廠拌熱再生混合料性能研究與應用效果評價

王亞奇，丁文勝，王 軍，葛 浩

（1.江蘇省鎮江市公路管理處，鎮江 212028；2.江蘇東交工程設計顧問有限公司，南京 211100）

目前，國內已較深入地開展了廠拌熱再生技術的應用研究。2002年，華北高速公路有限公司購買了國內首套熱再生機械設備，以京津唐高速公路為依托，鋪筑再生路面試驗段，取得了良好的應用效果。2009年，田國富介紹了廠拌熱再生技術的工作原理，同時對施工質量控制等方面也進行了研究與探討[1]。2011年，姚岢等首先對原瀝青路面病害進行調研，對舊瀝青和礦料性能指標進行綜合評價，最后闡述廠拌熱再生混合料配合比設計流程步驟[2]。2014年，倪富健等利用回收的高等級公路上面層RAP材料，在室內進行RAP摻量為15%的AC-13廠拌熱再生混合料的設計與性能研究，通過采用多種添加劑來保證和提升再生混合料的壓實性能和路用性能，最終得到具有優良性能的高RAP摻量再生混合料[3]。2016年，程強從舊料變異性控制、加熱溫度控制、再生劑摻量控制和攤鋪碾壓工藝等方面提出了廠拌熱再生混合料施工要點和控制措施[4]。

2011年以來，法國等歐洲國家對廠拌熱再生技術也開展了一系列的研究，并在高速公路大中修養護工程中進行了再生技術工程實際應用，RAP料摻量不超過20%。2014年，基于混合料路用性能的考慮，美國部分州規定用作上面層的再生混合料中RAP的摻量不允許超過30%[5]。2016年，Andrea Grilli等使用特定的添加劑，以達到所需的瀝青性能，從而產生高性能的廠拌熱再生瀝青混凝土（AC），實現了PAP料摻量40%的應用，且路用性能良好[6]。

目前，國內外廠拌熱再生技術主要集中在瀝青路面的中、下面層中，針對路面使用性能要求較高的上面層的研究甚少。本文以鎮江市某養護工程為依托，以添加不同舊料比例的SMA-13熱再生瀝青混合料為研究對象，對其開展配合比設計與路用性能研究。在此基礎上，對試驗路段進行了現場檢測，以評價上面層用廠拌熱再生瀝青路面實際應用效果。

1 目標配合比設計

結合鎮江市某養護工程的實際，本次研究通過篩選，選取性能較好的銑刨料，并進行抽提試驗，其瀝青用量及篩分結果見表1。

表1 舊料抽提試驗結果

為驗證舊瀝青混合料比例在瀝青混合料中的影響，對不同摻配比例舊瀝青混合料進行級配設計。合成級配設計結果與馬歇爾試驗結果見表2、表3。

表2 瀝青混合料級配設計結果

表3 廠拌熱再生SMA-13馬歇爾試驗結果

表4 廠拌熱再生混合料設計結果

通過設計，最終確定上面層廠拌熱再生SMA-13瀝青混合料配合比設計結果，具體數據見表4。

2 路用性能研究

2.1 混合料性能試驗方案

試驗采用3種不同舊料比例（0%、10%、15%）的SMA-13瀝青混合料進行研究。采用對比試驗的方法分析上面層用廠拌熱再生瀝青混合料性能以及不同舊料比例條件下對混合料性能的影響。主要研究內容見表5。

2.2 混合料性能試驗

2.2.1 抗水損害性能分析

目前，國內水穩定性試驗應用最為廣泛的是浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗。浸水馬歇爾試驗簡單，區分度較低，但殘留穩定度可作為對比值分析其水穩定性能；而凍融劈裂試驗的飽水過程主要包括真空飽水、凍融和高溫水浴3個階段，可有效地模擬路面在不同條件下實際水穩定情況[7-8]。故采用凍融劈裂試驗和浸水馬歇爾試驗相結合的方式來評價瀝青混合料水穩定性。各類型混合料水穩定試驗結果見表6和表7。

表5 混合料性能試驗內容匯總表

表6 不同混合料的殘留穩定度性能試驗結果

表7 不同混合料的凍融劈裂試驗結果

表6和表7數據分析表明:（1）隨著銑刨料比例的增加，混合料的水穩定性呈下降的趨勢。瀝青混合料抗水損害性能主要與瀝青的粘附性等因素有關。由于舊料的摻入，再生瀝青混合料中的瀝青老化，膠結料粘附性能會有所降低，致使再生瀝青混合料抗水損害性能降低[9]。（2）銑刨舊料的摻入對廠拌熱再生混合料的試驗結果存在一定程度的影響，但評價指標滿足相關技術要求，這說明在合適的舊料比例下，廠拌熱再生路面仍具有一定的抗水損害性能。

2.2.2 高溫性能分析

瀝青混合料在行車荷載的重復作用下，由于永久變形的累積而導致路表面出現車轍。車轍試驗方法對瀝青路面車轍形成過程的模擬性好，采用車轍試驗作為廠拌熱再生瀝青混合料高溫穩定性的評價方法[10]。試驗數據見表8。

表8 不同混合料的動穩定度試驗結果

試驗結果表明：隨著舊瀝青混合料用量的增加，動穩定度呈逐漸增大的趨勢，主要源于瀝青材料本身特性對混合料高溫性能有較大的影響。由于再生混合料中加入了舊料，舊料中的瀝青經過了長期的使用而高溫粘度變大、勁度增加，抗高溫變形能力增強，進而導致再生混合料的高溫穩定性能得到一定的增強。

