郭乃胜，尤占平，赵颖华，谭忆秋

（1.大连海事大学 道路与桥梁工程研究所，辽宁 大连 116026；2.密歇根理工大学 土木与环境工程系，密歇根 霍顿49931；3.哈尔滨工业大学 交通科学与工程学院，黑龙江 哈尔滨 150090）

厂拌热再生技术具有混合料级配容易控制、质量稳定、性能可靠等优点，而且热再生沥青混合料（HRAM）的性能还能恢复到热拌沥青混合料的水平，因此特别适用于超期服役沥青路面材料的再生利用.但是，在HRAM 生产过程中，较高的拌和温度容易使回收沥青路面材料（RAP）中的沥青发生二次老化.若将温拌沥青技术与厂拌热再生技术组合，进而实现温拌再生技术，使得HRAM 的生产温度降低，则既能节省能源，减少温室气体排放，又可增加RAP掺量.

近年来，国内外学者对温拌再生技术进行了一定研究与应用，这些研究主要集中于温拌再生沥青混合料（WRAM）的路用性能，其中温拌依靠添加化学温拌剂、有机温拌剂或者发泡技术来实现.应用较为广泛的化学温拌剂和有机温拌剂分别以Evotherm［1－4］和Sasobit［5－8］为代表；发泡技术是利用发泡来增大沥青胶结料的体积从而包裹集料，具体包括：包含水的发泡（采用合成沸石来获得）、基于水的发泡（直接将少量水注入液体沥青中）.目前发泡技术已在WRAM 中得到应用［9－12］.尽管部分学者已经就WRAM 的路用性能进行了研究，但仍存在不足之处.针对WRAM 路用性能的研究主要集中于不同温拌剂和RAP掺量的影响分析，旨在最大限度地提高RAP掺量，但对于综合因素影响的研究鲜有报道，因而无法为WRAM 的有效应用提供保证.同时，再生剂的使用始终是困扰着HRAM 乃至WRAM的应用问题.事实上，对于已经研究应用再生技术几十年的美国而言，在再生剂的使用上也是十分慎重的，他们基本上是使用不同性能等级的新沥青来调和旧沥青，继而达到再生沥青的目标性能等级.然而，中国由于受到地域限制，部分地区高标号的沥青较难获得，施工技术人员亦对再生技术的应用缺少经验，因此更期望于使用再生剂来调和新、旧沥青，以保证再生沥青混合料的质量；除此之外，也有一些温拌剂产品含有活性剂成分，其被添加至WRAM中能够在一定程度上促进新、旧沥青的相容，从而使WRAM 的路用性能在不使用再生剂的条件下也能满足使用要求.为此，本研究依托辽阳市小小线路面大修工程，选择Evotherm－DAT（简称DAT），Evotherm－ET（简称ET）和S－I这3种同类型温拌剂，3种RAP掺量1）本文所涉及的掺量、含量等除特别说明外均为质量分数.（20%，30%和40%）以及是否使用再生剂，对WRAM 进行路用性能试验研究，并将其与HRAM 的路用性能进行比较分析，为WRAM 在路面工程中更好的应用提供借鉴.

1 试验材料

根据辽宁省地方标准DB 21／T 1847—2010《沥青路面厂拌热再生技术指南》，采用再生沥青混合料集料级配HRAM－16.其中，HRAM 的新料和RAP均来源于辽宁省辽阳市，RAP粒径为10～20mm和0～10mm.不同RAP 掺量的HRAM 集料配比如表1所示.采用马歇尔方法确定HRAM 的最佳沥青用量.HRAM 的设计空隙率为4.5%（体积分数）；其拌和及压实温度分别为160，150 ℃.根据RAP中的沥青老化情况，使用再生剂来恢复旧沥青的性能，以期较好地达到A－90＃这一再生沥青目标标号；再生剂掺量为旧沥青含量的7%.

