马宗良

(青海省路桥一公司 西宁市 510300)

0 引言

热拌沥青混合料(hot-mix asphalt，HMA)施工中，干燥和加热骨料会浪费大量能源并排放气体污染物，对自然环境造成威胁，如何降低能源消耗和废气排放成为道路研究者重点关注的课题。温拌沥青混合料作为一种新技术，其制备温度比传统HMA低10～30℃。降低能耗不仅可以节约资金，还可以减少沥青路面施工过程中排放的烟气和温室气体，更加环保[1-2]。温拌沥青(Warm-mix asphalt，WMA)技术要求降低沥青结合料的粘度，通过添加有机或矿物添加剂来补偿温度降低对沥青混合料性能的影响。Sasobit是生产温拌沥青的最佳添加剂之一，它不仅降低了沥青的粘度，而且提高了沥青的软化点、复合模量、抗车辙因子。

尽管WMA混合料有很多优点，但由于拌和和压实温度的降低，WMA的使用性能受到较大影响。有研究表明：WMA沥青混凝土的抗车辙能力不足，李斌[3-4]等人认为这主要与在较低拌和和施工温度下结合料的氧化硬化不足有关；此外，加热可能会导致RAP颗粒过度老化，使用温拌加热技术会缓解这一问题。因此，人们对WMA技术产生了极大的兴趣，吴凡等[5]研究了不同温拌技术对沥青性能和沥青混合料压实温度的影响，左锋等[6-7]研究认为添加温拌剂可提高再生沥青混合料旧料掺量，建议掺量不超过50%。然而不同温拌技术(比如Sasobit 和Zycotherm)和不同旧料掺量对温拌再生沥青混合料的抗车辙性能和回弹模量的影响尚不清楚，研究了不同温拌技术和不同RAP掺量下WMA混凝土的抗永久变形能力，并与HMA混合料性能进行对比分析。共采用12种沥青混合料开展了室内试验研究，混合料类型分别是HMA和两种不同温拌技术的WMA混合料，RAP含量分别为总集料质量的0%、25%、50%和75%。采用的试验包括：马歇尔试验、弹性模量试验、动态蠕变试验和汉堡车辙试验。

1 试验原材料和试验方法

1.1 试验原材料与级配

RAP的旧料是从某一级公路铣刨路面回收得到，旧料先进行破碎筛分，旧料级配见表1所示，对级配不良的铣刨料，通过掺加部分新料以改善其级配。根据级配要求及筛分结果，需在旧沥青混合料中加入石屑和碎石，掺入量依据原路面级配确定，新集料的各项技术性质必须满足规范要求。此外，测定了RAP的沥青含量为5.1%。

新沥青采用SK70沥青，其基本技术指标见表2所示。温拌剂采用Sasobit和Zycotherm，添加剂量参考已有研究[8-9]，本文确定在120℃的温度下Sasobit添加3%, Zycotherm 添加0.15%(按沥青重量的百分比)。

表1 旧料筛分结果

表2 SK70沥青技术指标

制作WMA和HMA混合料试件时，分别将新集料在135℃和170℃下加热24h、RAP集料在135℃和150℃下加热2h，且RAP的掺加量分别为0%、25%、50%和75%，按照沥青混合料的设计要求，成型马歇尔试件。各种混合料级配的最佳沥青含量见表3所示，在最佳沥青含量下进行相应的基本性能测试。

表3 不同RAP掺量下的沥青混合料的最佳沥青含量

1.2 试验方法

为了更好地评价不同掺量RAP温拌再生沥青混合料的抗永久变形能力，分别对HMA和WMA混合料试件进行回弹模量试验、动态蠕变试验和汉堡车辙试验。三类试验所采用的试样空隙率均控制在6%～7%，每个试验做三个平行试验，取其平均值作为试验结果。

(1)回弹模量测试

沥青混合料回弹模量测试采用SANS电子万能试验机。回弹模量是路面结构设计和分析的重要参数，回弹性模量是在重复加载卸载作用下，轴向应力与可恢复的轴向应变之比，应力和应变数据仪器可自动读取记录。试件尺寸为直径100mm，高度100mm，以2mm/min的加载速率均匀加载至破坏，记录试件破坏时的荷载峰值。最后将埋放有传感器的试件置于压头，分别取0.1P、0.2P、0.3P、0.4P、0.5P、0.6P和0.7P七级作为试验荷载加载。

