，用溶液萃取法檢測抽提后集料相關性質[8]。見表3。

1.2 瀝青

試驗所用瀝青為70#道路石油瀝青。見表4。

1.3 礦料

采用山東棗莊的石灰巖集料，包括粗集料1#粒徑16～25 mm、2#粒徑10～16 mm、3#粒徑5～10 mm、4#粒徑3～5 mm，細集料5#粒徑0～3 mm和礦粉，其檔位級配通過手動篩分方式保證和原RAP精分料級配一致，基本性能經檢測JTGE 20—2011滿足要求。

2 級配及最佳瀝青用量

2.1 合成級配設計

相較于馬歇爾設計方法，Superpave設計方法設計的瀝青混合料具有高溫穩定性好、抗車轍能力強等優點，常用于高等級公路的設計[9]；因此，采取Superpave設計方法對RAP精分料進行合成級配設計。見表5。

按照集料粒徑區分替換檔位，粒徑越大，替換檔位越大；即粒徑16～25 mm為替換最大檔位，0～3 mm為替換最小檔位。見表6。

2.2 最佳油石比確定

采用旋轉壓實儀對分檔替換的瀝青混合料進行旋轉壓實。相關研究表明[10]，空隙率為4%時所得到的油石比可作為Superpave方法設計的最佳油石比，測試出在最佳油石比下旋轉壓實試件的毛體積密度、空隙率、VMA等體積參數。見表7。

分檔替換的瀝青混合料最佳綜合油石比相差不大，皆在4.5％左右，說明分檔替換對瀝青的最佳綜合油石比影響不大，瀝青的油石比主要和瀝青混合料所選的結構相關[11]。標準設計壓實次數所得的旋轉壓實試件，礦料間隙率和瀝青填充率排序為：粒徑0～3 mm＞粒徑3～5 mm＞粒徑5～10 mm＞粒徑10～16 mm＞粒徑16～25 mm＞全RAP精分料，說明在RAP精分料中，新料替換的精分料檔位越大，礦料間隙率和瀝青填充率越小，瀝青填充效果越好，主要是因為RAP的檔位越小，其比表面積越大[12]，加之瀝青的影響，瀝青混合料的均勻性越差，導致新瀝青的填充效果較差。

3 路用性能驗證

Sup-20瀝青混合料常被用于瀝青路面的中、下面層，作為路面的主要受層，對溫度穩定性能和水穩定性要求較高[13]。為保證分檔替換下RAP精分料Sup-20具有良好的力學性能，需對其高溫穩定性、低溫抗裂性和水穩定性等進行驗證。以表5的合成級配為試驗目標級配，70#道路石油瀝青為新加瀝青，進行RAP精分料分檔替換Sup-20路用性能驗證，新加油石比按照表7試驗得到的最佳油石比進行添加。見表8。

在高溫穩定性方面，分檔替換的動穩定次數皆滿足規范要求且相差不大，說明檔位對RAP精分料的高溫穩定性影響不大。低溫抗裂性方面，最大彎拉應變排序為：粒徑0～3 mm＞粒徑3～5 mm＞粒徑5～10 mm＞粒徑10～16 mm＞粒徑16～25 mm＞全RAP精分料，說明在RAP精分料中，新料替換的檔位越小，混合料的低溫抗裂性能越好且6種設計的最大彎拉應變皆不滿足規范要求，主要是因為RAP精分料舊瀝青在荷載和溫度耦合作用下，抗裂性、抗水損害能力和耐疲勞性比基質瀝青均有所下降，導致低溫抗裂性不滿足要求。水穩定方面：浸水馬歇爾殘留穩定度和凍融劈裂殘留強度比排序為：粒徑0～3 mm＞粒徑3～5 mm＞粒徑5～10 mm＞粒徑10～16 mm＞粒徑16～25 mm＞全RAP精分料，說明在RAP精分料中，新料替換的檔位越小，混合料的水穩定性越好，主要是因為RAP精分料的檔位越小，其含有的舊瀝青的比例越大，最佳綜合油石比相差不大，即新加的瀝青越多，與石料的黏附性越好，混合料水穩定性越好。

4 結論

1）采用Superpave設計方法得旋轉壓實試件發現：不同檔位的RAP精分料替換后的混合料最佳綜合油石比相差不大，皆在4.5％左右；礦料間隙率和瀝青填充率排序為：粒徑0～3 mm＞粒徑3～5 mm＞粒徑5～10 mm＞粒徑10～16 mm＞粒徑16～25 mm＞全RAP精分料。

2）在高溫穩定性方面，不同檔位的RAP精分料替換后的混合料的動穩定次數相差不大；低溫抗裂性方面，最大彎拉應變排序為：粒徑0～3 mm＞粒徑3～5 mm＞粒徑5～10 mm＞粒徑10～16 mm＞粒徑16～25 mm＞全RAP精分料；水穩定方面，浸水馬歇爾殘留穩定度和凍融劈裂殘留強度比排序為：粒徑0～3 mm＞粒徑3～5 mm＞粒徑5～10 mm＞粒徑10～16 mm＞粒徑16～25 mm＞全RAP精分料。

3）RAP精分料分檔替換中，替換的檔位越小，低溫抗裂性和水穩定性方面性能越優；檔位替換對高溫穩定性影響不大。

參考文獻：

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收稿日期：2023-07-07

課題項目：連云港市重點研發計劃（社會發展）（SF2239）

作者簡介：侍壇濤（1984 - ）， 男， 學士， 江蘇連云港人， 工程師， 從事公路工程建設、養護、管理工作。

通訊作者：李家偉（1975 - ）， 男， 碩士， 江蘇連云港人， 研究員級高級工程師， 從事道路橋梁工程教學、研究、建設工作。