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旧料掺量对温拌再生沥青混淆料耐久性的影响剖析

宣布日期：

2025-01-10

摘要

为了研究旧料掺量对温拌再生沥青混淆料耐久性的影响，接纳冻融劈裂与水损坏敏感试验(MIST)研究混淆料抗水损害性能，接纳半圆弯曲试验研究混淆料抗裂性能，接纳标准贯入试验(SPT)研究混淆料动态模子转变趋势。效果批注：随着接纳沥青路面质料(RAP)含量的增添，水处置惩罚后沥青混淆料弹性模量比逐渐提高，水对弹性模量的衰减水平影响相对较低；混淆料破损时的耗散徐变应变能DCSEf先增添后镌汰，温拌再生沥青混淆料中保存一个zui佳的RAP含量；旧料的增添在一定水平上降低了沥青混淆料的抗开裂能力，使混淆料向脆化偏向生长，当旧料掺量抵达一定水平后，再生沥青混凝土的抗裂性能将不再降低；一律条件下，RAP掺量越大，再生混淆料动态模量越大，混淆料体现出更多的刚性，更趋于脆性，随着试验温度的提升，温拌再生沥青混淆料的动态模量更多地展现出黏弹性特征；相同RAP含量时，热再生沥青混淆料浸水后抗变形能力、抗裂能力及动态模量均高于一律条件下的温拌再生混淆料；热再生条件下能融化RAP料外貌旧沥青的数目比温拌条件时多，使混淆料更密实，其体积特征的转变带来了性能的差别。

要害词：蹊径工程 | 再生沥青混淆料 | RAP掺量 | MIST | 半圆弯曲试验 | SPT | 耐久性

沥青混淆料作为主要的路面质料被普遍运用，然而在运输、生产、摊铺历程中能源消耗大，并带来温室气体排放等一系列情形问题。温拌再外行艺通过降低混淆料在拌和与施工历程中的温度来抵达节能减排的效果[1]。沥青混淆料再生可大致分为：现场热再生、现场冷再生、厂拌热再生和厂拌冷再生[2]。现场热再生需要腾贵的施工机械、施工用度大、施工条件相对苛刻且ji易受天气影响[3]；现场冷再生与厂拌热再生一样平常用于路面的下层结构，接纳沥青路面质料(RAP)的价值使用率不高[4]；在古板的再外行艺中，RAP的掺量(质量分数，下同)一样平常不大于30％，掺量过高会导致再生剂用量过大，同时还会显著降低再生沥青混淆料的路用性能。温拌再生沥青混淆料在较低的温度下生产施工，镌汰了沥青的老化，同时提高了沥青混淆料的和易性，使其越发密实[5]。

中国旧沥青路面的再外行艺研究起步较晚，直到20世纪70年月才最先对旧沥青路面再生使用手艺的可行性、经济性和现实应用举行试验研究[6]。2000年，东南大学和常州市化工研究所合作，研制出了针对高品级沥青路面的新型再生剂[7]；2003年在沪宁(上海—宁波)高速公路上海段大中修工程接纳了沥青路面现场热再外行艺，其旧料的使用率抵达100％[8]。《公路沥青路面再外行艺规范》(JTG F41-2008)中对旧沥青混淆料的接纳处置惩罚及试验要求、再生混淆料设计及手艺要求、种种再生要领的施工工艺及质量控制等举行了详细划定。季节等接纳耗散能法剖析了RAP掺量、拌和方法对热拌及温拌再生SMA沥青混淆料疲劳性能的影响，发明其疲劳寿命与累积耗散能的关系不会随RAP掺量、拌和方法的转变而转变，疲劳寿命与累积耗散能在双对数坐标下，均体现出优异的线性关系[9]。杨丽英等通过沥青路面旧料剖析和再生沥青混淆料配合比设计，确定了温、热再生沥青混淆料的配合比，并指出在矿料合成级配基内情同的条件下，可以将旧沥青混淆料用量提高到45％，突破了热再外行艺中旧料比例不凌驾30％的手艺难题，并接纳四点弯曲试验对再生沥青混淆料举行了疲劳性能验证，发明温拌再生混淆料的疲劳性能显着优于热拌再生混淆料[10]。

