朱金標， 何 偉， 郭亮亮， 李 鑫

(天津市交通科學研究院， 天津 300074)

截至2021年末，全國公路總里程528.07萬km，比2020年末增加8.26萬km[1-3]。公路養(yǎng)護里程525.16萬km，占公路總里程99.4%，我國已進入建養(yǎng)并進的階段[4-7]。在各種養(yǎng)護技術(shù)中，RAP冷再生既能提高舊瀝青混合料利用率，在攤鋪碾壓過程中又不產(chǎn)生有毒有害氣體。目前，國內(nèi)外學者對RAP冷再生瀝青混合料進行了研究[8-10]，國外對RAP冷再生研究起步較早，并且頒布了系列標準規(guī)范，對RAP冷再生技術(shù)的研究已日趨成熟[11-13]；國內(nèi)研究及應用起步較晚，且RAP摻量基本在50%左右，相較國外摻量水平較低[14-15]。本文針對高摻量RAP冷再生瀝青混合料配合比設(shè)計及路用性能分析進行研究，并用于山西省沁源縣鋪筑試驗路進行驗證檢測。

1 原材料

1.1 集料

本文對所用集料、水泥進行試驗檢測，結(jié)果見表1、表2。由表1、表2可知，各檢測指標都滿足規(guī)范要求。

表1 集料性能指標

表2 水泥性能指標

1.2 瀝青

對使用的乳化瀝青進行了針入度、延度及軟化點等試驗，結(jié)果見表3。由表3可知，檢測結(jié)果均符合規(guī)范要求。

表3 乳化瀝青技術(shù)性能指標

2 配合比設(shè)計

2.1 級配

RAP摻量分別為75%、90%、100%，根據(jù)篩分試驗得出冷再生混合料各篩孔通過率，并據(jù)此確定試件級配，級配范圍見表4。

表4 級配范圍

由表4可知，級配在上下限范圍內(nèi)，符合要求。

2.2 最佳含水率

按《公路土工試驗規(guī)程》(JTG 3430—2020)中T0131的方法，采用重型擊實試驗確定最佳含水率，獲得最大干密度時混合料的含水率即為混合料最佳含水率OWC，試驗數(shù)據(jù)見表5。

表5 最佳含水率測定試驗數(shù)據(jù)

表5試驗結(jié)果表明，隨著RAP摻量的增加，混合料含水率和干密度均逐漸減小。

2.3 最佳油石比確定

由于現(xiàn)場施工存在熱壓實過程，增大馬歇爾2次擊實次數(shù)更加貼合現(xiàn)場施工工藝。為此，根據(jù)表6方法成型馬歇爾試件，并對成型好的試件進行劈裂試驗、毛體積密度試驗及最大理論密度試驗，以確定最佳油石比，試驗結(jié)果見表7。

表6 冷再生瀝青混合料馬歇爾試件成型方式

表7 試驗結(jié)果

從表7試驗結(jié)果看，隨著擊實次數(shù)的增加，3種RAP摻量的冷再生混合料3項性能指標均有所提升。當擊實次數(shù)為75次時，3種RAP摻量的冷再生混合料劈裂強度隨油石比的增加呈先上升后下降的趨勢，而干濕劈裂強度比無明顯規(guī)律。當擊實次數(shù)為150次時，75%與100%RAP摻量的冷再生混合料劈裂強度隨油石比的增加呈先上升后下降的趨勢，而90%RAP摻量的冷再生混合料劈裂強度隨油石比的增加而增加，3種RAP摻量試件的干濕劈裂強度比基本超過100%，究其原因可能在于擊實次數(shù)的增加導致試件毛體積密度增大，試件內(nèi)部結(jié)合愈加緊密，油石比越大劈裂強度越高。因此，不能僅憑2種評價指標確定合適的油石比。為此，需引入新的評價指標來協(xié)助確定冷再生瀝青混合料油石比，本文針對RAP不同摻量以無側(cè)限抗壓強度作為補充評價指標，其試驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 3種RAP摻量下混合料無側(cè)限抗壓強度值

由圖1可見，3種不同RAP摻量的瀝青混合料，隨油石比的增加，其無側(cè)限抗壓強度均呈先升后降的趨勢，表明無側(cè)限抗壓強度指標可用來輔助確定最佳瀝青用量。結(jié)合擊實150次劈裂強度與無側(cè)限抗壓強度，得出75%、90%、100%RAP摻量最佳油石比分別為4.2%、4.0%、3.6%。

