熊文濤1 梁艷峰 肖振江

（1.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，南京 211112；2.云南交投集團(tuán)投資有限公司，昆明 650000）

截止2018年底，我國(guó)公路總里程達(dá)到484.65×104km，其中高速公路里程14.26×104km。交通運(yùn)輸部《“十三五”公路養(yǎng)護(hù)管理發(fā)展綱要》指出：十三五期間是我國(guó)公路由過(guò)去以基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)為主向建設(shè)、養(yǎng)護(hù)、管理、服務(wù)并重轉(zhuǎn)變，更加突出養(yǎng)護(hù)、管理、服務(wù)工作的重要轉(zhuǎn)型期。隨著交通流量的迅速增長(zhǎng)及早期修建的公路陸續(xù)達(dá)到服務(wù)年限，養(yǎng)護(hù)工作量將越來(lái)越大。按照平均10 a 一次大修、5 a 一次中修測(cè)算，我國(guó)公路每年大中修里程將達(dá)到80×104km，其中高速公路將超過(guò)1.4×104 km。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年翻修開(kāi)挖出來(lái)的舊瀝青混合料在1 000×104t 以上[1]，每年產(chǎn)生的路面廢料對(duì)環(huán)境、資源、能源產(chǎn)生了巨大的壓力，已成為必須面對(duì)和亟需解決的問(wèn)題。

目前公路瀝青路面的再生技術(shù)主要有五種類(lèi)型[2]。廠拌熱再生是應(yīng)用最為廣泛的瀝青路面再生技術(shù)，且再生混合料性能最為優(yōu)良。然而在廠拌熱再生過(guò)程中，受到輸送功率以及舊料拌和溫度的限制，舊料添加比例一般很難超過(guò)25%。劉唐志[3]等人通過(guò)對(duì)不同RAP 料摻量（0、30%、40%、50%）下Evotherm 溫拌再生瀝青混合料路用性能的研究，得出該溫拌再生瀝青混合料的最佳RAP 料摻量為40%。秦永春、黃頌昌等[4]研究表明，改性和未改性的溫拌瀝青混合料可分別比相應(yīng)的熱拌瀝青混合料節(jié)約能耗28.7%和22.9 %。Graham C.Hurley 和Brian D.Prowel[5]等人研究表明，添加Evotherm 的瀝青混合料回彈模量增大，抗車(chē)轍能力增強(qiáng)且抗水損壞能力較強(qiáng)。譚憶秋等[6]采用四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)對(duì)溫拌再生混合料的疲勞性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，研究結(jié)果表明，溫拌再生混合料的耐久性能優(yōu)異，且RAP 摻量可增加至45%。李佳坤等[7]研究了RAP 摻量對(duì)基于DTA 溫拌劑的溫拌生混合料的路用性能影響。已有研究表明，RAP 摻量增加可有效提高瀝青混合料的抗車(chē)轍性能[8]。

溫拌和再生技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，一方面可以減少有害氣體的排放和減輕再生混合料在生產(chǎn)拌制過(guò)程中的老化和二次老化，提升施工環(huán)境的舒適性，提高對(duì)舊瀝青的再生恢復(fù)效果[9]，另一方面在現(xiàn)有工藝條件和能耗水平下，可提高舊料利用比例，應(yīng)用潛力巨大，具有突出的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。因此，本試驗(yàn)針對(duì)基于溫拌的高摻量廠拌熱再生混合料進(jìn)行了研究。

1 試驗(yàn)研究方案

（1）RAP 摻加比例

溫拌再生瀝青混合料的性能很大程度上與舊料的摻配比例有關(guān)。相關(guān)研究表明，為保證廠拌熱再生瀝青混合料的各項(xiàng)使用性能，其中RAP的摻量不宜大于20%[10]。為了盡可能地利用舊瀝青混合料，研究溫拌技術(shù)提高RAP 摻量的可行性，本次試驗(yàn)舊料RAP 的使用比例分別選擇為20%和40%。

