宁 世 凯

(中国铁建大桥工程局集团有限公司银吴项目经理部,银川 750101)

宁夏地区地处中国西北部, 其北部日照充足，紫外线强烈, 昼夜温差大, 历史最低温度-30.6 ℃, 这些特殊的气候特点及现有汽车数量的显著增加,加剧了沥青路面的破坏。 旧沥青路面的维修产生了大量的废旧沥青混凝土,但在宁夏地区废旧沥青混凝土利用率相对较低。国内再生沥青混合料(RAP)的利用研究：在路面基层方面，薛勇刚等[1]研究了旧沥青混凝土水泥稳定基层的路用性能， 文献[2-4]研究了掺废旧沥青混凝土的水泥稳定碎石的力学性能及可行性， 王海朋[5]研究了掺细废旧料水泥稳定碎石抗裂性； 在热拌沥青混凝土中， 文献[6-9]研究了RAP掺量对热拌沥青混凝土的利用性能， 文献[10-13]开展了RAP在温拌沥青混凝土中试验， 张勤玲等[14]研究了再生橡胶颗粒沥青混凝土的抗拉性能。国内外对于RAP料掺量低于30%的热拌再生沥青混凝土技术已经较为成熟,且研究及应用效果表明,其具有不低于新拌沥青混凝土的性能,甚至在某些方面性能更好。

国内对于高比例RAP(掺量超过30%)再生沥青混凝土试验研究较少,结合宁夏地区气候特点，开展高掺量RAP的再生沥青混凝土试验研究,以期为宁夏地区RAP的利用提供依据和借鉴。

1 试验材料

1.1 沥青技术要求

试验选用标号为90号的石油沥青。依据《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF 40—2004)要求,对沥青相关技术指标进行测定,检测结果见表1,各项指标均符合规范要求。

表1 沥青技术指标Table 1 Technical index of esphalt

1.2 矿料级配

试验采用AC-10级配矿料,合成级配的结果见表2。

表2 AC-10矿料级配Table 2 Mineral aggregate gradation of AC-10

1.3 废旧沥青混凝土技术指标

废旧沥青在经过老化之后其相关性能产生变化,在掺入到混合料中时,需要对旧料中的矿料和集料性能进行评估,试验结果见表3和表4。

表3 废旧沥青混凝土中集料性能Table 3 Aggregate performance of waste asphalt concrete

表4 废旧沥青混凝土中矿粉性能Table 4 Performance of mineral powder in waste asphalt concrete

2 最佳沥青用量试验

2.1 试验配合比设计

据现有试验研究和设计资料可知，AC-10型沥青混凝土的最佳沥青用量在4.8%～7.5%,设计了5.0%、5.5%、6.0%、6.5%、7.0%共5种不同沥青用量的沥青混凝土试验配比。研究了掺RAP的沥青混凝土的路用性能。

2.2 确定最佳沥青用量OAC

依据现行规范《公路沥青路面施工技术规范》,试件拌合温度为163 ℃,击实温度为138 ℃,成型时双面各击实75次。将成型后的试件静置24 h后脱模。马歇尔试验前需对试件进行30 min恒温水浴。采用表干法测定试件的质量、表干质量和毛体积密度；采用真空法试验检测沥青混凝土的最大理论密度,计算试件的空隙率、矿料骨架间隙率和有效沥青饱和度指标；通过马歇尔试验测定试件的稳定度及流值。试件的体积参数和力学指标测定结果见表5。

表5 不同沥青用量的试件体积参数和力学指标Table 5 Volume parameters and mechanical indexe of specimens with different asphalt contents

依据马歇尔试验测定试件不同沥青用量的最大稳定度和流值可知:当沥青用量在5.00%～6.00%时, 随着沥青用量的增加, 沥青混凝土的稳定度由5.05 kN增大到10.45 kN。 当沥青用量由6.00%增长到7.00%时, 其稳定度由10.45 kN减小到6.59 kN; 随着沥青用量的不断增大, 沥青混凝土的流值也不断增大。 沥青用量由5.00%增加到7.00%时, 其流值由0.98 mm增大到2.42 mm。 根据测定结果绘制沥青用量与试件各技术指标的关系曲线， 如图1所示。

图1 沥青用量与试件各技术指标关系Fig.1 Relationship between asphalt content and various technical indicators of specimes

