厂拌热再生沥青混合料的性能研究

刘彭成

󰀁

（山西交通控股集团有限公司󰀁晋城高速公路分公司，山西󰀁晋城󰀁048000）

摘要：为了有效改善废旧沥青混合料（RAP）在厂拌热再生中的应用，通过向旧沥青中掺入一定比例的再生剂，并通过三大指标进行对沥青性能评价；根据配合比设计方法，对厂拌热再生沥青混合料进行新料与旧料的配合比设计，试验中废旧沥青混合料的掺量为40%，对再生沥青混合料进行了高温车辙试验、低温抗裂试验、水稳定性试验以此研究其相关性能。试验结果表明：当废旧沥青混合料中掺入8%的再生剂后，旧沥青性能得到了有效的恢复，再生混合料的高温性能得到了大幅提升，低温性能及水稳定性能都有不同程度的降低。

关键词：废旧沥青混合料；再生剂；高温车辙试验；低温抗裂试验；水稳定性试验

中图分类号：U416.217 文献标识码：B

Study on performance of plant mixing hot recycled asphalt mixture

LIU Peng-cheng （Jincheng Expressway Branch of Shanxi Traffic Holdings Group

Co.,Ltd.，Shanxi Jincheng 048000 China）

Abstract:In order to effectively improve the application of waste asphalt mixture （RAP） in plant heat regeneration, a certain proportion of regenerant is blended into the old asphalt, and the performance of asphalt is evaluated through three major indicators; The mixing ratio of new materials and old materials is designed for the plant mixed heat recycled asphalt mixture. The amount of waste asphalt mixture in the experiment is 40%. The high temperature rutting experiment, low temperature crack resistance test and water are applied to the recycled

收稿日期：2019—04—23

作者简介：刘彭成（1980—），男，山西泽州人，工程师。

- 94 -

asphalt mixture. The stability experiment was used to study its related properties. The experimental results show that when the waste asphalt mixture is mixed with 8% regenerant, the performance of the old asphalt is effectively restored, the high temperature performance of the recycled mixture is greatly improved, and the low temperature performance and water stability have different degrees reduced.

Key words:waste asphalt mixture; regenerant;high temperature rutting test;low temperature crack resistance test;water stability experiment

引言

我国道路基础建设已经进入了大、中修护期，在道路的翻修、改扩建以及维修中都会产生大量废旧的沥青混合料，并且每年还以15%的速度持续增加［1］。如果这些回收旧料采用集中堆放的方式，不仅需要大量的土地面积和空间及浪费资源，并且长时间裸露在空气中会对当地的环境造成一定的污染；其次，以往对回收的废旧沥青混合料的再次利用只是将它用作路面结构的填筑材料，从经济效益和社会效益来说造成资源浪费［2］。

近些年来，厂拌热再生技术在道路维修中应用的越来越普遍，厂拌热再生是把旧的沥青路面铣刨之后运回混合料搅拌站，经过掺入一定的再生剂“发酵”后与新的集料按照一定比例混合继而进行搅拌、运输、摊铺与碾压的过程。厂拌热再生不仅是一种修护措施，同时又是沥青路面的一种预防性养护技术，因此厂拌热再生技术对各种沥青路面都有着强大的处理能力。厂拌热再生技术相对于厂拌冷再生、就地热再生等技术来说，再生速度快，再生混合料的质量和配合比都有着严格的把关控制，从而使整个路面的质量能得到有效的保障，所以，厂拌热再生技术是几种沥青混合料再生技术中应用的最广的一种方法。目前国内采用热再生技术的回收旧料掺量一般控制在20%左右［3］，研究一直向着更高废旧

沥青混合料掺量的方向不断探索；但是，在这个过程中影响再生混合料性能的因素众多，其中最重要

山东交通科技

的原因之一就是再生剂，再生剂的种类和再生剂的掺量都影响厂拌热再生混合料的路用性能，因此，研究界定这些参数，对厂拌热再生沥青混合料的路用性能显得至关重要。

1 材料性能检测

1.1 回收旧料中沥青性能检测

试验采用离心蒸馏方法检测旧料中老化沥青的含量，结果见表1。可以看出，沥青的高温性能良好，但是针入度与延度明显偏低，说明沥青的低温性能和粘度降低，且不满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）［4］要求。

表1 RAP中老化沥青性能检测

指标 软化点

针入度25℃延度沥青含量（℃）（0.1 mm）

（%）第一组65.417.57.12.93第二组67.720.15.43.01第三章70.814.85.92.96平均值

67.9

17.56.12.97

规范要求实测记录＞20

实测基层

1.2 回收旧料筛分结果

回收旧料进行抽提式验、筛分试验结果见表2。

表2 回收旧料筛分（mm）

筛网尺寸5～100～513.21001009.593.499.24.7524.167.42.3611.240.81.1.527.50.68.820.10.38.116.90.156.713.4

0.075

5.3

11.5

1.3 再生剂掺量的确定

向加热至100℃处于流动状态的老化沥青中依次掺入掺量为2%、4%、6%、8%、10%的再生剂，均匀搅拌后静止1 h，对其进行性能检测。采用中海油70号沥青，检测结果见表3。可以看出，随着再生剂掺量增加，再生后所得沥青针入度与延度都得到了不同程度的提高，软化点下降。当再生剂掺量为8%