（2）新瀝青的選擇

新添加的瀝青性質(zhì)直接關(guān)系到再生瀝青混合料的性質(zhì)。McDaniel 和Shah[11]引用Bonaquist 的方法對(duì)不同 RAP 摻量的混合料進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng) RAP 摻量低于15%時(shí)，新舊瀝青的混溶程度將近100%，當(dāng)RAP 摻量高于40%時(shí)，新舊瀝青則達(dá)不到100%混溶。參照美國(guó)的AASHTO 標(biāo)準(zhǔn)，高摻量RAP（＞20%）的再生瀝青混合料，需要改變新瀝青等級(jí)。因此，針對(duì)RAP 比例分別為20%和40%的再生瀝青混合料，需要選擇適宜的新瀝青的標(biāo)號(hào)，并測(cè)試新舊瀝青融和后的PG等級(jí)，研究老化瀝青的性能恢復(fù)情況。

（3）溫拌劑的選擇與應(yīng)用

采用溫拌技術(shù)，能降低施工拌和、碾壓溫度30 ℃以上，降低舊瀝青在混合過(guò)程中的二次老化。本文使用美國(guó)生產(chǎn)的表面活性類(lèi)溫拌技術(shù)Evotherm，研究高摻量溫拌再生混合料的路用性能，室內(nèi)試驗(yàn)40%RAP 的再生混合料，Evotherm摻加比例為添加劑∶瀝青=10 ∶90。

對(duì)于添加溫拌劑的溫拌再生瀝青混合料，溫度是一個(gè)十分重要的參數(shù)。結(jié)合已有研究成果，試驗(yàn)前，將稱量好的新集料、舊瀝青混合料、新瀝青及礦粉進(jìn)行加熱，試驗(yàn)溫度選擇如表1所示。

表1 溫度控制 ℃

拌和時(shí)先添加新集料，然后添加舊瀝青混合料，再添加新瀝青，最后添加溫拌劑Evotherm，溫拌劑添加在新瀝青和舊瀝青混合料表面，避免與新集料直接接觸，Evotherm 與瀝青反應(yīng)過(guò)程見(jiàn)圖1。所有的瀝青混合料在相應(yīng)的溫度下拌和，采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型。

圖1 添加溫拌劑Evotherm 反應(yīng)照片

2 高摻量溫拌再生瀝青混合料設(shè)計(jì)

2.1 高摻量溫拌再生混合料級(jí)配設(shè)計(jì)

依據(jù)Superpave 設(shè)計(jì)方法，以2.36 mm 篩孔為控制點(diǎn)。在選擇20%和40%RAP 的Sup20 混合料結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)了2.36 mm 篩孔通過(guò)率分別為23.8%（20%RAP）和26.4%（40%RAP）的級(jí)配曲線。20%和40%RAP 的Sup20 試驗(yàn)級(jí)配的試驗(yàn)級(jí)配曲線見(jiàn)圖2。

圖2 試驗(yàn)級(jí)配曲線

2.2 新瀝青選擇及瀝青含量的確定

（1）新瀝青的選擇

新添加的瀝青性質(zhì)直接關(guān)系到再生瀝青混合料的性質(zhì)。我國(guó)JTG F41—2008《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》[12]中關(guān)于瀝青等級(jí)的選擇主要參照了美國(guó)的方法，根據(jù)舊瀝青的針入度、舊瀝青混合料的摻量來(lái)確定。具體的要求如表2。

如果要根據(jù)新舊瀝青調(diào)合法則確定新瀝青的標(biāo)號(hào)，按照下面公式確定新瀝青的黏度。

式中：ηmin——混合后瀝青的60 ℃黏度（Pa·s）；

ηold——混合前舊瀝青的60 ℃黏度（Pa·s）；

ηnew——混合前新瀝青或再生劑的60 ℃黏度（Pa·s）；

α——新瀝青的比例。

表2 再生混合料新瀝青的選擇

本研究中采用的舊瀝青混合料回收瀝青以及70 號(hào)、90 號(hào)瀝青的試驗(yàn)結(jié)果如表3所示，RAP回收瀝青針入度為38 1/10 mm，摻配比例為20%時(shí)，所以選用70 號(hào)瀝青，瀝青等級(jí)不需要變化。摻配比例為40%時(shí)，根據(jù)新舊瀝青調(diào)合法則確定新瀝青的標(biāo)號(hào)，需改變?yōu)r青等級(jí)，選用90 號(hào)瀝青。

表3 RAP 回收老化瀝青及70 號(hào)、90 號(hào)瀝青測(cè)試結(jié)果

（2）瀝青含量的計(jì)算。

本研究的集料級(jí)配，根據(jù)集料的性質(zhì)（密度和吸水率）進(jìn)行計(jì)算，20%和40%RAP 的Sup-20 混合料的估算瀝青用量見(jiàn)表4。