美国早于1915年最先对旧沥青再外行艺举行研究，可是其时处于新建公路的建设岑岭期，此项手艺未开展深入研究[11]。直到1973年石油�；�，这项手艺才重新受到人们重视[12]。美国联邦公路局和质料与试验协会等经常召开有关旧沥青路面再生使用的聚会，推动了路面再外行艺的生长[13]。Valdes等对RAP沥青混淆料的力学性能举行了试验研究，评价了2种zui大集料粒径为12和20ｍｍ的半致密混淆物(划分含有40％和60％RAP，凭证西班牙规范)，剖析了RAP转变对再生混淆物的影响，然后通过测定其刚度模量、间接抗拉强度、开裂和疲劳性能，研究了其力学性能；效果批注，通过适当表征和处置惩罚RAP贮存，通�？梢越呓幽陕手柿喜羧肓で嗷煜现衃14]。Zhao等通过在沥青混淆料中添加接纳的再生沥青瓦(RAS)，接纳凝胶色谱仪(GPC)剖析混淆料中新沥青与再生沥青的共混效率，预计RAS黏结剂的共混效率，评价了团圆体粒径、RAS掺量和混适时间对共混效率的影响；试验效果批注，大分子物质含量与沥青团结料的复合剪切模量高度相关，增添混适时间可以更好地将RAS与混淆料举行共混，团圆体巨细对共混效率没有显著影响[15]。

由于老化沥青的保存，随着再生沥青混淆料中旧料比例的提高，其高温稳固性有所提高，但水稳固性和低温抗裂性以及耐久性有差别水平的降低，并且随着旧料掺量的升高，这种趋势越发显着[16]。沥青混淆料的耐久性包括质料对天气变换和荷载重复作用的敏感性[17]。常用的试验要领有马歇尔残留稳固度试验[18]、冻融劈裂试验[19]、疲劳试验[20]。本文重dian接纳水损坏敏感试验(MIST)来评价温拌再生沥青混淆料在动水压力作用下对抗水损害的能力，该试验与古板要领相比，更能模拟现实车辆荷载作用下的路面质料现实受力状态，因而在西欧等国家获得普遍应用。接纳带切口半圆弯曲试验和简朴性能试验(SPT)等要领，重dian剖析旧料掺量对再生沥青混淆料水稳固性、抗裂性能及动态模量等性能的影响。

试验质料

矿料

本文中拟接纳的混淆料级配为AC-25，对应接纳3种粒径D规模的石灰岩，划分为15≤D＜25、5≤D＜15和0≤D＜5ｍｍ，矿粉为碱性的磨细石灰石粉。经磨练，矿料的物理力学性能指标均知足相关规范要求。

旧料

为包管再生沥青混淆料具有稳固的级配，对蹊径上铣刨接纳的旧料，需在工厂先举行破碎处置惩罚，形成粗细2种规格，划分为15≤D＜25和0≤D＜15ｍｍ，经磨练前者沥青含量(质量分数，下同)为5.6％，后者沥青含量为4.1％。经抽提后去除旧沥青，对旧矿料举行试验检测，其物理力学指标均切合相关手艺要求。

沥青

接纳的旧沥青为铣刨料经沥青疏散后获得的旧沥青，为70号沥青，新沥青为A-70号沥青。旧沥青和新沥青主要手艺指标如表1所示。

旧料掺量对温拌再生沥青混淆料耐久性的影响剖析

接纳旧沥青的针入度为56.8(0.1mm)，15℃延度为11.7cm，泛起显着的脆性特征，说明其老化水平较大。

温拌剂

温拌剂为特殊的外貌活性剂质料，掺量为新沥青用量的5％，生产时与沥青同时添加至矿料举行混淆料的拌和，可在低于热拌沥青温度20℃～30℃的条件下实现优异的压实，抵达目的逍遥率。

