程跟成　黄结友　杜鹏广

摘要 针对普通热再生沥青混合料在我国南方湿热地区路面应用中容易出现水损破坏、车辙变形、耐久性不足的问题，提出将BRA应用于普通热再生混合料，以实现对热再生混合料性能的改善。通过室内性能试验发现BRA对热再生混合料的高温性能、抗水损性能具有显著提高作用，适宜的BRA掺量对热再生混合料的低温抗裂性具有改善作用;在高RAP掺量热再生混合料中推荐BRA外掺用量为2%～3%。

关键词 道路工程;热再生沥青混合料;布敦岩沥青;路用性能;回收沥青路面材料

中图分类号 U414 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）06-0156-04

引言

沥青路面厂拌热再生技术因其适用性广、计量精确、操作灵活、施工质量能够得到保证等一系列优点，已成为目前我国应用最广泛、最为实用的路面养护手段。厂拌热再生混合料在我国公路养护维修中得到广泛的推广应用，大量试验研究与工程实践表明[1-3]，随着废旧沥青路面材料（Reclaimed Asphalt Pavement，RAP）用量的提高，普通热再生混合料的高温性能普遍能够满足，但其低温抗裂性、水稳定性及耐久性有不同程度的衰减，并且RAP比例越高性能衰减越严重，大大降低再生沥青路面的使用寿命。特别在我国南方湿热地区，沥青路面车辙变形、水损坏病害频发[4-5]，使高RAP掺量（RAP掺量达到25%以上）普通热再生混合料的路用性和耐久性较难满足工程建设要求，极大制约了高RAP掺量厂拌热再生技术在我国南方湿热地区的发展和应用。布敦岩沥青（Buton Rock Asphalt，BRA）是由海底石油在自然界复杂综合作用下形成的天然沥青类物质，具有软化点高耐高温、含氮量高抗氧化、抗老化、不含蜡的优良特性，并且与基质沥青的配伍性和相容性优良。因此，BRA在公路建设与养护中应用能改善路面使用性能，是一种性能优良的改性添加剂。相关研究与工程实践表明[6-8]，BRA与热集料高温拌和可以激活BRA的特性，对混合料各组分的改性可以使混合料的高温抗车辙性能、抗水损坏性能及耐疲劳性能得到明显提高。基于此，为了改善我国南方高温多雨地区热再生混合料的使用性能，该研究将BRA掺入普通热再生混合料中进行改性，对不同BRA掺量下改性热再生混合料的使用性能进行测试分析，从而提高大比例RAP掺量热再生混合料在南方湿热气候条件下的耐候性，减少再生路面病害发生率，为BRA改性热再生混合料的推广应用提供参考。

1 原材料

1.1 BRA

研究用BRA由盐城布敦道路材料有限公司提供，对其进行抽提和质量检验来保证BRA性能达标，由表1可知其性能指标满足规范要求。

1.2 基质沥青

采用中石化茂名石化生产的A-70道路石油沥青，经检测其性能符合路用要求。

1.3 RAP

取自江西赣州某高速养护工程中面层铣刨料，使用离心分离法测定旧沥青含量并通过旋转蒸发器回收抽提液中的旧沥青。由表2中RAP的技术指标可知旧沥青老化不严重，可以很好地再生利用。

2 热再生混合料配合比设计

2.1 級配设计

由RAP抽提筛分试验结果和路面养护工程以往经验，确定采用中面层常用的AC—20C型级配进行配比设计，可以实现RAP效益的最大化。由于高RAP掺量会加剧矿料级配的波动和拌和的不均匀性，导致热再生混合料性能不稳定，质量甚至无法保证。综合考虑，确定研究方案为：RAP掺量分别为30%、40%，BRA外掺用量分别为0、2%、4%、6%（BRA用量为再生混合料质量的百分比）;并选用新拌SBS改性沥青混合料作为对比分析。不同沥青混合料的矿料合成级配见表3，由图1可知各混合料的合成级配曲线接近，可以避免因级配不同造成的混合料性能差异。

2.2 热再生混合料拌和工艺控制

RAP表面被老化沥青砂浆包裹，受热后老化沥青融化。提高RAP的预热温度可以促进结团RAP的分散和新旧沥青的充分融合、提升旧沥青的利用率，但是预热温度超过130 ℃后易导致旧沥青二次老化、流变性能丧失，因此将RAP预热温度控制在110～120 ℃。新集料的加热温度会直接影响拌和效果和出料温度，通过多次试拌确定为185～195 ℃，BRA不需加热，常温添加。

