浸水马歇尔试验残留稳定度是什么(沥青混合料温热拌再生使用性能比较分析)

前言

随着中国公路建设的飞速发展，大量沥青路面已进入大、中修期，产生了巨量的废旧沥青混合料。这些旧料如果被废弃一方面会造成严重的环境污染，另一方面也是一种资源浪费。据统计，每年中国仅高速公路维修就产生了近5.0×107t的废旧沥青混合料(Reclaimed　Asphalt　Pavement，RAP)，RAP的再生利用已是大势所趋。但是，目前热再生技术采用二次高温加热RAP来保证再生沥青混合料的路用性能不降低，会导致RAP的再度老化以及废气排放的增加。为了防止热拌再生沥青混合料的再度老化及保护环境，把温拌与再生技术结合起来，使厂拌热再生沥青混合料(Hot-Recycled　Mix　Mixture　Aspahlt，HRMA)转换成温拌得到温拌再生沥青混合料(Warm-Recycled　Mix　Mixture　Aspahlt，WRMA)，产生了良好的效果。

章顺风采用Evotherm温拌剂对旧沥青混合料开展了再生利用研究，提出了一些建议和技术措施;田帅团通过变换不同试验条件，对旧沥青混合料中旧沥青的转移程度进行了系统研究，为WRMA配合比设计提供了一定依据;李佳坤在评价了RAP结团状况和级配变异性的基础上，分析了WRMA的温拌机理，并研究了温拌剂对沥青的影响;杨丽英等对热拌、温再生和热再生沥青混合料进行了疲劳试验，得到了WRMA的疲劳性能虽然不及HMA，但明显优于热再生沥青混合料，尤其是在高应变水平下，WRMA的疲劳作用次数可达到热再生混合料的1.5倍;隆海健采用旋转压实仪(SGC)对WRMA和HRMA两者的压实特性进行对比研究，发现WRMA具有更好的施工和易性及在开放交通后更好的抗荷载密实能力;季节等按照厂拌热再生设计方法开展了不同RAP掺量下的HRMA及WRMA的性能试验，所有这些研究得到了有意义的结论，为温拌再生混合料的研究奠定了一定的理论与试验基础。

但是，关于热拌与温拌再生沥青混合料路用性能的系列研究还较少，因此本文依托衡阳至大浦高速公路大修工程，开展不同RAP掺量的热拌与温拌再生沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、抗压回弹模量及劈裂强度等使用性能试验，对比分析了热拌与温拌再生沥青混合料使用性能。

原材料性质

试验采用的RAP为衡阳至大浦高速公路K13+215右幅路面表面层铣刨料，使用期为5a。原混合料类型为AC－13，沥青结合料和矿物集料分别为SBSI－D聚合物改性沥青和玄武岩。原材料试验按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20－2011)与《公路工程集料试验规程》(JTGE42－2005)的相关方法进行。RAP材料的沥青含量为4.6%(文中均为质量百分数)。回收沥青25℃针入度、软化点和5℃延度分别为47(0.1mm)、64.5℃和13cm。

新沥青和新集料分别为壳牌SBSI－D聚合物改性沥青和湖南攸县玄武岩，其技术指标均符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40－2004)的要求。

沥青再生剂为宁夏交通科学研究所研制的高效再生剂，其技术指标符合《公路沥青路面再生技术规范》(JTGF41－2008)中RA－1沥青再生剂的要求。通过试验确定再生剂用量为旧沥青质量的1.1%，再生沥青满足JTGF40对SBSI－D聚合物改性沥青的要求。

沥青混合料的温拌采用MeadWestvaco公司第二代温拌技术Evotherm DAT，Evotherm DAT技术使用由几种化学成分组成的添加剂，以分子的形式分散在沥青中。在混合料拌和过程中在沥青内部形成水膜润滑结构，能显著提高混合料在低温下的拌和工作性，同时可使压实更容易。压实终了，水膜结构散失，其表面活性物质与抗剥落剂效果类似，可加强集料和沥青间的黏附性能。温拌添加剂固含量10%，参考厂商建议，添加剂与沥青的掺配比例为5∶95。

沥青混合料设计

采用马歇尔试验设计方法进行热拌再生沥青混合料的配合比设计，温拌再生沥青混合料的配合比采用热拌沥青混合料的设计结果，并参考厂商建议与相关研究成果，制作试件时温拌再生沥青混合料的拌和与压实温度均比热拌再生沥青混合料低20℃。

集料级配

试验采用了3种不同RAP掺量(集料质量比为25%、55%和85%)的AC－13密级配沥青混合料。3种混合料的级配基本相同，均满足相关技术研究推荐的矿料级配要求，同时满足Superpave公称最大粒径12.5mm矿料级配要求。

最佳沥青用量

按照JTGF40规范和JTGE20规程的要求对25%、55%和85%RAP掺量的3种AC－13沥青混合料分别进行了配合比设计，确定的最佳沥青用量分别为4.79%、4.62%和4.50%，最佳沥青用量随RAP掺量的增加略有减少。

试验结果及分析

高温稳定性

车辙试验适用于测定沥青混合料的动稳定度，用于评价高温抗车辙能力，供沥青混合料配合比设计的高温稳定性检验使用。车辙试验试验按照JTGE20规程T0719“沥青混合料车辙试验”方法，在标准试验温度60℃与轮压0.7MPa条件下进行。

