級配對熱再生瀝青混合料壓實特性的影響

楊成虎

（福建省高速公路養護工程有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

瀝青路面再生技術可以充分利用原路面瀝青混合料回收料（Reclaimed asphalt mixture，RAP），廠拌熱再生瀝青混合料性能與原生瀝青混合料性能相當，使其在目前路面養護工程中得到了廣泛的應用[1-3]。壓實度是熱再生瀝青混合料施工過程中控制施工質量的關鍵指標，且與再生瀝青混合料級配相關。因此，有必要研究不同級配的再生瀝青混合料壓實特性的變化規律，為再生瀝青混合料的級配設計提供參考。

目前，國內外學者在壓實特性研究方面積累了較多的研究成果，Yang等[4]研究發現級配越粗的再生瀝青混合料越不容易壓實。Mo等[5]將溫拌劑添加到瀝青混合料中，發現含有溫拌劑的瀝青混合料更容易壓實。張國民等[6-7]研究了不同RAP摻量下熱再生瀝青混合料的壓實特性，發現RAP摻量越大的再生瀝青混合料越難壓實，但其抗壓強度會越高。胡濤等[8-9]探究了不同級配類型對混合料壓實特性的影響。張爭奇等[10-12]利用旋轉壓實試驗得到的壓實能量指數CEI等特征參數與級配、瀝青用量和成型溫度等之間的相關性。然而，現有研究在再生瀝青混合料級配對壓實特性的影響方面研究較少。此外，成型方式也是影響瀝青混合料壓實特性的重要因素，常用的瀝青混合料成型方法包括馬歇爾擊實法、旋轉壓實成型法、靜壓成型法以及振動成型法等。旋轉壓實成型是采用揉搓的方式使瀝青混合料達到密實狀態，與施工現場壓實情況基本一致。因此，本研究采用旋轉壓實成型法研究不同級配的瀝青混合料壓實特性，分析其與級配之間的相關性。

為研究不同RAP摻量下的再生瀝青混合料級配差異對壓實特性的影響，設計3種級配的再生瀝青混合料，并以鎖點、K值和壓實能量指數CEI指標表征再生瀝青混合料壓實特性，分析級配對再生瀝青混合料壓實特性的影響規律。

1 原材料試驗

再生瀝青混合料中采用的新集料均取自于福建某高速預防性養護工程的石灰巖，規格分別為：0～3 mm、3～5 mm、5～10 mm、10～20 mm，基本性能指標見表1，采用水洗篩分法將各檔材料分檔篩分后用于試驗設計。礦粉技術指標見表2。再生瀝青混合料中的新加瀝青為SBS改性瀝青，基本性能試驗結果見表3。

表1 新集料性能指標Tab.1 Performance index of new aggregate

表2 礦粉性能指標Tab.2 Performance indexes of mineral powder

表3 SBS改性瀝青性能指標Tab.3 Performance indexes of SBS modified asphalt

再生瀝青混合料使用的RAP取自工程的AC20中面層，采用銑刨、破碎、篩分的方法分為0～16 mm。為降低RAP變異性對再生瀝青混合料級配設計的影響，分別將RAP分為0～1.18 mm（7#）、1.18～2.36 mm（6#）、2.36～4.75 mm（5#）、4.75～9.5 mm（4#）、9.5～13.2 mm（3#）、13.2～16.0 mm（2#）、16.0～19.0 mm（1#），并采用抽提篩分法測定分檔后RAP的級配與瀝青含量，結果見表4。采用阿布森法將老化瀝青與溶劑分離，測定老化瀝青的技術指標見表5。此外，再生瀝青混合料常會添加一定量的再生劑改善再生瀝青混合料性能，本次研究采用的再生劑技術指標見表6。

表4 RAP級配與瀝青含量Tab.4 RAP gradation and asphalt content

表5 老化瀝青性能指標Tab.5 Performance indexes of aged asphalt

表6 再生劑性能指標Tab.6 Performance indexes of rejuvenator

2 試驗方案及試驗方法

2.1 試驗方案

設計粗、中、細三種級配曲線的AC-20型再生瀝青混合料，并根據常用的RAP摻量的范圍，設計不同RAP摻量（10%、30%、50%）的再生瀝青混合料研究級配對壓實特性的影響，并預估不同級配的再生瀝青混合料的最佳瀝青含量，得到不同級配的再生瀝青混合料的壓實特性，試驗方案見表7。

表7 設計試驗方案Tab.7 Design test scheme

2.2 級配設計

再生瀝青混合料級配試驗結果如圖1所示。

圖1 設計級配Fig.1 Design gradation

2.3 混合料制備與試驗方法

根據設計再生瀝青混合料級配，按照不同RAP摻配比例，配制再生瀝青混合料，其中，SBS改性瀝青的加熱溫度為160℃，新集料加熱溫度為180℃，RAP加熱溫度為130℃，拌和溫度為160℃，材料溫度達到要求溫度后進行再生瀝青混合料的拌和。其中，拌和工藝遵循以下步驟。