基于各种拌和材料的性质功能，确定拌和工艺为：首先同步加入BRA和高温热集料进行干拌60 s，利用高温矿料的剪切拌和将BRA熔融分散，释放BRA中的纯沥青;随后加入已预热的RAP拌和30 s，拌和均匀后加入基质沥青湿拌60 s，最后加入矿粉搅拌30 s，总拌和时间为3 min。

2.3 马歇尔试验

采用马歇尔试验配合比方法确定不同沥青混合料的最佳沥青用量，并检验最佳沥青用量下的马歇尔指标。不同混合料的试验结果见表4，表中最佳新沥青用量为新添加沥青质量与再生混合料总重量的最佳比值。

由表4结果可知，不同混合料马歇尔试件的体积指标、力学指标均能满足规范中相关技术指标的要求。RAP用量增加直接导致旧沥青提供量增多，由于这些旧沥青在拌和中得到了再生利用，从而使新沥青用量减少，稳定度值提高;掺加2%BRA热再生混合料的稳定度可以达到SBS改性沥青混合料的水平，并且体积指标也与SBS改性沥青混合料相差不大;同一RAP掺量下，BRA用量增多的同时新沥青用量减少，说明BRA中的纯沥青得到了有效利用，与混合料发生了有效融合。

3 路用性能分析

3.1 高温稳定性能

采用与路面真实受力状态相符合的车辙试验模拟混合料在高温下的塑性流动变形过程，以变形趋于稳定期的变形速率作为高温性能评价指标。试验操作方法和数据处理严格按照规范执行，相关试验结果见表5。

由表5可知：不同沥青混合料的动稳定度远超规范（≥2 800次/mm）要求，随着BRA掺量增加，热再生混合料的动稳定度先显著增大后趋于稳定，车辙变形量逐渐减小。与SBS改性沥青混合料相比，在30%RAP用量下，掺加2%、4%、6%BRA后，热再生混合料的动稳定度分别提高了25.0%、42.1%、55.9%，同时车辙变形量分别减小了9.4%、14.4%、18.3%;当RAP用量为40%RAP时，掺加2%、4%、6%BRA后，热再生混合料的动稳定度分别提高了36.4%、53.8%、66.3%，同时车辙变形量分别减小了11.7%、17.7%、22.0%。说明在高RAP掺量或者高BRA掺量情况下，热再生混合料对荷载产生的剪切变形具有更强的抵抗能力，高温稳定性能更优。分析其中原因：一方面是路面长期使用后，旧沥青油分含量减少而硬组分增多，旧沥青黏度、劲度增大。再生料中的旧沥青含量在RAP掺量增加后也随之增多，从而使沥青胶结料变硬、黏度提升，热再生混合料对荷载引起车辙变形的抵抗力得到增强;另一方面是BRA中的纯沥青具有耐高温、高软化点的特性，与沥青高温融合后使再生沥青软化点提高，同时灰分中大量的氮元素和碱性矿物与沥青高温融合后使沥青胶浆的粘附性得到增强。因此，热再生混合料在荷载作用下的流动变形得以减小，高温性能得到显著提升，能够达到SBS改性沥青混合料的高温水平，这在南方湿热地区重载交通下具有较好的适用性。

3.2 低温抗裂性能

小梁弯曲试验对沥青路面低温开裂状态的模拟程度较好，以小梁弯拉破坏时的试验指标评价混合料的低温抗裂性能，试验指标结果见表5。

由表5可知：

（1）与普通热再生混合料相比，BRA改性热再生混合料的抗弯强度随BRA掺量的增加而增大，破坏应变则是在2%BRA掺量下稍微增大之后不断减小。原因在于BRA中的灰分等碱性矿物能够加强矿料沥青间的黏附性，对低温环境中沥青混合料的延展拉伸有一定增强作用;但是BRA中胶质和沥青质含量高、纯沥青稠度大，BRA的掺量越大则沥青胶浆的流动性越差，热再生沥青混合料抵抗温缩开裂所具备的柔性和变形能力衰减更加严重。当BRA对混合料低温抗裂产生的减弱作用超过其增强作用，热再生混合料的低温抗裂性能便逐渐下降。