混淆料组成及体积特征

参考中国相关的再生沥青混淆料组成设计要领[16-20]，对温拌再生沥青混淆料举行了配合比设计，接纳的旧料掺量划分为15％、30％、40％、50％。新沥青的用量是参考相同矿料级配下RAP零掺量时的zui佳沥青用量，减去旧料中的沥青量而盘算获得。为较量剖析，对添加30％旧料的热再生沥青混淆料和旧料零掺量的温拌沥青混淆料也举行了试验研究。表2为种种旧料掺量下的AC-25沥青混淆料的新沥青用量、zui大理论密度及逍遥率�ｅ幸Ｂ视刖闪喜袅康墓叵导�1。

旧料掺量对温拌再生沥青混淆料耐久性的影响剖析

旧料掺量对温拌再生沥青混淆料耐久性的影响剖析

由表2可以看出，随着RAP掺量的增添，响应温拌再生沥青混淆料的逍遥率也差别水平的增添，相比0％RAP掺量的温拌沥青混淆料，其效果尤为显着。剖析可知，RAP中用于矿料裹覆的有用沥青相对较少，在低RAP掺量情形下，其对沥青混淆料的体积指标效果影响较小，当RAP掺量增da后，影响水平也响应增添。

当掺加30％RAP接纳热拌再生的方法成型试件，在相同新沥青掺量、相同级配的情形下，其逍遥率与温拌再生沥青混淆料基本靠近，前者为4.08％，后者为4.33％，因此，进一步证实温拌手艺可以应用于再生沥青混淆料。

古板研究以为[21-22]，沥青混淆料逍遥率越大，耐久性越差。但关于温拌再生沥青混淆料，此纪律是否顺应，需举行针对性的室内试验验证。

旧料掺量对温拌再生沥青混淆料耐久性的影响

水损坏敏感试验

沥青混淆料恒久在水情形条件下会爆发沥青与集料界面剥离，泛起松散、外貌坑槽等征象，而在交通荷载作用下，路面结构内部的水分成为有压水，以脉冲的方法在沥青混淆料逍遥中流动，而动水压力造成的损伤将远大于静水状态。

通常评价沥青混淆料水稳固性能的要领为冻融循环法[23]，将试件在一定逍遥率时举行真空饱水处置惩罚，凭证AASHTO规范要求，经真空饱水处置惩罚的试件其饱合度应为65％85％。冻融循环前后的试件力学性能指标下降的比率即为评价沥青混淆料水稳固性能的指标。

为了更真实模拟水对沥青混淆料性能下降的影响，应用MIST评价动水作用下的沥青混淆料的水稳固性能。该要领可以加速模拟交通荷载作用于湿润路面的行为。当轮胎作用于湿润路面时，轮胎与路面之间的水分受到挤压成为高压有压水，并迫使水分向路面逍遥中冲洗，而当车轮驶离路面时，水分受到的压力减小，并从路面的逍遥中流出。

接纳MIST模拟了上述动水条件，对沥青混淆料施加循环重复的高压力，为了加速沥青混淆料的破损历程，试验温度选择为60℃。接纳的沥青混淆料试件为直径15.24cm，厚度10.16cm。试件的目的逍遥率为7％，试件的毛体积密度接纳ASTMD2726或AASHTOT166的要领测定。在循环历程中动水压力在027.58kPa间转变，并设定循环次数为1000次。试验装备见图2。

旧料掺量对温拌再生沥青混淆料耐久性的影响剖析

接纳2种方法处置惩罚：1次冻融循环与1000次动水冲洗循环。水处置惩罚后举行间接拉伸试验(IDT)，划分盘算试件的弹性模量和耗散徐变应变能(DCSE)，DCSEf为试件破损时的耗散徐变应变能，盘算效果见表3。

旧料掺量对温拌再生沥青混淆料耐久性的影响剖析

经由水处置惩罚后，弹性模量转变可以表征沥青混淆料在荷载作用下的抗变形能力，凭证试验效果可以看出：

(1)随着RAP掺量的增添，水处置惩罚后沥青混淆料弹性模量比逐渐提高。RAP含量较高的情形下，再生沥青混淆料的动态模量下降水平较少，即水对动态模量的衰减水平相对较低。

(2)从相同RAP掺量的热拌、温拌再生沥青混淆料较量来看，热拌再生沥青混淆料动态模量比高于温拌再生沥青混淆料，说明热再生沥青混淆料浸水后抗变形能力优于温拌再生沥青混淆料。

