RAP对沥青混合料性能影响分析

    包铭翮　何九洲

    

    

    

    摘 要：结合旧沥青路面厂拌热再生项目，通过确定旧料的掺配比例，对掺加30%RAP的再生沥青混合料和普通沥青混合料分别进行配合比设计，并着重分析两种沥青混合料的路用性能，通过对比研究发现再生沥青混合料能够满足体积指标，力学性能及各项性能指标，在相同的条件下，掺加RAP的再生混合料的各项性能优于未掺加RAP的普通沥青混合料，沥青路面再生技术可以大面积推广。

    关键词：再生沥青混合料 路用性能 掺配比例 配合比设计

    引言

    沥青路面在使用过程中，在行车荷载和气候因素的作用下，沥青会发生老化，从而导致粘结性严重降低，集料会发生破碎，从而导致级配严重破坏，因而沥青路面在长期的运营过程中会产生裂缝、水损坏及车辙等路面病害使其性能降低。因此，沥青路面在使用过程必须定期对其进行养护及改造，当病害较轻时，可以使用罩面，微表处等处理方式，当病害较重时，通常的做法是将旧沥青路面铣刨，再在上面重新铺筑沥青混合料，但铣刨出来的RAP（回收的沥青路面材料），如果没有利用好就会造成巨大的浪费，并且会造成环境污染。

    每年养护工程中都将产生大量的RAP料，如何有效的利用这些旧料是我们面临的迫切问题。目前热再生技术能够有效的解决这些问题，减少沥青和砂石材料等资源的开采与能源消耗，解决了废料弃放和污染问题，有利于保护环境，降低碳排放，保证沥青路面的使用性能。本文结合旧沥青路面厂拌热再生项目，通过大量的试验，着重对掺加RAP的再生沥青混合料和普通沥青混合料的性能进行对比分析，研究两种沥青混合料性能的差异，为今后再生技术在养护工程中的大规模应用提供技术参考。

    配合比设计

    1、RAP料的预处理

    由于RAP料的来源较为复杂，不能直接加入到混合料中进行拌合，需要对其进行预处理。在生产中，采用破碎设备和筛分设备对其进行破碎和筛分，现场剔除13.2mm粒径以上的RAP颗粒，并将铣刨下来的RAP料分为0～4.75mm和4.75～13.2mm两档，以进行再生沥青混合料的配合比设计。

    2、RAP料掺配试验

    再生沥青混合料配合比设计的关键就是确定旧料的掺配比例，RAP掺量不仅影响路面的使用性能而且对环保性和经济性都有影响。本次配合比设计中主要通过快速抽提及旋转蒸发法回收旧沥青，将旧沥青与新沥青按照不同的掺配比例进行沥青的三大指标试验，根据试验结果综合考虑最终确定RAP料的掺配比例。

    通过试验发现，旧料：新料=20：80及30：70掺配比例的针入度、软化点及延度均满足90#道路石油沥青，综合考虑各方面的因素，最终选择旧料的掺配比率为30%。

    3、两种沥青混合料的配合比设计

    普通沥青混合料和掺30%再生沥青混合料的配合比设计都采用马歇尔设计法，采用规划求解法确定各档料的掺配比例，再通过马歇尔试验确定最佳油石比，都掺加90#新沥青，进行级配设计时尽量保证级配曲线大致相近并且都靠近中值，避免级配差异对沥青混合料性能的影响。两种沥青混合料的累计通过率见表1，级配曲线见图1，马歇尔指标见表2。

    性能研究

    通过大量的室内试验，对比研究两种沥青混合料的高温性能、水稳定性、抵抗变形性能及疲劳性能，比较两者的性能差异。

    1、高温稳定性

    沥青混合料的高温稳定性通过车辙试验来评价，分别对普通沥青混合料和再生沥青混合料按设计的级配和最佳油石比按规范规定的方法制作并成型试件，通过测得的动稳定度对比分析来研究再生沥青混合料的高温性能。车辙试验结果见表4。

    试验结果表明再生沥青混合料具有更好的抵抗车辙永久变形能力，进而表明再生沥青混合料的高温稳定性能要优于未掺加RAP的普通沥青混合料，这主要是因为RAP中旧沥青老化后，软化点升高，粘度增大，劲度提高，从而增强了再生沥青混合料的抗车辙能力。因此，掺加RAP有利于提高沥青混合料的高温稳定性。

    2、水稳定性

    沥青混合料的水稳定性通过马歇尔残留稳定度和冻融劈裂试验来评价，分别对普通沥青混合料和再生沥青混合料按设计的级配和最佳油石比按规范规定的方法制作并成型试件，通过测得的残留稳定度和冻融劈裂强度来研究再生沥青混合料的水稳定性。

    试验结果表明掺加30%RAP的再生沥青混合料的马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强度要高于普通沥青混合料，进而证明再生沥青混合料具有更好的抵抗水损坏的能力，这主要是因为再生沥青混合料具有更高的粘度，确保了沥青面层和基层更强的粘结性从而避免沥青面层的剥落。

    3、抵抗变形性能

    沥青混合料的抵抗变形性能通过动态蠕变试验来评价，对两种沥青混合料分别进行动态蠕变试验，研究两种沥青混合料在35℃和45℃温度条件下，在持续轴向应力作用下抵抗变形的性能。

    试验结果表明掺加30%RAP的再生沥青混合料在35℃和45℃的试验条件下，经过10000个周期的永久累计变形要比普通沥青混合料的小，从而表明再生沥青混合料具有更好的抵抗永久变形的能力，这主要是因为RAP中硬化的沥青具有更高的粘度。

    4、疲劳性能

    沥青混合料的疲劳性能是一项十分重要的技术指标，主要是因为沥青路面的大多数病害是由沥青混合料的疲劳性能引起的，沥青路面的疲劳开裂不仅仅是材料问题而是结构性问题，沥青混合料的疲劳性能通过梁体疲劳试验来评价，对两种沥青混合料按规范规定成型梁体试件，对试件进行重复弯曲试验，研究两种混合料的疲劳性能。

    试验结果表明掺加RAP后沥青混合料的疲劳寿命有所提高，再生沥青混合料的疲劳寿命要比未掺加RAP的普通沥青混合料高60%，进一步证实了再生混合料可以提高路面的耐久性。

    5、回弹模量试验

    沥青混合料的弹性模量通过回弹模量试验来评价，对两种沥青混合料分别在25℃、35℃、45℃温度条件下进行回弹模量试验，分析两种沥青混合料的回弹模量。

    试验结果表明掺加RAP的再生沥青混合料的回弹模量值更高，这主要是因为再生沥青混合料中RAP粘结剂的刚度比普通沥青混合料的高，从而使得再生沥青混合料具有更大的刚度。

    结论

    通过大量的室内试验研究两种沥青混合料的性能发现，在相同的试验条件下，掺加30%RAP的再生沥青混合料的高温稳定性、水稳定性、疲劳性能等性能都要优于普通沥青混合料，进而证明用再生沥青混合料铺筑的沥青路面的使用性能更好，为再生沥青混合料在养护工程中大规模应用提供了依据。

    参考文献：

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    [3]张健.厂拌热再生AC—16C沥青混合料在路面下面层的应用[J].交通标准化，2014，42（5）.

    [4]乔志勇，庄江涛.回收沥青混合料掺量对再生沥青混合料性能的影响[J].石油沥青，2013，27（6）：19-24.

    （作者单位：武汉市交通基本建设工程质量监督站）