彭文耀，李婷玉，陈宇亮，彭孝南

(1．湖南省平益高速公路建设开发有限公司，湖南 岳阳 414000；2. 湖南省交通科学研究院有限公司，湖南 长沙 410015)

0 引言

近年来我国公路建设进入全面养护时代，据统计，我国每年约有1万多km高速公路、近20万km普通公路需进行大中修，每年养护大中修产生的沥青混合料回收料(Reclaimed Asphalt Pavement，RAP)近2亿t，RAP作为一种可再生资源，其再生集料和再生沥青均可用于沥青混合料，这不仅可以解决其大量堆放给环境带来的污染问题[1-2]，同时也缓解了砂石资源供应紧张局面，降低工程造价[3]。而基于目前国内的再生技术，RAP的再生利用率不足30%，远低于发达国家90%以上的水平。由此可见，RAP的再生利用关键是实现其在再生混合料中的高掺量。

再生混合料中RAP含量主要取决于RAP的特性、再生剂类型和用量、级配设计、生产工艺,以及施工摊铺技术[4]。在高掺量RAP再生混合料方面，国内外许多学者进行了相关研究[5]，CHEN[6]等的研究发现随着老化沥青掺量的增加，厂拌热再生沥青混合料的高温性能不断提高。当掺量较低(30%)时，对低温性能影响不大，但随着含量的继续增加，低温性能显著降低。Al-QADI[4]等在研究中发现，高RAP含量(大于25%)对于再生混合料的性能是不利的，它使得混合料的刚度增加，并导致混合料更容易疲劳失效。因此，许多国家和机构不允许在热再生混合料中使用超过40%的RAP[7-8]。最近的研究表明，如果对RAP进行适当的破碎、筛选和配比设计等处理，即使在100%热再生条件下，再生混合料也可以取得良好的性能[9]。

RAP再生与其所使用的再生剂密不可分，但是，目前大部分研究往往只针对基质沥青的再生，而忽视了对改性沥青再生的研究，这是导致RAP掺量较低、RAP利用附加值低、再生的SBS改性沥青混合料性能差的主要原因之一。针对上述问题，本文通过对老化沥青和再生SBS改性沥青混合料的双重性能改善，来提升再生沥青混合料的性能，以此实现同层位的RAP掺量不低于50%的目标。

1 试验材料与方案

1.1 试验材料

试验用废旧沥青混合料(RAP)取自湖南融城环保科技有限公司，RAP中沥青含量为4.30%，抽提后回收沥青基本性能指标见表1。再生混合料配比中，RAP分0～16、16～30 mm两档；粗、细新集料采用石灰岩，颗粒粒径分0～4.75、4.75～9.5、9.5～19 mm三档。混合料用新沥青为SBS改性沥青。

再生剂由国路高科工程技术研究院有限公司提供。高黏剂选用湖南省交通科学研究院有限公司自主研发的产品，加入沥青后得到的高黏沥青主要性能如表2所示。

表1 RAP中沥青三大指标与旋转黏度试验结果Table 1 The resultsof three indexes and rotary viscosity of as-phalt in RAP

表2 高黏沥青的性能指标Table 2 Performance indexes of high viscosity asphalt

1.2 试验方案

在再生剂确定的条件下，基于马歇尔试验完成配比设计，同时添加髙黏剂或复合改性剂制备高掺量RAP再生改性沥青混合料，并与非双改性的再生混合料进行高温性能、水稳定性和低温性能。各试验的混合料类型见表3。低温性能评价采用小梁弯曲试验测试。

表3 试验方案Table 3 Testing program

1.3 试验方法

1.3.1高温稳定性试验

成型300 mm×300 mm×50 mm的车辙板试件，采用车辙试验(T0719—2011)评价混合料的高温性能，试验条件为试验温度为(60±1)℃，轮压为(0.7±0.05)MPa，车辙仪带有自动采集试件变形的记录装置，每个配比试样进行3组平行试验，取试验平均值进行结果分析。

