公路瀝青路面熱再生試驗檢測探討

沈凱雷

（浙江交工交通科技發展有限公司，杭州 310000）

1 公路瀝青路面熱再生試驗檢測的意義

公路瀝青路面熱再生試驗的開展，可以根據路面性能要求，科學補充廢舊瀝青混合料中缺失的瀝青，確保再生瀝青路面水穩定性、高溫穩定性均達到規范要求。特別是熱再生試驗中添加再生劑的路用性能試驗操作，可以確定最佳再生劑用量，解決因加熱攪拌而引發的瀝青二次老化問題，進一步增強再生瀝青路面中瀝青質、膠質與黏度，提高瀝青路面性能[1]。

2 公路瀝青路面熱再生試驗檢測主要內容

2.1 熱再生瀝青摻量試驗

熱再生瀝青摻量試驗主要是評價不同舊瀝青摻量下的再生瀝青混合料感溫性能、高溫穩定性能及低溫抗裂性能[2]。其中，再生瀝青感溫性能反映瀝青隨溫度的變化程度，與瀝青黏度、針入度具有較大關系。針入度指數的決定因素是溫度變化，溫度區間通常為5~30 ℃，一般再生瀝青針入度指數大于老化瀝青與90 號瀝青。再生瀝青高溫性能指夏季高溫環境下瀝青路面抵抗變形保持一定性能的能力。一般將瀝青針入度為800（0.1 mm）時的溫度作為當量軟化點，進行再生瀝青高溫穩定性能的評價，彌補瀝青軟化點滯后于水溫情況下內部蠟溶解吸收的熱量。瀝青低溫抗裂性能主要根據當量軟化點原理，設定瀝青當量脆點為瀝青針入度為1.2（0.1 mm）時的溫度，規避以往瀝青低溫性能評價重復性差、降溫條件差異大問題。

2.2 再生瀝青混合料級配試驗

根據JTG E42—2005《公路工程集料試驗規程》中集料篩分試驗、礦料性能的檢測方法，我國公路瀝青路面混合料級配需要先明確多種礦料級配與最大密度的關系，再確定各種礦料的摻量。但再生瀝青混合料內的舊料集料細化引發粗集料、細集料分別呈現減少、增加趨勢，以往級配試驗方法無法適用。此時，可以改用級配合成方法中的正規方程法+最大密度曲線理論（或貝雷法），對確定的再生瀝青混合料礦料級配進行檢驗。其中正規方程法的計算公式為：

式中，Pij為集料i在篩孔尺寸為j時的通過率，%；Xi為各集料在再生瀝青混合料中的用量，%；Mj為礦料級配中值，%[3]。

將已有數值代入式（1），可以確定礦料基本比例。如在舊料摻量為20%時，再生瀝青混合料合理級配分別為（10～20 mm）100%，（5～10 mm）100%，（0～5 mm）100%，礦粉100%，合成級配100%。在這個基礎上，按照一定粒徑大小配合規律，依據空隙最小、密度最大的原則，排列礦料，檢測最大密度曲線各孔徑與通過率是否滿足集料級配上下限要求。評價方法為：

式中，Pi為各礦料孔徑粒徑通過率，%；n為冪指數，在n=0.45時，再生瀝青混合料密度最大，空隙率最小；di為各孔徑粒徑，mm；D為固體顆粒混合料的最大粒徑，mm。

級配上限為n=0.3 時各孔徑粒徑通過率，級配下限為n=0.7 時各孔徑粒徑通過率。根據式（2）可以確定不同舊料產量下各孔徑粒徑通過率以及最適宜合成級配。

2.3 添加再生劑的路用性能試驗

2.3.1 高溫穩定性

再生劑添加下的公路路面高溫穩定性表現為高溫環境下再生瀝青路面抵御移動荷載的強度、剛度。根據JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》中的車轍試驗方法，需要先將不同再生劑添加量下的再生瀝青混合料分別碾壓成長300 mm、寬300 mm、厚50 mm 的車轍試件，再測定其在60 ℃時的動穩定度。動穩定度與碾壓前后變形量、往返碾壓速度關系密切，計算公式如下：

