不同RAP含量的瀝青混合料力學性能研究

關鍵詞：再生瀝青路面（RAP）；瀝青混合料；力學性能；馬歇爾試驗；環境效益中圖分類號：U414.1 文獻標識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.03.016文章編號：1673-4874（2025）03-0056-04

0 引言

再生瀝青路面（ReclaimedAsphaltPavement，RAP）是指那些通過銑刨或拆除現有瀝青路面獲得的材料]。RAP材料主要由天然骨料（占 93%～97% ）和老化的瀝青結合料（占 3%～7% 組成。隨著全球環境保護意識的增強，RAP作為一種再生建筑材料在公路工程中的應用越來越受到關注[2-3]。利用RAP不僅可以節約自然資源、減少廢棄物堆積，還能降低工程成本，具有顯著的經濟和環境效益[4]

近年來，許多國家已廣泛采用RAP技術，并開展了大量研究，以評估不同RAP含量對瀝青混合料性能的影響。研究表明，含有一定比例RAP的瀝青混合料在某些性能上可以達到甚至超過全新材料的標準5。例如，一些研究發現，含有 30%～50%RAP 的瀝青混合料在穩定性、耐久性等方面表現良好，同時RAP的應用還可以有效減少溫室氣體排放，符合可持續發展的目標[。然而，RAP含量的增加也帶來了一些挑戰。高RAP含量的瀝青混合料可能會因為老化瀝青的影響而表現出較高的剛度和較低的延展性，這可能導致混合料在低溫下的抗裂性能下降。此外，RAP的回彈模量、永久變形以及水分敏感性等問題也需要進一步研究和優化。

為了系統地評價不同RAP含量的瀝青混合料力學性能，本研究選取了5種不同瀝青含量 （3.5%4%.4%.4.5% 、5% .5. 5% ）和3種不同RAP含量（ 25%.50%.75%） 的組合，配制了15種瀝青混合料。通過馬歇爾試驗測試并分析了這些混合料的穩定性、流動性、空隙率等力學性能，以確定其最佳瀝青含量（Optimum Asphalt Content， OAC） 。

本研究旨在為高含量RAP瀝青混合料的應用提供科學依據和技術支持，并探討其在實際工程中的可行性和潛在問題。研究結果不僅有助于優化RAP混合料的設計參數，還將為推進綠色道路建設提供有力的理論支持，為實現資源節約和環境友好型公路工程建設貢獻力量。

1材料和方法

1.1 研究背景

廣西地區氣候條件復雜多變，路面材料需要具備較高的耐久性和穩定性，以應對高溫高濕以及降雨等環境影響。試驗所用的天然骨料由供應商提供，而RAP材料則來自于已達到使用壽命的舊路面，通過專業設備進行銑刨和回收。試驗室按照國家標準配備了先進的試驗儀器，包括馬歇爾穩定性試驗儀、流量測定儀和空隙率分析設備。

1.2材料屬性

在整個試驗研究中，使用了兩種類型的集料：硬石骨料（即天然集料）和RAP集料，這兩種集料的典型特征列于表1。圖1展示了試驗集料的粒度分布范圍。本研究中，RAP在混合物中的使用比例為 0～75% ，其瀝青水泥的提取率為 4.83% 。所用的瀝青黏結劑滲透等級為60/70，其他基本性能按照相關標準進行了測試，詳見表2。

1.3馬歇爾穩定性試驗

根據相關規定，試驗中每種混合物的重量按其瀝青含量確定。加熱后的瀝青被加入攪拌機中，進行馬歇爾試樣的制備。試驗步驟：（1）按規定方法拌制瀝青混合料，用擊實儀在標準擊實功下成型圓柱體試件（雙面擊實75次或50次），測量試件直徑、高度、質量，計算密度和空隙率；（2）將試件放入恒溫水槽中，保溫 30～40min 溫度60 'C±1'C ）；（3）將試件置于馬歇爾試驗儀的壓頭之間，啟動加載裝置，以50mm/min的速率加載，記錄試件破壞時的最大荷載（穩定度 MS 和對應的變形量（流值 FL） “（4）每組試驗至少制備3個試件，取平均值作為試驗結果。