表4 估算瀝青用量匯總表

表4中：Gsb——總集料的毛體積相對(duì)密度（總集料有粗集料、細(xì)集料及填料組成）；

Gsa——總集料表觀相對(duì)密度；

Gse——集料有效相對(duì)密度；

Vba——吸收進(jìn)集料的瀝青膠結(jié)料體積，cm3；

Vbe——有效瀝青膠結(jié)料的體積，cm3；

Ws——每立方厘米混合料中集料質(zhì)量，g；

Pbi——估算瀝青用量，%。

3 溫拌再生瀝青的PG 研究

瀝青的老化是路面再生技術(shù)研究的重要方面。本研究采用動(dòng)態(tài)剪切流變儀DSR（如圖3所示）和低溫彎曲流變儀BBR（如圖4所示），檢測(cè)70 號(hào)原樣瀝青、20%RAP 再生混合料Sup-20回收瀝青、40%RAP+Evotherm 的溫拌再生混合料Sup-20 回收瀝青的PG 等級(jí)，分析老化瀝青性能恢復(fù)情況，其PG 等級(jí)情況如表5所示。

表5 溫拌和熱拌再生瀝青的PG 等級(jí)

從表5可以看出：

（1）20%RAP 再生混合料回收的瀝青，與70號(hào)原樣瀝青相比，瀝青的高溫等級(jí)提高8 ℃，低溫等級(jí)增加4 ℃。試驗(yàn)表明，混入一定數(shù)量的RAP 使瀝青的剛度增加，與以往研究成果一致。

（2）40%RAP+Evotherm 高摻量溫拌再生混合料回收的瀝青，較20%RAP 再生混合料高溫等級(jí)降低2 ℃。以往研究成果，隨著RAP 使用比例增加，瀝青高溫等級(jí)預(yù)計(jì)會(huì)進(jìn)一步提高。因此，溫拌劑的摻入有利于恢復(fù)老化瀝青的性能。

圖3 動(dòng)態(tài)剪切流變儀DSR

圖4 低溫彎曲流變儀BBR

4 高摻量溫拌再生瀝青混合料路用性能評(píng)價(jià)

4.1 動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)

采用基本性能試驗(yàn)機(jī)（SPT）進(jìn)行單軸壓縮動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)（圖5），測(cè)試在不同溫度（低溫5 ℃、常溫25 ℃、高溫55 ℃）和荷載作用頻率（25 Hz、20 Hz、10 Hz、5 Hz、1 Hz、0.5 Hz、0.1 Hz）下混合料的動(dòng)態(tài)模量│E*│，用于評(píng)價(jià)溫拌再生瀝青混合料的勁度。選定參考溫度為20 ℃，采用時(shí)溫等效原理，繪制20%RAP 與40%RAP+Evotherm再生混合料Sup-20 的主曲線如圖6所示。

從圖6可以看出：

（1）瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量受溫度和加載頻率的影響顯著，兩種混合料表現(xiàn)出相同的規(guī)律，隨著溫度的升高，混合料的動(dòng)態(tài)模量會(huì)明顯降低。

（2）瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量與加載頻率呈雙對(duì)數(shù)關(guān)系，高模量發(fā)生在低溫、高頻率，處在圖的右邊；低模量發(fā)生在高溫、低頻率。在低溫、高頻荷載作用下，20%RAP 與40%RAP+Evotherm 再生混合料Sup-20 的動(dòng)態(tài)模量比較接近；而在高溫、低頻荷載作用下，40%RAP+Evotherm 再生混合料Sup-20的動(dòng)態(tài)模量比20%RAP 再生混合料高。表明高摻量溫再生瀝青混合料的抗車(chē)轍永久變形能力更強(qiáng)。

圖5 基本性能試驗(yàn)機(jī)（SPT）

圖6 20%與40%RAP 再生混合料Sup-20 動(dòng)態(tài)模量對(duì)比

4.2 高溫車(chē)轍試驗(yàn)

采用60 ℃車(chē)轍試驗(yàn)對(duì)20%RAP 和40%RAP再生混合料Sup-20 的高溫穩(wěn)定性能的驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)表6。

