不同摻量RAP精分料廠拌熱再生SMA-13瀝青混合料配合比設計及驗證

【摘" " 要】：為了驗證高摻量瀝青混合料回收料（RAP）精分料應用于道路上面層的可行性，采用分層銑刨方式，將原SMA-13瀝青混合料路面銑刨料單獨存儲，利用二代精細分離設備，將RAP精分為滿足工程需要的檔位集料，進行30%、40%、50%RAP精分料廠拌熱再生SMA-13瀝青混合料配合比設計，通過車轍試驗、兩點小梁彎曲試驗、凍融劈裂試驗和浸水馬歇爾試驗檢驗其高溫穩定性、低溫抗裂性和水穩定性。結果發現：不同RAP摻量的再生瀝青混合料最佳綜合油石比不變；隨著RAP摻量增加，所需新瀝青量逐漸減少，混合料穩定度和低溫抗裂性逐漸變小，流值、肯塔堡飛散損失和高溫穩定性逐漸變大；50%RAP精分料摻量下再生SMA-13瀝青混合料路用性能滿足規范指標要求。

【關鍵詞】：道路工程；RAP精分料；廠拌熱再生；瀝青混合料

【中圖分類號】：U414 【文獻標志碼】：A 【文章編號】：1008-3197（2024）02-45-04

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2024.02.012

Design and Verification of SMA-13 Mix Proportion for Plant Mix Hot Recycling of RAP Fine Separation Materials with Different Dosages

YUAN Wen1， TANG Hongkun1， ZHANG Guangjuan1， GAO Fei 2，3， LI Shuo 2，3，LI Linfeng3， FENG Zhihu 2，LIU Hangsheng2， LI Jiawei 2*

（1. Lianyungang Highway Development Center， Lianyungang， 222299， China；2. School of Civil Engineering and Harbor Engineering，

Jiangsu Ocean University， Lianyungang， 222005， China；3. Lianyungang Science and Technology Innovation Engineering Quality Testing Co. Ltd.， Lianyungang 222000， China）

【Abstract】：In order to verify the feasibility of applying high content bituminous mixture（RAP） fine separation material to the upper layer of roads， a layered milling method was adopted. The original SMA-13 pavement milling material was stored separately， and the second generation fine separation equipment was used to divide the RAP fine separation material into grade aggregates that meet the engineering needs. The 30%， 40%， and 50% RAP fine separation material plant mixed hot recycled SMA-13 bituminous mixturemix design was carried out through rutting tests， two-point small beam bending tests the freeze-thaw splitting test and immersion Marshall test have tested its high-temperature stability， low-temperature cracking resistance， and water stability. The results showed that the optimal comprehensive oil stone ratio of recycled asphalt mixtures with different RAP dosages remained unchanged， as the RAP content increases， the required amount of new asphalt gradually decreases， the stability and low-temperature crack resistance of the mixture gradually decrease， and the flow value， Kentucky scattering loss， and high-temperature stability gradually increase， the road performance of regenerated SMA-13 bituminous mixture with a 50% RAP fine aggregate content meets the requirements of the specifications.

【Key words】：road engineering; RAP fine separation; plant mixed hot regeneration; bituminous mixture

在交通荷載、環境等因素作用下，瀝青路面的使用功能會有不同程度下降[1]。經過長時間使用，伴隨著瀝青老化，部分路面出現了車轍、沉陷、擁包等病害，常見的處治方案為銑刨后再鋪裝瀝青混合料，這會產生大量的瀝青混合料回收料（reclaimed asphalt pavement，以下簡稱RAP）[2]。早期我國對銑刨的RAP并未進行有效利用，導致大量的土地資源被占據，同時堆積的RAP對周圍環境也造成了污染[3]。隨著，國家對節能減排和循環材料的重視，RAP作為交通行業日趨重要的循環利用材料，得到了越來越多的應用。廠拌熱再生因其可靠的施工質量作為最常見的再生技術，已在很多工程中取得了良好效果[4]；由于目前生產設備的限制，雖然對高摻量RAP廠拌熱再生的研究很多，但用于高層位的工程較少，尤其是在上面層SMA-13瀝青混合料中應用較大，混合料質量不好把控[5]。本文依托二代精細分離設備，通過物理分離方法，獲得滿足工程需要的銑刨料（簡稱精分料），進行30%、40%、50%RAP精分料SMA-13瀝青混合料配合比設計，從高溫穩定性、低溫抗裂性和水穩定性驗證其路用性能，驗證高摻量RAP精分料應用于上面層的可行性。

1 材料

1.1 RAP

設計采用的RAP為江蘇某高速公路銑刨料，為控制變異性，保證RAP性能的穩定，采用分層銑刨方式，將原SAM-13瀝青混合料上面層銑刨料單獨堆放。利用油石分離技術，通過物理碰撞方式，將銑刨料破碎篩分為10～16、5～10、3～5、0～3 mm4檔精分料。SMA-13瀝青混合料的公稱最大粒徑為13.2 mm，設計選取5～10、3～5、0～3 mm3檔精分料，按照JTGT 5521—2019《公路瀝青路面再生技術規范》要求檢測舊瀝青相關性能。見表1。

精分料各檔舊瀝青的針入度滿足JTGT 5521—2019要求，舊瀝青含量隨著精分料集料檔位的減小而增加。配合比設計時，還需對RAP級配進行測定，本文以三氯乙烯為溶劑，檢測抽提后各檔精分料的級配見表2。