空隙率要求范围的中值a1=5.44%, 密度最大值所对应的沥青用量a2=6.24%, 稳定度最大值对应的沥青用量a3=6.14%, 对应于沥青饱和度中值的沥青用量a4=5.74%, 计算其算数平均值得OAC1=5.89%。 确定各项指标符合沥青混凝土的技术标准要求, 计算得OAC2=6.08%。 当沥青用量为5.89%时, 试件的矿料间隙率为14.54%, 满足≥13.00%的技术要求。 考虑到宁夏属于季冻区, 为最大发挥沥青混凝土的路用性能, 综合确定最佳沥青用量OAC=6.00%。

3 废旧沥青混凝土的最佳掺量试验

依据经验，初步拟定废旧沥青混凝土的RAP掺量范围在30%～65%,设计了8种不同掺量进行试验,其设计配比见表6。

表6 废旧沥青混凝土掺量配比设计Table 6 Design of mix ratio of waste asphalt concrete wB/%

按照废旧沥青混凝土掺量配比设计方案进行车辙试验,测定在不同RAP掺量情况下沥青混凝土的抗车辙性能,通过计算确定其动稳定度,结果见表7。

表7 不同RAP掺量下的废旧沥青混凝土动稳定度Table 7 Dynamic stability of waste asphalt concrete in different RAP dosages

车辙试验表明: 随着RAP掺量的增加, 混合料的动稳定度呈先增大后减小的趋势, 当掺量为40%时, 其45和60 min时刻的变形量差值最小, 动稳定度的值达到峰值1 984次/mm。 掺量低于40%时, 其动稳定度随着掺量增加由994次/mm增长到1 984次/mm, 其增长率为99.6%; 掺量在40%～65%时, 其动稳定度随掺量增加由1 984次/mm下降为1 009次/mm, 高温稳定性减弱幅度为49.1%。 通过比较不同掺量情况下高温抗车辙试验性能, 确定最佳的废旧沥青混凝土的掺量约为40%。

4 再生剂的最佳掺量的试验

加入一定量的再生剂恢复废旧沥青混凝土的相关性能, 研究了1%、 3%、 5%、 7%掺量再生剂对40%RAP废旧沥青混凝土的影响规律,试验结果见表8和表9。

表8 不同再生剂掺量的废旧沥青混凝土最大稳定度Table 8 Maximum stability of waste asphalt concrete in different regenerant dosages

表9 不同再生剂掺量下的废旧沥青混凝土动稳定度Table 9 Dynamic stability of waste asphalt concrete in different regenerant dosages

再生剂掺量为1%时其最大稳定度值达到峰值,为16.71 kN，比未掺再生剂的沥青混凝土的最大动稳定度高了35.2%;随着再生剂掺量增加,其最大稳定度逐步减小,混合料稳定性显著下降;对于流值和再生剂掺量的关系而言,其流值的大小是随着再生剂掺量的增加而增大。通过车辙试验测定其不同掺量下沥青混凝土的抵抗车辙能力,试验表明，随着再生剂掺量逐渐增加,动稳定度呈现先增强后减弱的趋势,当再生剂掺量为3%时,其动稳定度达到峰值2 643次/mm。

5 结 论

通过试验研究了废旧沥青混凝土和再生剂掺量对沥青混凝土的性能影响,分别掺入不同用量的废旧沥青和不同掺量的再生剂改良沥青混凝土,用马歇尔试验和车辙试验测定混合料的最大稳定度和动稳定度,研究其不同掺量配比下混合料的性能变化规律,得出以下结论:

(1)通过马歇尔试验测定混合料的稳定性,同时分析毛体积相对密度、沥青混凝土的最大理论密度、空隙率、矿料骨架间隙率、有效沥青饱和度指标数据,综合考虑宁夏地区道路材料的路用性能,确定最佳的沥青含量为6.00%。

(2)RAP掺量最佳为40%,其动稳定度的值达到峰值1 984次/mm,45和60 min时刻的变形差量最小。

(3)在最佳RAP掺量确定的基础上,掺入再生剂恢复废旧沥青的软化点、延度等相关路用性能指标,增强其稳定性能和抗车辙能力。试验结果表明,1%再生剂掺量的沥青混凝土对混合料的马歇尔稳定度的提升作用最佳,其增长率为35.2%;3%掺量再生剂的混合料的抵抗车辙能力效果最佳,其增幅为33.2%。