2.2.3 低溫抗裂性分析

我國一般采用低溫小梁彎曲試驗來研究瀝青混合料的低溫性能，通過規定溫度和加載速率時混合料彎曲破壞的力學參數——破壞彎拉應變來評價瀝青混合料的低溫抗裂性能，試驗溫度-10 ℃[11]。試驗結果見表9。

表9 不同混合料的小梁彎曲試驗結果

分析低溫彎曲試驗結果可得如下結論：

（1）再生瀝青混合料隨著舊料摻配率的增加，彎曲勁度模量逐漸增大，而破壞應變逐漸減小。數據表明，再生料的低溫抗裂性能隨著舊料摻配率的增大而逐漸降低。主要源于舊料中的瀝青在長期使用過程中，由于溫度、光照等原因變脆變硬，軟化點提高、黏度和勁度增大，塑性會有所降低，進而導致在低溫條件下，再生混合料在受到荷載作用時，更容易發生開裂破壞。

（2）再生混合料低溫性能不如常規新拌瀝青混合料，但是在舊料比例為15%以下時，其破壞彎拉應變滿足規范要求。這表明，該比例下廠拌熱再生混合料仍然具有一定的低溫抗裂性。鑒于上面層直接暴露在空氣中，為了保證上面層廠拌熱再生的低溫性能，不宜采用過高的舊料摻量。

3 廠拌熱再生瀝青路面實際應用效果評價

3.1 現場檢測方案

為更好地研究廠拌熱再生瀝青路面的使用性能，于2016年10月在鎮江某養護大中修工程進行了試驗路鋪筑工作（試驗路面方案見表10），并對試驗路面進行了現場檢測，主要檢測指標為抽提篩分（級配）、芯樣壓實度、滲水系數、摩擦系數以及構造深度等，以評價廠拌熱再生瀝青路面實際應用效果[12]。各指標檢測結果見表11～14。

表10 試驗路面方案

表11 SMA-13（摻量10%）廠拌熱再生混合料抽提結果

表12 SMA-13（摻量15%）廠拌熱再生混合料抽提結果

表13 廠拌熱再生SMA-13路面壓實度檢測結果

表14 廠拌熱再生SMA-13現場檢測結果匯總表

3.2 試驗路段檢測結果分析

（1）室內抽提試驗

通過現場取回的廠拌熱再生SMA-13（摻量10%）和（摻量15%）瀝青混合料進行抽提篩分試驗。

由表11和表12可看出，廠拌熱再生SMA-13（摻量10%）和（摻量15%）瀝青混合料抽提篩分結果均滿足施工技術要求。

（2）廠拌熱再生SMA-13路面現場檢測

現場對試驗路段的壓實度、滲水系數、摩擦系數、構造深度指標進行檢測。

由現場檢測數據表明：舊混合料摻量為10%和15%的廠拌熱再生SMA-13路面施工質量較好，壓實度、滲水系數、摩擦系數、構造深度等各技術指標均滿足相關規范要求，達到了試驗路的預期效果。

4 結語

廠拌熱再生路面是一種經濟合理、技術可行且具有良好路用性能的結構形式。本文對3種不同舊料摻配比例SMA-13再生混合料進行了配合比設計，再分別對水穩定性、高溫穩定性及低溫抗裂性能進行了對比試驗，綜合評價路面的路用性能。在此基礎上，對試驗路段進行了現場檢測，數據表明各評價指標均滿足相應技術要求。通過對上面層SMA-13廠拌熱再生技術研究，進一步拓寬了廠拌熱再生技術的應用范圍，為后期在江蘇省推廣應用提供了技術支撐。

參考文獻

[1]田國富，趙志強.瀝青路面廠拌熱再生的原理與施工工藝研究[J].交通標準化，2009（1）：23-24.

[2]姚岢，黎侃.廠拌熱再生瀝青路面施工質量控制技術[J].廣東公路交通，2011（114）：21-22.

[3]倪富健，李健，袁芮.瀝青路面廠拌熱再生RAP高摻量的實現措施研究[C]∥江蘇省公路學會2014年學術年會論文集，2014：8-10.

[4]程強.廠拌熱再生瀝青路面施工質量控制探討[J].交通世界，2016（10）：100-102.

[5]S. Diefenderfer，H. Nair. Evaluation of High RAP Mixture Production，Construction，and Properties[J].Transportation Research Board，Washington，DC.，2014.

[6]Andrea Grilli, Edoardo Bocci, Maurizio Bocci. 8th RILEM International Symposium on Testing and Characterization of Sustainable and Innovative Bituminous Materials[J]. 2016：953-964.

[7]毛文華.廢舊瀝青混合料廠拌熱再生利用研究[D].西安：長安大學，2014.

[8]王峻.廠拌熱再生瀝青混合料在面層應用的研究[D].大連：大連理工大學，2013.

[9]于玲，刁家棟，楊彥海.瀝青路面廠拌熱再生技術的使用性能評價與研究[J].中外公路，2014，34（2）：65-67.

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[11]JTG E20—2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S].

[12]袁耀波.不同RAP摻配比例廠拌熱再生瀝青混合料路用性能研究[J].公路與汽運，2016（6）：151-153.