蘇志翔

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海 200082）

0 引言

目前，我國(guó)每年約產(chǎn)生3 000萬(wàn)噸廢舊瀝青混凝土（以下簡(jiǎn)稱“舊料”）[1]，隨著越來(lái)越多的瀝青路面進(jìn)入大中修階段，舊料產(chǎn)生量會(huì)越來(lái)越多。舊料不僅會(huì)造成資源的浪費(fèi)，還會(huì)占用大量土地，并導(dǎo)致環(huán)境污染。近年來(lái)，工程研究人員將舊料作為一種可再生資源進(jìn)行利用，已經(jīng)在道路建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。但因其性能原因，當(dāng)前更多應(yīng)用于基層、中下面層等部位[2-3]，上面層因其直接經(jīng)受荷載及外界條件作用而應(yīng)用較少。透水路面具有抗滑、降噪、調(diào)節(jié)地表溫度等優(yōu)點(diǎn)，因此，作為海綿城市的重要組成部分得到了廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，透水路面在自行車道也開(kāi)始有所應(yīng)用。自行車道交通量和交通荷載均遠(yuǎn)低于機(jī)動(dòng)車道，對(duì)瀝青混凝土性能要求也更低。如果將舊料用于自行車道再生瀝青混凝土，一方面可以滿足自行車道交通荷載的需要，另一方面還可以實(shí)現(xiàn)舊料的二次利用。因此，本文研究再生瀝青混凝土在自行車道透水路面的應(yīng)用。

1 試驗(yàn)材料

1.1 瀝青

透水路面通常采用高黏瀝青作為瀝青膠結(jié)料，本研究采用自制的高黏瀝青，其性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 高黏瀝青性能試驗(yàn)結(jié)果

表1 續(xù)

1.2 舊料和再生劑

自行車道透水路面擬采用PAC-10瀝青混凝土，因此選用的舊料采用0～10mm檔，舊料性能結(jié)果見(jiàn)表2。對(duì)舊料進(jìn)行抽提以及瀝青回收。抽提篩分結(jié)果及回收舊瀝青的性能指標(biāo)分別見(jiàn)表3和表4。再生劑采用自制再生劑，其指標(biāo)滿足《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 5521—2019）RA-75再生劑技術(shù)要求。

表2 舊料性能結(jié)果

表3 舊料抽提篩分結(jié)果

表4 回收瀝青性能指標(biāo)

2 再生劑摻量確定

確定再生劑摻量一般采用調(diào)配后的60℃動(dòng)力黏度或者針入度（25℃）作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，由于透水路面采用高黏瀝青，回收瀝青為基質(zhì)瀝青，添加再生劑無(wú)法使再生瀝青60℃動(dòng)力黏度達(dá)到新瀝青水平，該指標(biāo)是不合適的。因此，選用針入度（25℃）確定最終摻量。分別按回收后舊瀝青質(zhì)量的2%，6%和10%添加再生劑，并測(cè)試再生后瀝青的針入度（25℃）、軟化點(diǎn)和延度（15℃），結(jié)果見(jiàn)表5。三大指標(biāo)隨再生劑摻量變化趨勢(shì)如圖1所示。

表5 再生瀝青技術(shù)指標(biāo)

圖1 再生瀝青三大指標(biāo)隨摻量變化圖

由圖1可知，軟化點(diǎn)隨再生劑摻量的增加而降低，針入度和延度則呈相反趨勢(shì)。針入度采用內(nèi)插法得到再生劑的摻量，即8.4%。

3 配合比設(shè)計(jì)

在再生劑摻量確定的情況下，采用馬歇爾設(shè)計(jì)方法進(jìn)行再生瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)。舊料摻量分別為0、10%、30%、50%，并確定最佳瀝青用量。

本研究透水路面目標(biāo)級(jí)配選用《透水瀝青路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 190—2012）規(guī)定的PAC-10級(jí)配中值，見(jiàn)表6。本研究為室內(nèi)研究，新料采用小檔料，因此分別計(jì)算不同摻量舊料條件下各檔新料添加量，保證不同摻量舊料條件下級(jí)配的統(tǒng)一。本研究PAC-10目標(biāo)空隙率為20%，在新舊料比例確定的情況下確定最佳瀝青用量。0、10%、30%、50%摻量舊料條件下，最佳瀝青用量分別為6%、5.8%、5.6%、5.5%?？梢园l(fā)現(xiàn)，最佳瀝青用量隨舊料摻量的增加而減少，這說(shuō)明舊料中的瀝青得到了再生，但是最佳瀝青用量在舊料摻量為50%時(shí)也僅降低了5%，說(shuō)明舊瀝青沒(méi)有得到完全再生利用。