（2）高RAP掺量和BRA掺量的叠加作用很容易会使BRA改性热再生混合料的低温破坏应变不满足冬温区最低值2 500 με的要求。因此，应根据热再生混合料应用地区的低温性能要求确定BRA的适宜掺量，推荐外掺用量为2%～3%。

3.3 水稳定性能

浸水马歇尔试验在工程建设中被广泛使用，冻融劈裂试验对混合料水损破坏的模拟更加全面苛刻，对沥青混合料采用这两种试验方法检验其抗水损害能力，相关试验结果见表5。

由表5可知：

（1）普通热再生混合料的残留稳定度均大于80%，比较符合我国多雨潮湿区的水温性能要求;但是残留强度比小于80%，较难满足高温多雨地区对混合料的水稳性能要求，RAP掺量越高越不容易满足。说明南方湿热地区对沥青混合料的水稳性能要求较高，会限制普通热再生混合料在该地区的推广应用。

（2）在掺加2%～6%BRA后，热再生混合料的残留稳定度均大于90%、残留强度比均大于85%，增加BRA的用量后这两个指标逐渐变大，热再生混合料对水损破坏的抵抗能力得到明显加强，表现出优异的水稳定性。其中原因在于：BRA粉末在高温拌和时紧密附着在矿料表面，同时BRA粉末巨大的表面积又能够大量吸收沥青，这种特性增强了沥青与矿料的粘结强度，能有效减缓沥青从集料上剥离脱落;并且BRA粉末与基质沥青融合后造成沥青胶浆黏度增大、不易流动，从而使集料表面油膜增厚，混合料间隙中的水分子很难侵入沥青集料界面而减弱其剥离作用。这说明BRA对高RAP掺量热再生混合料的抗水损性能有明显提高作用，在我国南方湿热地区的热再生混合料生产中掺入BRA来提高再生料的水稳定性是可行的，能有效减少水损坏的发生。

4 结论

BRA中的纯沥青和灰分在提高混合料的抗剪切变形能力方面发挥着重要作用，可使热再生混合料达到甚至超过SBS改性沥青混合料的高温稳定效果，可大幅度减少沥青路面的永久变形。BRA对低温抗裂性能的影响与其掺量有关，2%～4%BRA掺量下，热再生混合料的低温破坏应变满足我国冬冷区、冬温区对沥青混合料的破坏应变要求。掺加BRA可以减缓沥青从集料上剥离脱落，进而提高热再生混合料水稳性能，克服了普通热再生混合料水稳定性不足的弊端，使再生路面具有优异的水稳定性。兼顾生产中经济效益和使用性能，推荐BRA改性热再生混合料用于我国南方高温多雨地区，最佳BRA外掺用量为2%～3%。

參考文献

[1]方杨， 刘宇， 张国民. 高掺量RAP厂拌热再生混合料高温稳定性能研究[J]. 公路， 2013（4）： 99-102.

[2]陈龙， 朱建勇， 何兆益，等. 厂拌热再生沥青混合料低温抗裂与水稳定性研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）， 2017（4）： 39-45+76.

[3]董玲云， 何兆益， 黄刚，等. 热再生沥青混合料的疲劳特性研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）， 2013（4）： 606-609.

[4]周晓军， 陈瑞礼， 黄荣粤，等. 南方高温多雨地区高速公路沥青路面合理结构探讨[J]. 广东公路交通， 2014（5）： 21-23.

[5]钟梦武， 唐明， 任江. 高温多雨地区重载高速公路沥青路面沥青材料技术指标研究[J]. 湖南交通科技， 2016（4）： 1-5+117.

[6]李瑞霞， 郝培文， 王春， 等. 布敦岩沥青混合料路用性能研究[J]. 武汉理工大学学报， 2011（9）： 50-54.

[7]樊喜雁， 吕松涛. 布敦岩沥青改性沥青混合料路用性能的对比[J]. 交通科学与工程， 2016（4）： 22-28.

[8]Muhammad Karami，Ainalem Nega，Ahdyeh Mosadegh，Hamid Nikraz. Evaluation of Permanent Deformation of BRA Modified Asphalt Paving Mixtures Based on Dynamic Creep Test Analysis[J]. Advanced Engineering Forum， 2016（16）： 69-81.

收稿日期：2022-02-28

作者简介：程跟成（1995—），男，硕士研究生，研究方向：路面材料。

基金项目：江西省交通运输厅科技计划项目“基于天然岩沥青条件下的废旧沥青混合料回收利用关键技术研究与示范”（2020H0004）。