瀝青路面的車(chē)轍問(wèn)題是隨著社會(huì)發(fā)展，交通量及重載車(chē)輛增加后，路面破壞的一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題。通過(guò)車(chē)轍試驗(yàn)可以確定瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，這也是瀝青混合料性能檢測(cè)中最主要的指標(biāo)。從表6可以看出，20%RAP 和40%RAP 摻量的再生混合料Sup-20，動(dòng)穩(wěn)定度均滿足≥1 000 次/mm的規(guī)范要求，具有較好的高溫穩(wěn)定性。

表6 車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果匯總表

4.3 低溫小梁彎曲試驗(yàn)

采用小梁彎曲試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)再生混合料的低溫抗裂性能。試驗(yàn)條件：溫度-10 ℃，速率50 mm/min，試驗(yàn)結(jié)果如表7和表8所示。

表7 20%RAP 再生混合料Sup-20 小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果

表8 40%RAP 再生混合料Sup-20（+Evotherm）小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果

從表7和表8可以看出，20%RAP 和40%RAP的再生混合料Sup-20，其破壞應(yīng)變均滿足≥2 000με的技術(shù)要求。且摻加溫拌劑Evotherm 的40%RAP 的再生混合料Sup-20，其最大破壞荷載、跨中撓度、抗彎拉強(qiáng)度及破壞應(yīng)變等指標(biāo)均高于20%RAP 摻量的Sup-20，說(shuō)明摻加溫拌劑Evotherm 能夠有效提升高摻量再生混合料的低溫性能。

4.4 水穩(wěn)定性試驗(yàn)

采用AASHTO T283 試驗(yàn)，檢驗(yàn)20%RAP 和40%RAP 再生混合料Sup-20 的抗水損害能力，試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)表9。

從表9可以看出，20%RAP 和40%RAP 的再生混合料Sup-20，其凍融劈裂強(qiáng)度比TSR均滿足≥80%的技術(shù)要求，具有較好的水穩(wěn)定性。

5 實(shí)體工程驗(yàn)證

S325 省道起于淮安境內(nèi)丁集東與237 省道相交處，止于宿遷境內(nèi)本路和324 省道交叉處，連接了淮安、宿遷兩大地級(jí)市，是一條東西向的快速干線。項(xiàng)目路段通車(chē)多年，目前已出現(xiàn)了不同程度的路面病害，以裂縫、龜裂為主，并伴有較為少量的唧漿，路面使用狀況一般。

考慮到材料的循壞利用以及環(huán)境友好的要求，按照前文設(shè)計(jì)配合比及瀝青用量，鋪筑高摻量溫拌廠拌熱再生Sup-20 混合料的試驗(yàn)段，RAP的摻配比例達(dá)到40%，實(shí)現(xiàn)了廢舊路面材料的高效再生利用。

對(duì)再生后的路面鉆芯取樣，芯樣壓實(shí)度檢測(cè)，結(jié)果如表10所示。實(shí)施后的再生路面狀況如圖7所示。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果表明，試驗(yàn)段鋪筑后外觀表面平整密實(shí)，壓實(shí)度均滿足技術(shù)要求。

表9 AASHTO T283 試驗(yàn)結(jié)果

表10 試驗(yàn)段路面芯樣高度及壓實(shí)度

圖7 施工后的再生路面

6 結(jié)論

從配合比設(shè)計(jì)、膠結(jié)料PG 研究、混合料的性能試驗(yàn)等方面，對(duì)溫拌用于高摻量再生混合料的可行性進(jìn)行研究，并應(yīng)用于實(shí)體工程施工，取得了良好的效果。主要結(jié)論如下：

（1）溫拌技術(shù)用于高摻量廠拌熱再生，一方面可恢復(fù)老化瀝青的性能，另一方面可提高RAP料的摻加比例。

（2）瀝青膠結(jié)料PG 結(jié)果表明，40%RAP+Evotherm高摻量溫拌再生混合料回收的瀝青，高溫等級(jí)降低2 ℃，溫拌劑的摻入有利于改善老化瀝青的性能。

（3）混合料路用性能試驗(yàn)結(jié)果表明，高摻量溫拌再生混合料的各項(xiàng)路用性能符合技術(shù)要求，且40%RAP+Evotherm 再生混合料Sup-20 表現(xiàn)出更好的高溫抗車(chē)轍變形能力。

（4）S325 省道實(shí)體工程應(yīng)用結(jié)果表明，溫拌技術(shù)用于廠拌熱再生，RAP 的摻配比例達(dá)到40%，實(shí)現(xiàn)了廢舊路面材料的高效再生利用。