当RAP掺量从25%增加到85%时，热拌与温拌再生沥青混合料的动稳定度分别由6040，6

765次/mm增加到9177，12127次/mm，增幅分别为51.9%和79.3%，且温拌与热拌的动稳定度之比由1.12增至1.32，表明热拌与温拌再生沥青混合料的动稳定度均随RAP掺量的增加而显著增大，且RAP掺量相同时，温拌沥青混合料的动稳定度比热拌沥青混合料的大。因此，RAP掺量与温拌剂均对混合料的动稳定有显著提高作用，且两者作用效果可以叠加，这是因RAP掺量越大，混合料中老化沥青含量越多，而经长期老化后沥青变硬，粘度增大，使再生沥青路面的抗车辙能力得到增强，而温拌剂可通过化学物理作用与沥青结合料有机地结合，增大沥青混合料的内聚力，从而使其高温稳定性大幅提高。

低温抗裂性

弯曲试验适用于测定沥青混合料在规定温度和加载速率时弯曲破坏的力学性质，评价沥青混合料的低温抗裂性能。试验按照JTJ052规程T0715“沥青混合料弯曲试验”方法，在规定的小梁跨径200±0.5mm、温度－10℃、加载速率50mm/min的条件下进行。

当RAP掺量从25%增加到85%时，热拌与温拌混合料的抗弯拉强度分别由11.4和11.7MPa减小为10.7和11.0MPa，减幅均约为6.0%;破坏弯拉应变分别由2850，2800με减小至2720，2686με，减幅分别为4.6%和4.1%，表明热拌与温拌再生沥青混合料的抗弯拉强度与破坏弯拉应变均随RAP掺量的增加呈线性地减小，且温拌再生沥青混合料的抗弯拉强度略大于热拌的，而破坏弯拉应变则相反，要稍小，但不管如何变化，均在同一数量级上，也就是说随着RAP掺量的增加，并不从根本上改变再生混合料的低温抗裂性能，只在数值上略有差异。RAP掺量为25%时，热拌或温拌再生混合料的破坏弯拉应变均满足JTGF40规范关于冬寒区改性沥青混合料不小于2800με的要求;虽弯拉应变随RAP掺量的增加而变小，但仍能满足冬冷区改性沥青混合料不小于2500με的要求。由此可知，可根据实际工程所处气候环境合理地选择RAP掺量。

水稳定性

冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验分别按照JTGE20规程中T0729和T0709相关试验要求及步骤进行。热拌与温拌再生沥青混合料的冻融劈裂残留强度比TSR均随RAP掺量的增加而稍有增大，同一RAP掺量下，温拌再生混合料的TSR比热拌再生的略小，其中25%RAP掺量的WRAM的TSR值最小也有87.4%，均满足JTGF40规范潮湿区改性沥青混合料TSR不小于80%的要求;热拌与温拌再生沥青混合料的浸水马歇尔残留稳定度MS0随RAP掺量的变化规律与TSR的相同，最小值为90.9%，也均满足JTGF40规范潮湿区改性沥青混合料MS0不小于85%的要求。因此，不管是热拌再生还是温拌再生沥青混合料的水稳定性均可满足相关技术规范的要求。

抗压回弹模量

热拌与温拌再生沥青混合料的抗压回弹模量采用JTGE20规程中“T0713－2000沥青混合料单轴压缩试验(圆柱体法)”确定，试验温度为20℃与15℃。2种再生沥青混合料的抗压回弹模量均随着RAP掺量的增加而近似线性地增大，且热拌再生沥青混合料的值比温拌再生的略大;当RAP掺量由25%增加到85%时，热拌与温拌再生沥青混合料的20℃抗压回弹模量分别从2750，2689MPa增加到3190，3120MPa，增幅均为16.0%;热拌与温拌再生沥青混合料的15℃抗压回弹模量分别从3340，3331MPa增加到3831，3817MPa，增幅为14.7%与14.6%。根据《公路沥青路面设计规范》(JTGD50－2006)规范推荐的20℃和15℃密集配细粒式沥青混凝土抗压回弹模量范围分别为1200～1600MPa和1800～2200MPa知，实测值远大于规范推荐值，因此，针对热拌和温拌再生沥青混合料的路面结构设计计算，应考虑再生沥青混合料抗压回弹模量显著增大对各结构层应力应变响应的影响。

劈裂抗拉强度

15℃劈裂抗拉强度是确定沥青混合料层底容许拉应力的重要参数。

当RAP掺量由25%增大到85%时，热拌与温拌再生沥青混合料劈裂强度则由1.96，1.80

MPa增加到2.84，2.58MPa，增幅分别达44.9%和43.3%，表明两种再生沥青混合料的劈裂抗拉强度随RAP掺量的增加而增大，且热拌再生劈裂强度比温拌再生的大。同时，2种混合料的劈裂强度均远大于JTGD50－2006规范推荐的15℃密集配细粒式沥青混凝土劈裂强度范围(1.2～1.6MPa)。因此，路面结构计算时也需根据实际情况考虑热拌与温拌再生沥青混合料劈裂强度增大的影响。

结论

①与热拌再生沥青混合料相比，温拌再生的高温性能优势明显，但低温抗裂性能略差。随RAP掺量的增加，无论是热拌再生还是温拌再生，其高温性能均提高显著，而其低温抗裂性能略有降低。因此，建议根据工程所处气候环境合理地添加RAP掺量。②热拌与温拌再生沥青混合料的冻融劈裂残留强度与浸水马歇尔残留稳定强度均随RAP掺量的增加而略有增加，同一RAP掺量下，热拌再生的水稳定性略优于温拌再生的，但均满足相关技术规范的要求。③两种混合料的15℃和20℃抗压回弹模量与15℃劈裂抗拉强度均随RAP掺量的增加而增大，相同RAP掺量下，热拌值略大于温拌值，但均远大于规范推荐值。建议作路面结构计算时，应根据不同层位的使用要求与荷载特点，考虑其对结构计算结果的影响，在考虑一定的安全系数的基础上，可采用实测值进行计算。