2 結果和討論

2.1試驗結果

按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTGE20一2011）規范的規定，馬歇爾混合設計采用最佳瀝青含量確定法獲得最佳瀝青含量（ OAC） ，評價了混合料的性質，包括混合料的流動性、集料空隙率（VMA）和瀝青飽和度（VFA）。結果如表3至表6所示。

2.2馬歇爾穩定度分析

圖2顯示了不同RAP含量對瀝青混合料穩定度的影響。隨著RAP含量的增加，混合料的穩定度顯著改善，這主要歸因于RAP中老化瀝青的硬度和黏結性增強了混合料的結構強度和抗變形能力。在瀝青含量為 4% 的情況下，當RAP含量為 25% 時，混合料的馬歇爾穩定度為9.23KN;當RAP含量為 50% 時，穩定度為12.91KN;當RAP含量增加至 75% 時，穩定度達到最大值15.11KN，表明高含量RAP顯著提高了承載能力。這可能是由于RAP中的硬化瀝青提供了更高的黏結力和抗剪強度，同時增加了內部摩擦力。在瀝青含量為 4% 時， 75% RAP混合料的穩定度最高，表明在特定RAP和瀝青含量下，混合料的綜合性能最優。盡管增加RAP含量能提高穩定性，但過高的RAP可能影響混合料的工作性和耐久性，因此需平衡RAP含量和綜合性能。適量使用RAP不僅減少廢棄瀝青處理成本和環境污染，還能降低新材料使用量，實現資源循環利用。總之，RAP含量增加對混合料的馬歇爾穩定度具有積極影響，尤其在高含量條件下效果顯著。

2.3 流動性分析

圖3顯示了不同RAP含量瀝青混合料的流值變化情況。隨著RAP含量增加，流值逐漸減少，表明RAP的加入增強了混合料的抗變形能力。流值反映了混合料在荷載下的變形程度，較低的流值意味著抗變形能力較強。在瀝青含量為 4% 情況下，RAP含量分別為 25% 、50% 和 75% 時，流值分別為 3.54mm.2. 58 mm和2.62mm，顯示了高含量RAP對流動性的改善效果。然而，流值超過規范下限（ 2（mm） 或上限 （4mm） 時，穩定性可能不佳。流值過低 （lt;2mm 意味著混合料過于剛性，易裂；流量值過高 （gt;4mm 表明混合料過于柔軟，易變形。理想的流值在 2～4mm 。RAP含量為 50% 和 75% 的混合料流值均在理想范圍內，表明混合料具有良好的抗變形能力和適宜的柔韌性。總之，適量增加RAP含量可以改善流動性，提高抗變形能力，同時保持適宜的柔韌性，滿足道路工程需求。

2.4空隙率和密實度分析

各組混合料的空隙率、VMA及VFA隨RAP含量的變化情況分別如圖4、圖5、圖6所示。

由圖4可知，隨著RAP含量的增加，混合料的空隙率逐漸降低。這一現象主要是由于RAP中的老化瀝青具有較高的黏度和硬度，使得混合料中的骨料顆粒能夠更加緊密地結合在一起，從而減少了空隙率。在瀝青含量為 4% 情況下，當RAP含量為 25% 時，空隙率為6.39% ；當RAP含量增加到 75% 時，空隙率降至 3.88% 。這種降低趨勢表明RAP的加入有助于提高混合料的密實度，增強其結構穩定性和耐久性。

由圖5可知，隨著RAP含量的增加，VMA呈現出先升高后趨于穩定的趨勢。在瀝青含量為 4% 情況下，當RAP含量為 25% 時，VMA為 21.39% ；當RAP含量增加到 75% 時，VMA達到 21.91% 。這種現象可能是由于RAP中含有的老化瀝青增加了混合料中細小骨料的比例，從而提高了 VMA 。

由圖6可知，隨著RAP含量的增加， VFA 逐漸升高，這主要是由于老化瀝青的高黏度使得瀝青在混合料中能夠更好地填充骨料之間的空隙，從而提高了 WFA 。在瀝青含量為 4% 情況下，當RAP含量為 25% 時， VFA 為70. 15% ，而當RAP含量增加到 75% 時，VFA升至82. 30% 。這一結果表明，RAP的加入不僅增加了混合料的密實度，還提高了瀝青的填充能力，進一步增強了混合料的耐久性和結構穩定性。