3 不同RAP摻量混合料路用性能

3.1 混合料性能試驗

分別對75%、90%以及100%RAP摻量混合料進行車轍試驗、凍融劈裂試驗、無側(cè)限抗壓強度試驗、劈裂試驗，結(jié)果如圖2所示。

(a) 劈裂強度

1) 抗拉性能

根據(jù)圖2(a)結(jié)果可知，隨著RAP摻量的增加，冷再生瀝青混合料的抗拉性能有所減弱，其中90%RAP摻量和100%RAP摻量混合料較75%RAP摻量混合料劈裂強度的降幅分別為10.89%、23.48%，但均符合規(guī)范要求。由于舊料自身瀝青老化導致瀝青粘結(jié)性能較差，當完全使用瀝青混合料舊料時，混合料之間粘結(jié)力不足，劈裂強度降低。

2) 抗水損壞性能

根據(jù)圖2(b)和圖2(c)結(jié)果可知，其中90%RAP摻量和100%RAP摻量混合料較75%RAP摻量混合料干濕劈裂強度比降幅分別為0.74%、3.80%；凍融劈裂強度比降幅分別為1.15%、0.51%。隨著RAP摻量的增加，冷再生瀝青混合料的抗水損壞性能變化不大。原因可能在于冷再生瀝青混合料摻加了水泥，3種RAP摻量的冷再生瀝青混合料的空隙率差異較小，隨著試件在水中浸泡的時間增加，水泥水化反應較為完全，為瀝青混合料提供了初期強度，進而提升了冷再生瀝青混合料的抗水損壞性能。

3) 高溫性能

通過車轍試驗對3種RAP摻量的冷再生瀝青混合料進行高溫性能檢測，圖2(d)試驗結(jié)果顯示，3種RAP摻量的冷再生瀝青混合料均符合規(guī)范要求。其中90%RAP摻量以及100%RAP摻量混合料較75%RAP摻量混合料動穩(wěn)定度降幅分別為3.21%、10.19%。由于舊料中的瀝青已經(jīng)老化，在養(yǎng)護以及試驗過程中一定程度上致使瀝青發(fā)生二次老化，因此，隨著RAP摻量的增加，冷再生瀝青混合料的高溫性能下降。

4) 抗壓性能

采用無側(cè)限抗壓強度試驗對3種RAP摻量混合料抗壓強度進行檢測，圖2(e)表明，90%RAP摻量以及100%RAP摻量混合料較75%RAP摻量混合料抗壓強度降幅分別為6.21%、19.73%。由于舊料已在荷載作用下產(chǎn)生破壞，當完全使用舊料時，冷再生瀝青混合料抗壓強度大幅度衰減并小于規(guī)范要求。

3.2 試驗段壓實度檢測

本研究依托山西省沁源縣交口至有義段公路改建工程，起訖樁號為K128+600～K149+300，路線全長20.7 km，公路等級為二級。試驗段采用ATB-25乳化瀝青冷再生混合料，RAP摻量分別為75%、90%以及100%，初壓采用雙鋼輪壓路機1遍～3遍，第1遍前進采用靜壓方式，其他壓實遍數(shù)在不發(fā)生混合料推移的情況下都采用振動碾壓；復壓采用單鋼輪壓路機振動壓實3遍～5遍，終壓采用輪胎壓路機靜壓2遍～3遍，試驗段質(zhì)量檢測結(jié)果見表8，路面效果如圖3所示。

表8 試驗段壓實度檢測結(jié)果

圖3 碾壓后的試驗段路面照片

從表8可知，3種RAP摻量混合料試驗段壓實度檢測結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論

本研究對比2種擊實次數(shù)下瀝青混合料性能指標，確定適合于冷再生瀝青混合料成型方法及評價指標，通過對不同摻量條件下冷再生瀝青混合料性能試驗以及試驗段質(zhì)量檢測，得到其路用性能。主要結(jié)論如下：

1) 隨著擊實次數(shù)的增加，劈裂強度及干濕劈裂強度比作為評判冷再生瀝青混合料最佳油石比指標，可通過增加無側(cè)限抗壓強度指標用來確定最佳瀝青用量。

2) RAP摻量90%和100%混合料較RAP摻量75%的混合料劈裂強度的降幅分別為10.89%、23.48%，干濕劈裂強度比降幅分別為0.74%、3.80%，凍融劈裂強度比降幅分別為1.15%、0.51%。隨著各摻量試件在水中浸泡的時間增加，冷再生瀝青混合料的抗水損壞性能均比較穩(wěn)定。

3) RAP摻量90%和100%混合料較RAP摻量的75%混合料動穩(wěn)定度與抗壓強度均有所下降。由于舊料中的瀝青已經(jīng)老化，集料已在荷載作用下產(chǎn)生破壞，當完全使用舊料時，冷再生瀝青混合料高溫及抗壓性能較差，并且當RAP摻量為100%時混合料抗壓強度不能滿足規(guī)范要求。

4) 對3種RAP摻量下冷再生瀝青混合料進行試驗段鋪設(shè)，并進行壓實度檢測，壓實度檢測結(jié)果均滿足規(guī)范要求，高RAP摻量冷再生瀝青混合料可滿足路用要求。