(3)从2种差别水处置惩罚步伐对沥青混淆料性能衰减情形来看，1次冻融循环对混淆料造成的损伤略高于1000次动水冲洗对混淆料抗变形能力下降的影响。2种差别的水处置惩罚步伐均模拟了水流填充沥青混淆料逍遥这一历程对沥青团结料与集料黏结性能的影响，当车辆荷载行驶在有水路面时，路外貌的地表水履历瞬间压缩、瞬间释放的历程，这一历程将使沥青混淆料逍遥中的水履历膨胀、缩短的历程，造成水对集料、沥青界面的冲洗损伤。因此2种水处置惩罚步伐在一定条件下可以相互等效、转化。

而凭证试件破损时的耗散徐变应变能DCSEf效果可以看出：

(1)随着RAP掺量的增添，温拌再生沥青混淆料的DCSEf先增后减，说明当RAP掺量较低时，沥青混淆料泛起较好的韧性，但当RAP掺量较高时，试件爆发塑性破损变形所需的临界耗散徐变应变能减小，试件爆发脆性开裂的可能性提高。这与试验历程中视察到的试件破损趋势一致。说明温拌再生沥青混淆料中保存一个zui佳的RAP掺量，旧料掺量过上将导致沥青混淆料抗裂性能下降。

(2)热拌再生沥青混淆料的DCSEf略小于温拌再生沥青混淆料，批注温拌再生沥青混淆料爆发塑性破损所需能量要略高于热拌再生混淆料，而两者数值差别并不大。因此，可以以为热拌再生沥青混淆料与温拌再生沥青混淆料DCSEｆ基内情同。

(3)与弹性模量比相反，经1000次动水冲洗后的试件DCSEf小于1次冻融循环后的试件。虽然经1000次动水冲洗后的试件抗变形能力略优于经1次冻融循环后的试件，但正由于其较好的抗变形能力，使试件在荷载作用下能集聚更多的弹性变形能；若造成破损时的变形能相同，则经1000次动水冲洗后试件贮存的弹性应变能大于经1次冻融循环后的试件，其DCSEf也小于1次冻融循环后的试件。

半圆弯曲切面试验

通过对半圆试件预切口，测定试件破损历程中爆发的变形能-破损应变能，可以盘算获得用于评价混淆料断裂性能J的积分临界值Jc，即

旧料掺量对温拌再生沥青混淆料耐久性的影响剖析

旧料掺量对温拌再生沥青混淆料耐久性的影响剖析

为了抵达较为理想的效果，半圆弯曲切面试验在25℃室温条件下举行，以0.5mmm/min的速率举行加载，纪录荷载由0增添至峰值历程的荷载－变形曲线，并凭证试验效果盘算试件单位厚度应变能。为了获得用于评价试件抗裂能力的Jc，划分接纳12.5、25.4、38ｍｍ切口深度举行试验，如图3所示。

旧料掺量对温拌再生沥青混淆料耐久性的影响剖析

应变能越大，批注沥青混淆料抗疲劳开裂的能力越强。为了镌汰厚度对试验效果的影响，将应变能标准化后可以获得单位厚度应变能，即试件爆发破损时外界荷载在单位长度上所做功。差别切口深度的半圆弯曲试验效果如表4所示。

旧料掺量对温拌再生沥青混淆料耐久性的影响剖析

由表4可见，随着切口深度的增添，单位长度应变能随之降低。从RAP掺量对应变能的影响水平来看，未掺配旧料的应变能均高于相同切口深度下其他掺配旧料的混淆料，旧料的增添在一定水平上降低了沥青混淆料的抗开裂能力，使混淆料向脆化偏向生长。

差别质料变形纪律趋势接纳线性回归获得直线的斜率即为Jc，用于评价沥青混淆料的抗裂性能，Jc越低，批注质料脆性增da，抗裂性能降低。差别旧料掺量的再生沥青混淆料Jc值如图3所示。