1.2 礦料

新料中粗集料為內蒙古赤峰玄武巖，細集料為山東石灰巖，填料選用石灰巖礦粉。按照JTGF 40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》檢測，集料相關性質滿足要求。礦料級配篩分試驗結果見表3。

1.3 瀝青

試驗所用瀝青為江蘇路得瀝環保材料有限公司生產的SBS改性瀝青，按照JTGE 20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》檢測基本性能指標。見表4。

1.4 纖維

試驗所用纖維為江蘇射陽絲鼎纖維制造有限公司生產的松散絮狀木質纖維。根據文獻[6]，選取木質素纖維最佳摻入量為瀝青混合料總量的0.5%，按照JTT 533—2020《瀝青路面用纖維》檢測相關指標。見表5。

2 配合比設計

2.1 合成級配設計

工程實踐中發現，為防止RAP二次老化，需要控制加熱溫度，但要保證瀝青混合料整體的出料溫度，因此RAP摻量一般不超過50%[7]。本文選取RAP摻量為30%、40%、50%。見表6和表7。

2.2 最佳油石比確定

廠拌熱再生瀝青混合料的最佳油石比確定流程與普通熱拌混合料基本相同，但需考慮RAP中的舊瀝青含量。根據工程經驗，普通熱拌SMA-13瀝青混合料油石比約為6%[8]；考慮RAP中舊瀝青老化嚴重，針入度變小、軟化點變高、黏度變大等性質，同時保證瀝青混合料的瀝青薄膜厚度，選取6.0%、6.2%、6.4%3組綜合油石比進行混合料的制備。

空隙率是瀝青混合料重要的指標。空隙率過小，會使路面泛油，造成安全隱患；空隙率過大，使得水分更易侵入混合料中，導致路面結構性和耐久性變差[9]。根據文獻[7]，SMA-13瀝青混合料最佳油石比條件下空隙率為4%即可；因此，按照JTGE 20—2011對選定級配進行馬歇爾試驗，雙面擊實各75次，設計瀝青混合料的理論最大密度采用公式法進行合成。對選取的3組綜合油石比的不同RAP摻量下瀝青混合料空隙率進行檢測。見表8。

30% 、40%、50%RAP摻量的再生瀝青混合料最佳綜合油石比均為6.2%。隨著RAP摻量的增加，最佳新加油石比逐漸減少，這主要是由于在瀝青混合料中RAP舊瀝青替換了一部分新瀝青用量，RAP的摻量越高，替換新瀝青越多。

2.3 技術指標和體積參數驗證

在上述確定的最佳油石比下，按照JTGE 20—2011對混合料的穩定度、流值、礦料間隙率和瀝青飽和度等指標進行檢測。見表9。

再生瀝青混合料的性能皆滿足規范指標要求。隨著RAP摻量的增加，混合料穩定度逐漸變小，流值和肯塔堡飛散損失逐漸變大；這主要是由于在瀝青混合料中，相較于新瀝青，RAP舊瀝青的瀝青質和膠質比重上升，導致舊瀝青表現為偏硬、偏脆。

3 再生瀝青混合料路用性能研究

瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）因具有良好的抗車轍性能和抗滑性能被廣泛應用于路面面層。面層是影響道路品質最直觀、最主要的因素[10]；為保證SMA-13瀝青混合料具有良好的路用性能，需對再生瀝青混合料的高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩定性等進行驗證。見表10。

再生瀝青混合料的路用性能皆滿足規范指標要求。隨著RAP摻量的增加，混合料動穩定度逐漸變大，最大彎拉應變逐漸變小；這主要是由于RAP摻量增加，瀝青混合料的膠結材料中舊瀝青的比重也隨之上升，瀝青老化，軟化點越大、黏度越大、針入度越小，瀝青表現的就越硬、越黏、越脆。浸水馬歇爾殘留穩定度和凍融劈裂殘留強度比變化不大，說明RAP摻量的變化，對再生瀝青混合料的水穩定性影響不大。

4 結論

1）不同RAP摻量的再生瀝青混合料最佳綜合油石比均為6.2%。隨著RAP摻量的增加，需新瀝青量逐漸減少。

2）不同RAP摻量的再生瀝青混合料性能皆滿足規范指標要求。隨著RAP摻量的增加，混合料穩定度逐漸變小，流值和肯塔堡飛散損失逐漸變大。

3）再生SMA瀝青混合料的高溫穩定性隨RAP摻量的增加而提高，低溫抗裂性隨RAP摻量的增加而降低。50%RAP摻量下再生SMA混合料路用性能滿足規范指標要求，因此接下來的研究可進一步提高RAP精分料在SMA混合料中的摻量。

參考文獻：

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[10]司特，羅永巍，鐘盛燃，等.成樂高速公路擴容項目SMA-13上面層施工質量控制研究[J].西部交通科技，2022，（8）：99-101.

基金名稱：連云港市重點研發計劃（SF2239）；江蘇海洋大學研究生科研與實踐創新計劃項目（KYCX2022-76）

作者簡介：袁文（1989 - ）， 男， 學士， 山東平原縣人， 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， 四川興文縣人， 研究員級高級工程師， 研究方向為道路橋梁工程教學、研究、建設。