綜上所述，隨著RAP含量的增加，混合料的空隙率逐漸降低，VMA先升高后趨于穩定，而VFA則顯著增加。這些變化說明RAP的加入能夠有效提高混合料的密實度和結構穩定性，同時改善其抗裂性和耐久性。這為在道路工程中應用RAP提供了有力的數據支持和理論依據，有助于實現道路建設的可持續發展和資源的循環利用。

2.5單位重量及 OAC 分析

圖7顯示了瀝青混合料單位重量隨RAP含量的變化情況。由圖7可知，隨著RAP含量的增加，單位重量逐漸降低。這是因為RAP中的骨料和老化瀝青相對于新瀝青和骨料具有更低的密度，從而導致混合料的整體密度下降。

在馬歇爾試驗中，通常先通過繪制“穩定度-瀝青含量\"空隙率-瀝青含量\"“單位重量-瀝青含量\"等關系曲線來找出關鍵瀝青含量，然后將其取平均值，若三者差異不大且均滿足其他指標（如流值為 2～4mm 、VFA為65%～75% 等），即可將該平均值定為 OAC ；若某個含量偏離較大或者不滿足規范要求，則需進一步微調，以兼顧研究針對RAP含量分別為 0.25% 、 50% 、 75% 的四種混合料，在 3.5%.4.0%.4.5%.5.0%.5. 5% 五個瀝青含量水平下進行馬歇爾試驗后，得到各自的 OAC ，如表7所示。

結合表7及相應圖表結果可知，隨著RAP含量的提高， OAC 呈明顯下降趨勢。這是因為RAP中老化瀝青黏度與硬度較高，能在較低的新瀝青用量下依然維持較好的黏結性能與強度，故可減少對新瀝青的需求。最終確定的OAC不僅要滿足穩定度、空隙率、VFA等指標要求，還需兼顧流值為 12～4mm 的要求，以保證混合料既具備充分的抗變形能力，并具有必要的柔韌性和耐久性。

由此可見，高RAP含量在瀝青混合料中有助于減少新瀝青消耗，實現資源循環利用和經濟、環境效益的多重提升。

2.6環境和經濟效益分析

通過使用RAP，可以顯著減少瀝青混合料的生產成本和環境污染，同時提高路面的耐久性和抗裂性。使用RAP降低了對新材料的需求，尤其是新瀝青和骨料的使用量，從而減少了采購和運輸成本以及廢棄材料的處理成本。環保方面，RAP的回收利用減少了溫室氣體和其他污染物的排放，避免了廢棄物對土壤和地下水的污染。

此外，RAP中老化瀝青和骨料的硬度和黏結力增強了混合料的結構強度和抗變形能力，延長了道路的使用壽命并降低了維護成本。使用RAP還有效減少了對天然資源的依賴，保護了生態系統，進一步降低了溫室氣體的排放。因此，RAP在經濟和環境方面均具有顯著的效益，符合可持續發展的理念。

3結語

本研究評估了不同RAP含量對瀝青混合料性能的影響。試驗結果表明，隨著RAP含量的增加，瀝青混合料的馬歇爾穩定度顯著提高。當RAP含量達到 75% 時，混合料的穩定度達到最大值15.11KN，顯示出RAP對混合料抗變形能力的增強。此外，流動性分析表明，RAP的加入改善了混合料的流動性，流值在 2～4mm 的理想范圍內，顯示出良好的抗變形能力和柔韌性。

空隙率和密實度分析顯示，隨著RAP含量的增加，混合料的空隙率逐漸降低，而VMA和VFA則有所增加。這些變化表明RAP的加入提高了混合料的密實度和結構穩定性。同時， OAC 分析顯示，隨著RAP含量的增加，OAC逐漸降低，這不僅節約了瀝青資源，還提升了混合料的力學性能和耐久性。

綜合以上分析，RAP的使用不僅提高了瀝青混合料的力學性能，還帶來了顯著的經濟和環境效益，包括降低生產成本和減少環境污染。總之，適量使用RAP在道路建設中具有巨大的應用潛力，能夠實現資源的循環利用和道路建設的可持續發展。 ⑦

參考文獻

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