表6 PAC-10級(jí)配中值

4 路用性能研究

根據(jù)上節(jié)確定的配合比成型不同舊料摻量條件下的瀝青混凝土試件，分別進(jìn)行車轍試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、肯塔堡飛散試驗(yàn)、間接拉伸試驗(yàn)、滲水試驗(yàn)，從而評(píng)價(jià)再生瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性能、抗水損害性能、抗剝落性能、疲勞性能以及滲水性能。

4.1 高溫穩(wěn)定性

不同舊料摻量再生瀝青混凝土車轍試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7和圖2。

表7 車轍試驗(yàn)結(jié)果

圖2 動(dòng)穩(wěn)定度和舊料摻量的關(guān)系

由表7可知，4種摻量條件下，動(dòng)穩(wěn)定度均大于3 500次/mm，因此，均滿足透水瀝青混凝土高溫性能技術(shù)要求。由圖2可知，再生瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性隨著舊料摻量的增加線性提升，相關(guān)系數(shù)為0.9963，因此說(shuō)明，摻加舊料可以明顯提升再生瀝青混凝土的高溫性能。其主要原因是瀝青對(duì)瀝青混凝土高溫性能有重要影響，而舊料中的舊瀝青未被完全再生，舊瀝青經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間老化，針入度低，軟化點(diǎn)高，黏度增加，因此會(huì)提升瀝青混凝土的高溫抗變形能力。

4.2 低溫抗裂性

低溫彎曲試驗(yàn)溫度為-10℃，加載速率為50mm/min，不同舊料摻量再生瀝青混凝土低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

由表8可知，隨著舊料摻量的增加，再生瀝青混凝土小梁彎拉破壞應(yīng)變隨之減小。說(shuō)明舊料的摻加有損再生瀝青混凝土的低溫抗裂性能。主要原因有兩個(gè)方面，一是舊料中的舊瀝青未完全再生，本身低溫性能較差，導(dǎo)致瀝青混凝土低溫性能受損；另一方面是因?yàn)榕f料中存在團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，即原舊料存在結(jié)團(tuán)問(wèn)題，使其成為薄弱點(diǎn)，由此也導(dǎo)致再生瀝青混凝土低溫性能變差。

4.3 抗水損害性能

不同舊料摻量再生瀝青混凝土凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

由表9可知，凍融劈裂殘留強(qiáng)度比（TSR）隨舊料摻量的增加而減小。并且，舊料摻量為0～30%時(shí)TSR均大于85%，滿足規(guī)范要求，舊料摻量為50%時(shí)TSR小于85%，不滿足規(guī)范要求。舊料摻量為30%時(shí)，TSR為85.2%，略高于規(guī)范要求，從抗水損害角度出發(fā)，舊料摻量最高不宜超過(guò)30%。瀝青黏附性能、瀝青混凝土的壓實(shí)性能均會(huì)影響再生瀝青混凝土的水穩(wěn)定性。由于部分瀝青未被再生，由此導(dǎo)致該部分瀝青與集料的黏附性較差；此外，盡管瀝青混凝土空隙率達(dá)到了目標(biāo)空隙率，但是由于團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的存在，瀝青混凝土空隙率存在不均勻的情況，由此導(dǎo)致部分區(qū)域空隙率較大。以上因素均會(huì)導(dǎo)致再生瀝青混凝土性能變差，且隨著舊料摻量的增加，上述情況占比會(huì)增大，從而使TSR愈加減小。

4.4 抗剝落性能

再生瀝青混凝土肯塔堡飛散試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表10。

表10 肯塔堡飛散試驗(yàn)結(jié)果

由表10可知，肯塔堡飛散損失隨著舊料摻量的增大而增大。并且，舊料摻量為0～30%時(shí)肯塔堡飛散損失均小于15%，滿足規(guī)范要求，舊料摻量為50%時(shí)，肯塔堡飛散損失為18.1%，不滿足規(guī)范要求。從集料抗剝落的角度出發(fā)，舊料摻量應(yīng)小于50%。影響瀝青混凝土抗剝落性能的因素主要是瀝青與集料的黏附性。如前所述，舊料中存在部分舊瀝青和團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，因此，隨著舊料摻量的增加，再生瀝青混凝土抗剝落性能越差。