式中，DS 為動穩定度，次/mm；t2為碾壓后時刻；t1為碾壓前時刻；N為往返碾壓速度，42 次/mm；d2為碾壓后變形量，mm；d1為碾壓前變形量，mm；C1、C2均為系數，對應數值均為1。

2.3.2 水穩定性

添加再生劑后的公路路面水穩性能主要表現為再生瀝青混合料抵御不同狀態下水分子對瀝青混合料侵蝕的能力，直接決定再生瀝青路面運行年限[4]。根據JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》中馬歇爾穩定度（浸水）試驗方法，需要先將不同再生劑添加量下的再生瀝青混合料分別制備成直徑（101.6±0.2）mm、高（63.5±1.3）mm 的標準馬歇爾試件，計算浸水殘留穩定度，浸水殘留穩定度為浸水48 h 穩定度與設計穩定度的比值。

3 公路瀝青路面熱再生試驗檢測的工程案例分析

3.1 工程概況

某公路為一級公路，設計速度為100 km/h。公路位于浙江地區，對路面高溫穩定性、浸水穩定性具有較高要求。公路為整體式路基，路基寬度為25.0 m，最大縱坡5.5%，最小坡長200 m。公路擬選用路面結構為4 cm 瀝青混合料AC13（細粒式瀝青混凝土）+6 cm 瀝青混合料AC20（廠拌熱再生中粒式新瀝青混凝土）+8 cm 瀝青混合料AC25（廠拌熱再生粗粒式新瀝青混凝土）。

3.2 舊瀝青摻量試驗

為確定最佳舊瀝青摻和量，根據工程情況，抽提銑刨料，在旋轉蒸發器內回收老化瀝青。按照不同比例摻入原道路石油瀝青，進行針入度、延度、軟化點試驗，得出結果見表1。

表1 舊瀝青摻量試驗結果

由表1 可知，在舊瀝青摻加量在0%~50%的變化過程中，再生瀝青混合料針入度測定值先增加后減小，在舊瀝青摻加量達到20%時的再生瀝青混合料針入度最大，為90（0.1 mm）。而在舊瀝青摻加量超出40%時，再生瀝青混合料的針入度無法達到技術要求。在舊瀝青摻加量超出30%時，再生瀝青混合料延度指標顯著下降，無法滿足案例中公路瀝青的使用標準。不同舊料摻加量下的再生瀝青混合料軟化點均達到技術要求[5]。

3.3 再生劑添加量變化下的瀝青路面性能

在破碎廢舊瀝青混合料烘干到恒定重量后，將已稱量的熱拌再生劑RA25 添加到烘箱內，調整烘箱溫度為90 ℃，預熱20 min。進而在90 ℃熱拌和鍋內放入廢舊瀝青混合料、預熱完畢的RA25 再生劑，拌和1.5 min 后，獲得再生瀝青混合料。在室內放置48 h 及以上后，利用馬歇爾穩定度（浸水）試驗方法，分別加熱再生劑摻加量為0%、0.5%、1.5%、2.0%時的再生瀝青混合料到135 ℃，獲得標準馬歇爾試件，進行再生瀝青路面性能檢測[6]。得出結果中，再生劑摻量為0 時，瀝青含量為3.42%，浸水殘留穩定度為68.9%，殘留穩定度要求為≥80%。60 ℃下高溫穩定性中45 min 變形量、60 min 變形量、動穩定度分別為2.72 mm、2.88 mm、3 938 次/mm，高溫穩定性技術要求為＞1 000 次/mm。