表1 不同RAP掺量的HRAM 集料配比Table 1 Combined aggregates gradation of HRAM with different RAP contents

2 WRAM 的拌和及压实温度

温拌再生技术可以降低HRAM 的制备温度，但这与温拌剂的类型和性能紧密相关.本研究采用的3种温拌剂均属于表面活性类的化学温拌剂.其中，DAT 型温拌剂为棕色溶液，添加比例为沥青质量的10.0%；S－I型温拌剂为白色浓缩液，应用时需将浓缩液用水稀释，浓缩液与水按7.6∶100.0的质量比调配成温拌剂稀释液，添加比例为沥青质量的5.3%；ET 型温拌剂可称为DAT 温拌剂的原液，其中基本不含水，添加比例为沥青质量的0.6%.由于所用温拌剂在沥青混合料中的残余量少于沥青质量的1.0%，因此温拌剂可不计入沥青质量，并且不改变WRAM 的配合比设计.此外，由于所用温拌剂的作用实质为表面活性剂成分在沥青混合料内部形成润滑结构，基本上不改变沥青胶结料的高温黏度，因此基于沥青黏温曲线确定的混合料拌和及压实温度不适用于本研究的WRAM.为此，基于HRAM 与WRAM 这2种混合料成型试件的等体积参数原则，采用马歇尔击实法，并以设计空隙率为等体积参数，据此确定WRAM 的拌和及压实温度（击实成型）.WRAM 的压实温度为100～140 ℃（以10 ℃为增量），拌和温度较相应的压实温度提高10 ℃.WRAM 的制备温度详见表2.

表2 WRAM 的制备温度Table 2 Fabrication temperatures of WRAM ℃

通过试验分别测得不同制备温度下WRAM 的毛体积相对密度及最大理论相对密度，由此计算出相应空隙率，进而由不同压实温度下RAP掺量与空隙率的关系（见图1）来确定WRAM 的压实温度.

图1 不同压实温度下RAP掺量与空隙率关系Fig.1 Relationship between RAP content and volume of air voids at different compaction temperatures

由图1可见，在相同压实温度下，添加3种温拌剂的WRAM 空隙率均随着RAP 掺量的增加而增大；RAP掺量相同时，其空隙率则随着压实温度的增大而减小.根据图1所确定的WRAM 压实温度如表3 所示.由表3 可知，WRAM 的压实温度较HRAM 的压实温度（150 ℃）降低10～42 ℃，且降幅与RAP掺量和温拌剂特性有关：在相同RAP掺量下，添加S－I型温拌剂的降幅最大，而添加ET 型温拌剂的降幅最小.此外，WRAM 的拌和温度较相应的压实温度提高10℃.

表3 WRAM 的压实温度Table 3 Compaction temperatures of WRAM

3 WRAM 的路用性能

采用车辙试验、冻融劈裂试验和弯曲试验来分别评价WRAM 的高温稳定性能、水稳定性能和低温抗裂性能.另外，本研究亦分析了未使用再生剂的WRAM 路用性能，以探明再生剂对WRAM 路用性能的影响.未使用再生剂的WRAM 相当于在其中增加了新沥青用量，即完全采用新沥青来调和成再生沥青目标标号.事实上，通过研究发现，用新、旧沥青调和成的再生沥青技术指标仅较使用再生剂时有所降低，但仍满足A－90＃沥青的技术要求.此外，由于未使用再生剂而增加的新沥青用量基本较少（RAP掺量愈大，新沥青用量增加愈少），平均约为0.08%，在确定WRAM 的最佳沥青用量和制备温度时即可忽略不计，将未使用再生剂的WRAM 最佳沥青用量和制备温度与使用再生剂时视为相同.另外，本文所用温拌剂均属于表面活性类产品，加入到HRAM 中对新、旧沥青的调和有利，进而可提高再生沥青的性能及再生剂的使用自由度.限于篇幅原因，此部分内容不再赘述.

3.1 高温稳定性能

图2 WRAM 的动稳定度Fig.2 Dynamic stability（DS）of WRAM

WRAM 的车辙试验严格按照JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行，并以动稳定度DS来表征其高温稳定性能.WRAM 的动稳定度见图2.由图2可见，无论是否使用再生剂，WRAM的DS值均满足JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》中大于800次／mm 的技术要求，并且均随着RAP掺量的增加而增大；与使用再生剂的WRAM相比，未使用再生剂的WRAM 其DS值增加明显，如添加S－I，DAT 和ET 型温拌剂的WRAM 其DS值分别平均增大30.50%，36.26%和23.86%.这是由于加入再生剂会降低RAP中的旧沥青黏度，促进新、旧沥青的相容，进而降低再生沥青黏度，致使WRAM 的抗车辙性能有所降低.由图2还可看到，RAP掺量相同时，无论是否使用再生剂，添加DAT型温拌剂的WRAM 其DS值最大，添加ET 型温拌剂的WRAM 其DS值最小.