步驟1：將一定質量的RAP與再生劑進行拌和，拌和時間為90 s；

步驟2：將新集料加入拌和后的RAP+再生劑中，并添加計算質量的SBS改性瀝青，拌和時間90 s；

步驟3：將礦粉加入拌和后的RAP+再生劑+新集料+SBS改性瀝青中，拌和時間90 s。

根據上述步驟分別制備不同級配的再生瀝青混合料，并采用旋轉壓實法成型試件，計算再生瀝青混合料的壓實特性指標。

2.4 評價指標

再生瀝青混合料的壓實特性表征指標有壓實能量指數（CEI）、壓實速率（K）、鎖點（LP）。

（1）壓實能量指數

根據旋轉壓實的過程中的瀝青混合料密實曲線計算壓實能量指數（CEI）。CEI表示再生瀝青混合料壓實到92%壓實度所需功，采用壓實曲線92%以下所圍成的面積計算。壓實過程中CEI的值越小，再生瀝青混合料越容易壓實。

（2）壓實速率

壓實速率（K）表示再生混合料的可壓實性能，計算方法如式（1）所示。壓實速率越大表示瀝青混合料壓實過程中壓實一次密度上升速率越快。

式中：G1表示初始8次壓實次數對應的壓實度，%；G2表示設計壓實次數的壓實度，%；n表示壓實度首次到達94%時的壓實次數。

（3）鎖點

鎖點（LP）表示再生瀝青混合料在壓實過程中第2次出現連續兩個相同高度時的壓實次數，表示混合料中骨架的形成程度。

3 試驗結果與分析

3.1 壓實能量指數

不同級配再生瀝青混合料的壓實能量指標（CEI）變化如圖2所示。由圖2可知，中級配與細級配在不同的RAP摻量下CEI的大小變化規律一致，均隨RAP摻量增加而變小，成反比關系。說明中級配、細級配在實際路面鋪筑的過程中，隨著RAP摻量的增加，再生瀝青混合料壓實所需要的能量越小，施工和易性越好。然而，粗級配的CEI變化規律則反之，粗級配的CEI隨RAP摻量的增大而增大，成正比關系，說明粗級配中的RAP的摻量越小，施工和易性越好。

圖2 壓實能量指數變化規律Fig.2 Variation Law of compaction energy index

三種RAP摻量下，CEI的數值均為細級配＜中級配＜粗級配，說明CEI的大小與混合料整體的公稱粒徑大小成正比。公稱粒徑較小的混合料在實際路面鋪筑的過程中該瀝青混合料從松散狀態到壓實至一定密實度時所需要的能量越小，混合料的施工和易性越好，這也從另一個方面反映了混合料整體的公稱粒徑越大就越難以壓實。還可以發現，相對于粗級配的CEI值，其實中級配和細級配兩者之間的CEI值的差值并不是很大，也就是說將瀝青混合料從松散壓實到一定密實度時所需要的能量對于同等RAP摻量的細級配和中級配混合料而言相差不大，但與粗級配所需要的能量相差甚遠。因此，粗級配的再生瀝青混合料壓實到一定密實度所需的能量遠大于同等條件的細級配和中級配瀝青混合料，粗級配瀝青路面的鋪裝需要增加碾壓遍數以保障壓實度。

3.2 壓實速率

不同級配再生瀝青混合料的壓實速率（K）指標變化如圖3所示。由圖3可見，不同RAP摻量下的K值從小到大的順序均為：細級配＜粗級配＜中級配，說明中級配瀝青混合料在壓實過程中壓實速率最快，最容易壓實。細級配的瀝青混合料壓實速率最慢，最難以壓實，粗級配瀝青混合料居中。相同RAP摻量不同級配情況下，K值的變化波動范圍較不同RAP摻量大，說明級配類型較RAP摻量對K值的影響顯著。因此，實際工程中可根據壓實速率需求選擇合適的再生瀝青混合料級配，保證施工質量。

圖3 壓實速率變化規律Fig.3 Variation Law of compaction rate

3.3 鎖點

不同級配再生瀝青混合料的鎖點（LP）指標變化如圖4所示。由圖4可見，細級配中的LP隨著RAP摻量的增加而降低，兩者成反比關系，表明瀝青骨架結構的初步形成難度隨著RAP摻量的增加而下降。然而，粗級配、中級配中LP隨RAP摻量的增加而增加。此外，細級配再生瀝青混合料中，30%、50% RAP摻量的鎖點基本一致，可見細級配中鎖點的變化隨著RAP摻量的提高而減小，但是減小的速率逐漸降低。進一步研究發現三種RAP摻量下，鎖點的大小都與混合料整體的公稱粒徑大小成正比關系，表明瀝青混合料的公稱粒徑越大，形成初步的瀝青混合料的骨架結構就越難。仔細觀察會發現各個RAP摻量下的粗級配和中級配的鎖點相差甚小，但細級配與上述兩個級配相差很多，這說明雖然中級配整體的鎖點數值要低于粗級配，但兩者在初步形成瀝青混合料骨架方面的性質基本一致，而細級配在初步形成瀝青混合料骨架方面的速度要遠快于粗級配和中級配。

圖4 鎖點變化規律Fig.4 Variation Law of lock point

4 結論

（1）壓實能量指數（CEI）表明，中、細級配的再生瀝青混合料，隨著RAP摻量的增大，其達到一定壓實度時所需壓實功減小，而粗級配則呈現相反規律；三種RAP摻量下，達到一定壓實度時所需壓實功由大到小為：粗級配＞中級配＞細級配。

（2）壓實速率指標（K值）表明，三種RAP摻量的壓實速率由快到慢分別為：10% RAP ＞ 50%RAP ＞ 30% RAP；三種級配的再生瀝青混合料壓實速率由快到慢為：中級配＞粗級配＞細級配。

（3）鎖點指標（LP）表明，RAP摻量越大，再生瀝青混合料骨架結構就越難形成，其中，粗級配和中級配的骨架結構較細集料更難形成。