从图3可以看出，随着旧料掺量的增添，沥青混和料Jc显著降低，说明再生沥青混凝土的抗裂性能降低。从热拌混淆料的比照情形来看，掺配30％旧料的热拌再生沥青混凝土Jc值高于一律掺量温拌混淆料，同时也略高于15％旧料掺量的温拌再生料。由此可知，热拌再生混淆料的抗裂能力高于一律条件下的温拌再生混淆料。这可能是由于热拌再生沥青混淆料的温度较高，因此其融化RAP料外貌旧沥青的数目比温拌条件时多，因而使新旧沥青混溶匀称水平提高，同时提高了其抗裂性能。

温拌再生沥青混淆料SPT

使用SPT简朴性能试验仪，测试温拌再生沥青混淆料的动态模量，评价其抗永世变形能力。SPT包括3个沥青混淆料试验：静态蠕变，重复荷载及动态模量试验。

本文接纳***公司生产的SPT仪器，加载测试差别温度(10℃、25℃、54℃)条件下，25、20、10、5、2、1、0.5、0.2、0.1Hz加载频率条件下，温拌再生沥青混淆料的动态模量。试验效果如图4所示。

从图4可以看出：随着RAP掺量的增da，温拌再生沥青混淆料的动态模量也随之增添，在低温(10℃)模式下，差别RAP掺量的再生沥青混淆料之间的动态模量差较大，即一律条件下，RAP掺量越大，再生混淆料动态模量越大混淆料体现出更多的刚性，更趋于脆性；随着试验温度的提升，温拌再生沥青混淆料的动态模量更多的展现出黏弹性特征，随着加载频率的加大，动态模量的增添方法由直线逐渐转变为抛物线形式；试验温度的升高，RAP掺量对温拌再生混淆料动态模量的影响水平逐渐降低。

接纳热拌再生的方法，在一律RAP料掺量(30％)的情形下，再生沥青混淆料的低温动态模量略大于温拌再生沥青混淆料，高温条件下则显著高于温拌再生沥青混淆料。

结语

(1)旧料掺量对再生沥青混淆料逍遥率影响较大，相同旧料掺量的温拌和热拌再生沥青混淆料的逍遥率也纷歧样，说明旧料掺量和拌和工艺都会导致体积特征的转变，而混淆料的耐久性往往与其逍遥率相关性较大。

(2)冻融循环和MIST处置惩罚后对混淆料举行的弹性模量和耗散徐变应变能试验效果批注：随着旧料掺量增添，弹性模量比增da，水损害对抗变形能力影响减小；DCSEf先增后减，在旧料掺量较小时未影响抗裂性能，而在旧料掺量较大时抗裂能力显着下降。

(3)SPT进一步剖析了在差别温度下质料动态模量随旧料掺量转变，10℃和25℃情形下，动态模量随掺量转变影响较显著，而在高温(54℃)条件下，混淆料显示出黏弹性特征，旧料掺量对动态模量的影响降低。

(4)相同RAP掺量下，热再生沥青混淆料抗变形能力和抗裂能力均优于温拌再生沥青混淆料，抗水损害性能相当，说明拌和温度对再生沥青混淆料性能影响较大。由于温拌剂含有外貌活性剂，能提高沥青与集料的黏附作用，因此，2种混淆料对水的敏感性不显著。

(5)本研究未深入剖析温拌再生沥青混淆料体积特征与性能的关系；其次，旧料掺量与新沥青用量仅通过简朴的总量盘算来确定，而在现实生产中，需思量旧集料中泛起未完全熔融的沥青，现实新沥青用量比盘算沥青用量大；另外，关于再生沥青混淆料逍遥率与耐久性的纪律是否与古板沥青混淆料相符，需要后续研究确定。在生产实践中，需针对现真相形和交通特点，并团结旧料的特征举行温拌再生沥青混淆料的组成设计，寻找zui佳的旧料掺量，从而实现经济效益、情形效益与路用性能及路面耐久性的zui佳平衡是下一步研究重点。

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全文完宣布于《长安大学学报(自然科学版)》2018年9月

作者简介：李达(1982-)，男，陕西绥德人，北京市蹊径工程质量监视站高级工程师，长安大学工学博士研究生

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