3.2 低温抗裂性能

WRAM 的弯曲试验严格按照JTG E20—2011进行，试验温度为－10℃，采用最大弯拉应变εm来表征其低温抗裂性能.WRAM 的εm与RAP掺量的关系见图3.由图3 可以看出，无论是否使用再生剂，WRAM 的εm值均随着RAP 掺量的增加而减小；与使用再生剂的WRAM 相比，未使用再生剂的WRAM 其εm值明显减小，如添加S－I，DAT 和ET型温拌剂的 WRAM 其εm值分别平均减小17.40%，20.00%和17.82%.此外，无论是否使用再生剂，RAP 掺量相同时，添加DAT 型温拌剂的WRAM 其εm值最大，添加ET 型温拌剂的WRAM其εm值最小.当RAP掺量为20%，30%和40%时，在使用再生剂的情况下，添加DAT 型温拌剂的WRAM 其εm值较添加ET 型温拌剂的WRAM 分别增大9.16%，19.29%和51.84%；未使用再生剂的情况下，添加DAT 型温拌剂的WRAM 其εm值较添加ET 型温拌剂的WRAM 分别增大20.76%，27.40%和28.32%.由此可见，随着RAP 掺量增加，εm的增幅逐渐加大，即温拌剂类型对WRAM 低温抗裂性能的影响差异逐渐显著.另外，由图3 可知，使用再生剂时，添加S－I和DAT 型温拌剂的WRAM 均满足JTG F40—2004 中对于εm值大于2 000×10－6的技术要求，而添加ET 型温拌剂的WRAM 在RAP 掺量为30%，40%时其εm值则不满足JTG F40—2004 的技术要求；未使用再生剂时，仅添加S－I和DAT 型温拌剂且RAP 掺量为20%的WRAM 其εm值满足JTG F40—2004的技术要求.这表明，相同条件下，使用再生剂的WRAM其低温抗裂性能表现良好，而未使用再生剂的WRAM 其低温抗裂性能降低明显，特别是较高RAP掺量的WRAM，其低温抗裂性能降低更加显著.

图3 WRAM 的最大弯拉应变εmFig.3 Maximum bending tensile strainεmof WRAM

3.3 水稳定性能

冻融劈裂试验严格按照JTG E20—2011进行，并以劈裂抗拉强度比TSR 来评价WRAM 的水稳定性能.WRAM 的TSR 与RAP掺量的关系如图4所示.由图4 可以看出，使用再生剂时，除添加ET型温拌剂、RAP 掺量为30%和40%的WRAM 之外，其他WRAM 均满足JTG F40—2004 中关于TSR 值大于75%的技术要求；未使用再生剂的WRAM 则均不满足JTG F40—2004的相关技术要求.这表明，再生剂对WRAM 的水稳定性能具有显著改善作用.WRAM 的TSR 值随着RAP 掺量的增加而减小.RAP 掺量相同时，无论是否使用再生剂，添加DAT 型温拌剂的WRAM 其TSR 值最大，添加ET 型温拌剂的WRAM 其TSR 值最小.当RAP掺量为20%时，使用再生剂的情况下，添加DAT 型温拌剂的WRAM 其TSR 值较添加ET 型温拌剂的WRAM 增大14.55%；未使用再生剂的情况下，添加DAT 型温拌剂的WRAM 其TSR 值较添加ET 型温拌剂的WRAM 增大16.22%.由此可见，无论是否使用再生剂，添加DAT 型温拌剂的WRAM 其TSR 值都要比添加ET 型温拌剂的WRAM 大，且增大比例相近，这亦表明温拌剂类型对WRAM 的TSR 值影响显著.