再生劑摻量為0.5%時，瀝青含量為4.35%，浸水殘留穩定度為85.2%，殘留穩定度要求為≥80%。60 ℃下高溫穩定性中45 min 變形量、60 min 變形量、動穩定度分別為3.52 mm、3.72 mm、3 375 次/mm，高溫穩定性技術要求為＞1000 次/mm。

再生劑摻量為1.5%時，瀝青含量為5.00%，浸水殘留穩定度為92.3%，殘留穩定度要求為≥80%。60 ℃下高溫穩定性中45 min 變形量、60 min 變形量、動穩定度分別為5.38 mm、6.20 mm、768 次/mm，高溫穩定性技術要求為＞1 000 次/mm。

再生劑摻量為2.0%時，瀝青含量為5.50%，浸水殘留穩定度為89.5%，殘留穩定度要求為≥80%。60 ℃下高溫穩定性中45 min 變形量、60 min 變形量、動穩定度分別為6.58 mm、7.51 mm、677 次/mm，高溫穩定性技術要求為＞1 000 次/mm。

綜合上述試驗結果可知，RA25 再生劑摻入量在0%~2.0%變化過程中，再生瀝青路面浸水殘留穩定度先增加后減小，RA25 再生劑摻量達到5.00%時，瀝青路面浸水殘留穩定度達到最高，滿足殘留穩定度要求。同時，分析60 ℃下不同再生劑RA25 摻量時的再生瀝青路面高溫穩定性，得出在RA25 再生劑摻入量由0%上升到2.0%的過程中，再生瀝青路面高溫穩定性不斷下降，動穩定性最高為3 938 次/mm，達到規范要求。綜合考慮高溫動穩定性與浸水殘留穩定度，可以設定再生劑RA25 摻量為0.5%。

3.4 再生瀝青混合料級配

在再生瀝青混合料中，舊料摻加量為20%、再生劑RA25摻加量為0.5%的情況下，根據數解級配合成方法中的正規方程法+最大密度曲線理論，結合式（1）和式（2），檢測再生瀝青混合料級配，得出結果：集料10～15 mm 時，16 mm 孔通過百分率為100%，13.2 mm 孔通過百分率為66.50%，9.5 mm 孔通過百分率為14.75%，4.75 mm 孔通過百分率為0.53%，2.36 mm孔通過百分率為0.48%，1.18mm 孔通過百分率為0.46%，0.60 mm孔通過百分率為0.45%，0.30mm 孔通過百分率為0.44%，0.15 mm孔通過百分率為0.43%，0.075 mm 孔通過百分率為0.43%。

規范要求中值、上限、下限均為100%；集料5～10 mm 時，16 mm 孔通過百分率為100%，13.2 mm 孔通過百分率為96.88%，9.5 mm 孔通過百分率為3%，4.75 mm 孔通過百分率為0.65%，2.36 mm 孔通過百分率為0.56%，1.18 mm 孔通過百分率為0.54%，0.60 mm 孔通過百分率為0.51%，0.30 mm 孔通過百分率為0.48%，0.15 mm 孔通過百分率為0.46%，0.075 mm孔通過百分率為0.39%；規范要求中值、上限、下限分別為95%、100%、100%。

從舊料摻加下的再生瀝青混合料級配可得出，在舊料摻加調整再生瀝青混合料級配過程中，新添加粗集料逐漸朝著低水平發展，極易對再生瀝青混合料高溫性能造成負面影響[7]。但20%舊料摻加下的瀝青混合料均在設計最大密度上限、下限內，滿足公路施工要求。

4 結語

綜上所述，廢舊瀝青路面的再生利用降低了公路瀝青路面施工維修成本，實現了瀝青與礦料資源的循環利用，經濟效益、環保效益較為突出。因此，試驗檢測人員可以根據公路瀝青路面熱再生過程，科學策劃、實施路面熱再生試驗檢測方案。根據試驗檢測中得出的高溫穩定性、水穩定性結果，確定最佳舊料摻量，為公路瀝青路面熱再生技術的應用提供充足參考。