4.5 疲勞性能

本研究采用間接拉伸試驗(yàn)評(píng)價(jià)再生瀝青混凝土的疲勞性能[4]，試件采用馬歇爾試件，直徑為101.6mm，高度為63.5mm。采用應(yīng)力控制加載模式，應(yīng)力水平分別為0.3、0.4、0.5，加載波形為半正矢波，加載頻率為10Hz，試驗(yàn)溫度為15℃。采用應(yīng)力控制加載模式時(shí)，首先需要對(duì)再生瀝青混凝土試件進(jìn)行劈裂強(qiáng)度測(cè)試。試件同樣采用馬歇爾試件，試驗(yàn)溫度也與間接拉伸試驗(yàn)相同，加載頻率選擇50mm/min。不同舊料摻量再生瀝青混凝土試件的劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)和間接拉伸試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)表11和表12。

表11 劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

表12 間接拉伸試驗(yàn)結(jié)果

由表11可知，再生瀝青混凝土劈裂強(qiáng)度隨舊料摻量的增加而增加，舊料摻量從0增加至50%，劈裂強(qiáng)度增加了近26%。說(shuō)明摻加舊料可以提高再生瀝青混凝土劈裂強(qiáng)度。這是因?yàn)榕f料中瀝青存在部分老化，使再生瀝青混凝土勁度模量得到提升，從而提高其抗變形能力，使劈裂強(qiáng)度提高。

由表12可知，隨著舊料摻量的增加，相同應(yīng)力水平條件下，再生瀝青混凝土疲勞壽命次數(shù)均隨之降低。說(shuō)明摻加舊料會(huì)損害再生瀝青混凝土的抗疲勞性能。相同舊料摻量條件下，再生瀝青混凝土疲勞壽命次數(shù)與應(yīng)力水平呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。

在應(yīng)力控制模式下，再生瀝青混凝土的應(yīng)力水平σt與疲勞壽命Nf在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中為線性關(guān)系，按照公式（1）對(duì)其進(jìn)行線性擬合。其中，系數(shù)k反映抗疲勞性能，k值越大，則抗疲勞性能越強(qiáng)；系數(shù)n反映瀝青混凝土疲勞壽命對(duì)應(yīng)力水平的敏感程度，n越大，則表示疲勞壽命對(duì)應(yīng)力水平越敏感[5]。

由表12可知，k值和n值均會(huì)隨舊料摻量的增加而減少，表明再生瀝青混凝土的疲勞壽命隨舊料摻量的增加而降低，疲勞壽命對(duì)應(yīng)力水平越不敏感。

4.6 滲水性能

再生瀝青混凝土滲水系數(shù)隨舊料摻量變化的結(jié)果見(jiàn)表13。

表13 滲水試驗(yàn)結(jié)果

由表13可知，各舊料摻量條件下，滲水系數(shù)均大于800ml/15s，因此均滿足規(guī)范要求。隨著舊料摻量的增加，再生瀝青混凝土空隙率基本保持不變，連通空隙率卻隨之降低，滲水系數(shù)也隨之降低。說(shuō)明再生瀝青混凝土滲水性能隨舊料摻量的增加變差。主要原因是舊料中存在團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，在瀝青混凝土部分區(qū)域空隙率存在不均勻情況，由此導(dǎo)致瀝青混凝土連通空隙率變小，而連通空隙率決定了再生瀝青混凝土的滲水性能。

5 結(jié)論與展望

本研究經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定了再生劑摻量，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行不同舊料摻量條件下再生瀝青混凝土的配合比設(shè)計(jì)，確定了最佳瀝青摻量，并分別成型試件，對(duì)再生瀝青混凝土路用性能進(jìn)行研究。主要結(jié)論如下：

（1）隨著舊料摻量的增加，再生瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性隨之提升；

（2）再生瀝青混凝土低溫性能隨著舊料摻量的增加變差；

（3）再生瀝青混凝土抗水損害性能隨著舊料摻量的增加而降低，且在摻量為0～30%時(shí)，抗水損害性能滿足規(guī)范要求；

（4）隨著舊料摻量的增加，再生瀝青混凝土集料抗剝落性能降低，且在摻量為0～30%時(shí)，集料抗剝落性能滿足規(guī)范要求；

（5）摻加舊料可以提高再生瀝青混凝土劈裂強(qiáng)度，但是會(huì)降低其疲勞壽命。通過(guò)分析疲勞方程可以發(fā)現(xiàn)，摻加舊料會(huì)降低疲勞壽命對(duì)應(yīng)力水平的敏感度；

（6）隨著舊料摻量的增加，再生瀝青混凝土滲水性能下降；

（7）綜合各項(xiàng)路用性能，自行車道透水路面所用再生瀝青混凝土最大舊料摻量為30%。