(2)动态蠕变试验

动态蠕变试验是用来测试沥青混合料在重复荷载作用下的永久变形，采用通用试验机(UTM-25)进行动态蠕变试验，来表征沥青混合料的抗车辙损坏能力。测试试样在半正弦波进行加载，用线性可变差动传感器测量同一加载方向的变形。试样尺寸为直径100mm，高度150mm，首先将每种混合料的三个试样置于50℃的环境箱中保温5 h，然后施加700 kPa的应力作为轴向应力，加载周期为加载0.1s、卸载0.9s，进行动态重复加载，并使用线性可变差传感器(LVDT)测量轴向变形。选择流变次数(定义为试样中永久应变显著增加的循环次数)评价沥青混合料抵抗永久变形能力的参数。

(3)汉堡车辙试验

汉堡车辙试验可测试沥青混合料的抗车辙性能和抗剥落性能。主要是评价沥青混合料在周期荷载作用下抵抗永久变形的能力。该试验是通过旋转压实仪成型圆柱形试件，然后切割成直径为150mm、高度60mm的试样，试验温度为50℃，进行30000次荷载循环，自动连续测量轮迹中点处压入的深度，精度为0.01mm。

2 试验结果分析

2.1 回弹模量试验结果分析

回弹模量表征了在垂直荷载作用下，沥青路面抵抗竖向变形的能力，是沥青混合料结构设计中重要的力学参数。25℃下WMA和HMA沥青混合料的回弹模量测试结果如图1所示。结果表明，随着RAP掺量增加沥青混合料的回弹模量值增加，尤其高掺量RAP下回弹模量增加更显著，主要原因是老化RAP沥青混合料劲度的影响。还发现当RAP掺量不超过50%时， Sasobit-WMA沥青混合料的回弹模量高于HMA和Zycotherm-WMA混合料,当掺量超过50%后Zycotherm-WMA的回弹模量最小。

2.2 动态蠕变试验结果分析

动态蠕变试验结果如图2所示，由图2可以看出随着RAP混合料掺量增大，流变次数增加，尤其是RAP掺量为75%时，Sasobit-WMA混合料达到破坏时的流变次数在8000次以上。与新沥青相比，回收利用的沥青粘附集料更困难，主要原因是暴露在自然环境中的路面氧化老化严重。一般而言，降低温度可减少氧化老化而提高沥青混合料的抗永久变形能力。然而，Zycotherm-WMA混合料的流变次数小于添加Sasobit-WMA混合料和HMA混合料，同等条件下Zycotherm 的温拌沥青混合料的抵抗永久变形能力最弱，主要原因是Sasobit改性的沥青结合料具有较高的劲度，使得相应混合料具有显著的抗永久变性能力；不同掺量的HMA混合料试验结果还表明：采用RAP取代新集料可以显著提升混合料的抗永久变形能力。

2.3 汉堡车辙试验结果分析

汉堡车辙试验结果如图3所示。可以发现，车辙试验结果与动态蠕变试验结果一致，随着RAP掺量增加，车辙深度减小，且同一掺量下的温拌沥青混合料的车辙深度小于HMA的。

3 结论

(1)同等掺量RAP的Sasobit-WMA比HMA和Zycotherm-WMA沥青混合料的回弹模量大，且随着RAP掺量增加回弹模量增幅更大。

(2)由回弹模量试验结果可推断，在Sasobit-WMA混合料中加入RAP材料可以提升混合料的劲度，Zycotherm-WMA混合料中RAP会降低其劲度，Zycotherm-WMA混合料的回弹模量与HMA混合料的几乎相同；另外，由动态蠕变试验可推断，不是所有的温拌剂都能提高再生沥青混合料旧料掺量。

(3)与Zycotherm-WMA和HMA混合料相比，Sasobit-WMA混合料具有显著的抗永久变形能力，主要原因是Sasobit改性沥青结合料劲度大，Zycotherm-WMA混合料流变次数最小。随着RAP掺量增加，WMA和HMA混合料的抗车辙性能增强且与温拌技术无关。