图4 WRAM 的TSRFig.4 TSR of WRAM

4 WRAM 与HRAM 的路用性能比较

由于在HRAM 的配合比设计中使用了再生剂，特别是关于WRAM 的路用性能研究已经明确了再生剂对其低温抗裂性能和水稳定性能具有显著改善作用，因此选择使用再生剂的WRAM 与之进行路用性能比较，以此来深入了解WRAM 的路用性能特点，并给出温拌剂的选用建议.WRAM 与HRAM 的路用性能比较如图5所示.图5中的N20表示未添加温拌剂、RAP 掺量为20%的HRAM；S20表示添加S－I型温拌剂、RAP 掺量为20%的WRAM；以此类推.从图5（a）可以看出，HRAM 的DS值满足JTG F40—2004的技术要求，并且随着RAP掺量的增加而增大；RAP 掺量相同时，添加DAT 型温拌剂的WRAM 其DS 值较HRAM 大，添加S－I和ET 型温拌剂的WRAM 其DS 值则较HRAM 小.由图5（b），（c）可知，HRAM 的εm和TSR 值均满足JTG F40—2004的技术要求，同时，HRAM 的εm和TSR 值均随着RAP掺量的增加而减小，在RAP掺量为40%时，其εm和TSR 值均接近JTG F40—2004的技术要求；RAP 掺量相同时，与HRAM 的εm和TSR 值相比，添加DAT 型温拌剂的WRAM 这2个值略有增大，添加S－I型温拌剂的WRAM 这2个值与之基本接近，而添加ET 型温拌剂的WRAM 这2个值则明显减小，特别是RAP掺量为40%时，其εm值减小约31%.由此可见，与HRAM相比，添加DAT 型温拌剂的WRAM 路用性能略有提高，添加ET 型温拌剂的明显降低，添加S－I型温拌剂的高温稳定性能降低、低温抗裂性能和水稳定性能与之相近.这亦表明，即使是同类温拌剂产品，其在WRAM 中产生的效果也不尽相同，因此使用WRAM 时选择温拌剂要十分慎重.另外，温拌剂与再生剂、新沥青及RAP 的多因素混合，以及在不同荷载工况下它们之间所产生的不同作用形态，在WRAM 的路用性能上也会呈现不同的表征结果，因此建议结合选用的材料进行路用性能研究，以明确其作用效果.

图5 WRAM 与HRAM 的路用性能比较Fig.5 Comparison of performance between WRAM and HRAM

5 结论

（1）无论是否使用再生剂，WRAM 的DS 值均满足JTG F40—2004的技术要求，仅从DS值满足JTG F40—2004的技术要求角度而言，WRAM 具有较好的高温稳定性能.

（2）再生剂对WRAM，特别是较高RAP 掺量WRAM 的低温抗裂性能具有显著改善作用.其中，使用再生剂时，添加S－I 和DAT型温拌剂的WRAM 其εm值均满足JTG F40—2004 的技术要求，而添加ET 型温拌剂时，除20%RAP 掺量的WRAM 之外，其他RAP掺量的WRAM 其εm值均不满足JTG F40—2004的技术要求；未使用再生剂时，仅添加S－I和DAT 型温拌剂、20%RAP掺量的WRAM 其εm值 能 满 足JTG F40—2004 的 技 术要求.

（3）再生剂对WRAM 的水稳定性能具有显著改善作用.使用再生剂时，除添加ET 型温拌剂、30%和40%RAP 掺量的WRAM 外，其他WRAM的TSR 值均满足JTG F40—2004 的技术要求；而未使用再生剂的WRAM 其TSR 值均不满足JTG F40—2004的技术要求.

（4）添加同类型温拌剂的WRAM 其路用性能具有显著差别.相同RAP 掺量下，无论是否使用再生剂，添加DAT 型温拌剂的WRAM 路用性能最优，添加ET 型温拌剂的WRAM 路用性能最差.

（5）使用再生剂时，与HRAM 的路用性能相比，添加同类型温拌剂的WRAM 路用性能呈现出不同的规律：添加DAT 型温拌剂的WRAM 路用性能略有提高；添加ET 型温拌剂的WRAM 路用性能明显降低；添加S－I型温拌剂的WRAM 其高温稳定性降低、低温抗裂性能和水稳定性能与之接近.

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