1.3.2水稳定性试验

重型击实成型标准马歇尔试件，分别采用浸水马歇尔试验(T0709—2011)和冻融劈裂试验(T0729—2000)评价再生沥青混合料的水稳定性。

1.3.3低温性能试验

试件采用由车辙板切制的长(250±2.0)mm，宽(30±2.0)mm，高(35±2.0)mm的棱柱体小梁，采用低温弯曲试验(T0715—2011)评价再生沥青混合料的低温性能，试验温度控制为-10 ℃，加载速率为50 mm/min，根据规范测定试件最大弯曲应变和弯曲应变能密度。

2 试验结果与分析

2.1 混合料配比设计

在对2种规格的RAP料进行抽提筛分后，对RAP掺量为50%的再生沥青混合料AC-20进行配合比设计，表4列出了各档矿料比例，级配曲线如图1所示。

表4 再生沥青混合料AC-20矿料比例Table 4 Proportion of ore material in reclaimed asphalt mix-ture AC-20 %

图1 再生沥青混合料AC-20的级配曲线Figure 1 Gradation curve of recycled asphalt mixture AC-20

基于设计配比，选取油石比4.3%为基准，分别对3.3%、3.8%、4.3%、4.8%和5.3%共5个油石比进行击实试验，比较5种油石比下再生沥青混合料AC-20的体积指标，最终确定再生沥青混合料AC-20的最佳油石比为4.5%。

2.2 路用性能

基于设计配比，以掺加再生剂、再生剂+复合改性剂和再生剂+高黏剂的3种再生改性混合料为研究对象，分析不同类型混合料的路用性能，包括高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性。

2.2.1高温稳定性

对再生混合料进行车辙试验，3种再生方式下再生沥青混合料动稳定度试验结果如图2所示，试验结果显示，3种再生条件下的再生混合料动稳定度皆远高于规范要求，且2种方案的双改性热再生混合料的高温稳定性皆优于单掺8%再生剂的再生混合料，其中复掺4%再生剂+4%复合改性剂的热再生混合料高温性能最佳，动稳定度为10 158次/mm，相较于单掺再生剂混合料的高温稳定性提高了15%。

图2 再生沥青混合料车辙试验结果Figure 2 Rutting test results of recycled asphalt mixture

2.2.2水稳定性

再生沥青混合料的浸水马歇尔稳定度和冻融劈裂试验结果如图3所示。图中试件的非条件和条件分别代表试件恒温浸水48 h的养护条件和未浸水的对比养护条件。从试验结果可知，混合料的马歇尔稳定度与劈裂强度随不同再生条件有着相似的变化趋势。其中。相比于只加再生剂的混合料，复掺高黏剂的混合料获得更佳的马歇尔稳定度和劈裂强度，而对于复掺复合改性剂的混合料，此2项指标有所降低。通过浸水和未浸水试件的马歇尔稳定度、经冻融循环和未冻融循环试件的劈裂强度可分别计算出混合料的残留马歇尔稳定度和疲累强度比，如图中所示。只添加8%再生剂混合料的残留马歇尔稳定度和劈裂强度比分别为92.6%和89.5%，与其相比，添加4%再生剂+4%复合改性剂混合料分别降低了0.4%和0.6%，而添加4%再生剂+4%高黏剂分别提高了3%和2%。对比之下，复掺4%再生剂和髙黏剂的混合料水稳定性最佳，对应的残留马歇尔稳定度和劈裂强度比分别为95.4%和91.3%。综合以上2项试验结果，复掺4%再生剂和髙黏剂最有利于提高高掺量RAP厂拌热再生混合料的水稳定性。

(a) 马歇尔稳定度

(b) 冻融劈裂强度

2.2.3低温性能

沥青混合料低温抗裂性能评价方法有多种[10-11]，本文采用中国现行规范《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)中小梁弯曲试验，通常以弯拉强度、最大弯拉应变和劲度模量等3个参数进行低温性能评估。文献[12]显示弯曲应变能密度能够很好地反映物体的低温抗裂性，低温下的沥青混合料可以认为是弹性材料，弯曲应变能从能量角度对沥青混合料低温抗裂性进行评价，将低温弯曲试验整个弯曲破坏过程的瞬时弯拉应力和弯拉应变进行累积，弯曲应变能越大表示低温抗裂性能越强。弯曲应变能密度表达式如下：

式中：dW为材料应变能微分；dV为材料体积微分；σij、εij分别为应力、应变微分。

高掺量RAP的热再生沥青混合料低温性能通常难以满足路面要求[13-14]，为探讨50%RAP掺量的再生混合料低温性能，本节选用如表5所示的4种混合料类型进行低温小梁弯曲试验，采用弯曲应变并结合弯曲应变能密度来考察混合料的低温弯曲性能。低温弯曲试验结果如图4所示。

表5 低温小梁弯曲试验混合料类型Table 5 Mixture types for low temperature trabecular bending test

图4 再生沥青混合料低温小梁破坏应变Figure 4 Failure strain of recycled asphalt mixture trabecula at low temperature

图4中的试验结果表明，高黏剂与复合改性剂对再生混合料的低温性能皆有积极影响。相比于只添加再生剂的再生混合料，再生剂+髙黏剂和再生剂+复合改性剂的2种双改性再生混合料破坏应变分别提高了11%和16%。4%再生剂+4%复合改性剂双改性后的再生沥青混合料的破坏应变是(2 526.2±523.3 )με，满足规范中对于改性沥青混合料2 500 με的要求，4%再生剂+4%高黏剂的双改性再生沥青低温性能基本能够满足路用要求。双改性途径下混合料性能得到提升的主要原因为，再生剂调整了再生混合料中沥青各组分含量，利于新旧沥青的相互融合，而后高黏剂的加入增强了旧料与旧料,以及旧料与新料接触界面间的黏结力，再生混合料整体性得到更好的提升；复合改性剂的加入主要是因为其中的偶联剂增加了旧料的黏附性。

图5 应变与弯曲应变能密度的关系Figure 5 Relationship between strain and bending strain energy density

图5所示为再生混合料应变与弯曲应变能密度的关系，从中可以直观地看出高掺量RAP热再生混合料的应变与弯曲应变能密度呈良好的线性正相关，同一组试件破坏应变由于高掺量RAP再生混合料的组成复杂性存在一定的离散性，而试件的破坏应变和弯曲应变能密度之间却始终存在着密切的线性正相关性。因此，通过最大弯曲应变和弯曲应变能密度2个参数，可以较好地反应高掺量RAP热再生混合料的低温抗裂性能。

3 结论

本文通过选用再生剂和复合改性剂/髙黏剂对旧沥青与旧沥青混合料的双重改性，结合一系列室内试验探寻了50%RAP掺量的再生改性沥青混合料的路用性能，得到了以下几点结论：

a.马歇尔试验配比设计得出，再生混合料中质量分数为50%的RAP粗(16～26.5 mm)、细(0～16 mm)两档比例为38∶12时，确定最佳的油石比为4.5%，在此配比下获得了密实性良好的混合料结构。

b.采用再生剂+复合改性剂和再生剂+髙黏剂的双改性方案，高掺量RAP厂拌热再生改性沥青混合料的高温稳定性相较单掺再生剂的混合料最高得到15%的提高，水稳定性皆保持在90%左右。

c.通过最大弯曲应变和弯曲应变能密度2个参数可以较好地反应高掺量RAP热再生混合料的低温抗裂性能，在双改性的条件下，再生混合料的低温性能得以提高并满足了规范要求，研究解决了高掺量RAP再生混合料因低温不足而无法应用于道路中上面层的问题。