2019年第3期

时，其指标均满足《规范》［4］的要求，由此确定试验中再生剂的掺量为8%。

表3 再生沥青性能检测结果

再生剂软化点（%）针入度（0.1 mm）

（℃）15℃延度（cm）

017.567.96.1234.361.25.4445.759.46.3656.557.111.7863.255.817.110

69.4.418.7规范要求

60～80

＞46

≥10

1.4 新集料性能及筛分结果

采用集料均为石灰岩，分为15～10 mm、10～5 mm、5～0 mm三档，筛分结果与性能检测见表4和表5。

表4 新集料筛分结果（mm）矿料规格

10～155～100～5矿粉1610010010010013.272.41001001009.5

23.199.51001004.751.245.287.81002.360.5

15.2

.7

100

1.180.38.346.21000.604.229.399.10.303.122.198.60.1501.813.297.10.075

0

0.6

8.4

92.3

表5 新料相对密度试验结果

矿料规格表观相对密度毛体积相对密度（mm）（g/cm3）

（g/cm3）

吸水率（%）

10-152.7762.7280.585-102.8212.71.020-52.7452.683-矿粉

2.588

--

- 95 -

刘彭成：厂拌热再生沥青混合料的性能研究

2 配合比设计

2.1 级配选择

在级配设计过程中，废旧沥青混合料的掺量为40%，相应合成级配曲线结果见图1。2.2 油石比的确定

根据普通热拌混合料的合成级配和添加40%回收旧料的再生混合料的合成级配，按照0.5%的间隔，取5组不同的油石比的试件进行马歇尔试验，以此确定各组合成级配的最佳油石比以及检测各组级配的马歇尔的指标参数，相应结果见表6。

表6 马歇尔试验指标

油石比（%）44.555.56

毛体积相对密度

2.3812.4222.4352.4192.447

理论最大密度（g/cm3）

2.582.5612.562.5332.517

空隙率（%）7.75.44.94,52.8

矿料间隙率（%）

16.515.315.115.815.9

沥青饱和度（%）

51.260.868.872.182.1

稳定度（kN）7.688.999.9.758.26

流值（mm）2.432.683.174.014.48

图1 各种RAP掺量下AC-13的合成级

根据《公路沥青路面施工技术》（JTG F40-2004）

［4］

3 厂拌热再生混合料的性能研究

3.1 高温稳定性

采用高温车辙试验对混合料的高温性能进行评价，在温度为60℃，压强为0.7 MPa的条件下进行，且在试验之前进行试验的沥青混合料车辙板试件，需要先置于60℃的恒温箱中养护。养护不小于5 h且不大于12 h，结果见表7。可以看出，无论普通热拌沥青混合料还是掺入40%的再生混合料的动稳定度均满足《公路沥青路面施工技术规范》［4］的要求，并且再生混合料的动稳定度远高于普通热拌沥青混合料的动稳定度，说明再生混合料的高温稳定性由于普通热拌沥青混合料。这主要是因为再生混合料中存在的老化沥青对混合料的高温稳定性有较大的

,由稳定度的最大值对应的沥青用量、最

大毛体积密度对应的沥青用量，空隙率中值对应的沥青用量、沥青饱和度中值对应的沥青用量4个沥青用量确定OAC1,但试验中毛体积密度没出现最大值，则以目标空隙率4.5%对应的油石比用作OAC1，即OAC1=5.5%;由马歇尔体积指标确定了沥青用量共同区间的最大值与最小值，其中最大值OAC

max

=5.65，最小值OAC min=4.75，因此OAC2=（OAC max+OAC ）/2=5.2%,最终由OAC1与OAC2可求得混合料的最

min

佳油石比OAC=5.4%。因此得到废旧沥青旧料掺配比例为40%的再生混合料的最佳油石比为5.4%。同样，由此方法可得普通热拌混合料的最佳油石比为4.8%。影响。

表7 混合料车辙试验结果

试验方案

45 min DS（次/毫米）

4.872

普通热拌

4.6245.0182.802

40%RAP

3.2142.967

60 min DS（次/毫米）

5.3885.1355.6213.0513.5333.258

DS

（次/毫米）

1 1251 2371 0452 5301 9752 172

2 2261 136

≥1 000

平均值DS（次/毫米）

规范要求

- 96 -

山东交通科技

从表1可知道沥青老化后的软化点明显高于普通的基质沥青，这就使再生混合料粘聚性增强［5］，在荷载作用与高温条件下抵抗变形的能力提高，从而使得再生混合料的高温稳定性得到增加。3.2 水稳定性

浸水马歇尔试验结果见表8。可以看到，普通热拌沥青混合料与再生沥青混合料的浸水残留稳定度均满足规范要求（≥80%），再生混合料的残留稳定度比普通热拌低5.6%，说明普通热拌沥青混合料的低温性能略高于厂拌热再生的沥青混合料。这主要是因为废旧沥青混合料中的粉尘不能完全清除干净，当废旧混合料掺量达到40%时，混合料中存在的粉尘杂质已使得新旧集料间的沥青裹附不均匀，从而促使沥青混合料的沥青膜厚度减小，最终导致厂拌热再生混合料的水稳定性能下降。

表8 混合料浸水马歇尔试验结果

试验30 min稳定度48 h稳定度残留稳定度均值方案

（kN）

（kN）（%）（%）

12.55

11.21.3普通热拌

9.888.87.488.3

11.8710.4688.111.

9.3981.440%RAP

10.579.0285.383.311.87

9.86

83.1

3.3 低温抗裂性

低温小梁弯曲试验在温度为-10℃的环境下进行抗弯拉强度、弯拉破坏应变和弯拉进度模量测试。试件由车辙板试件切割而成，其尺寸为250 mm×30 mm ×35 mm，结果见表9。可以看出，普通热拌沥青混合料与掺入40%的再生混合料的低温性能均满足规范要求（破坏应变1 000με）。再生混合料相对普通热拌混合料而言，破坏应变减小，而抗弯拉强度与劲度模量增加，表明再生混合料的低温抗裂性能低于普通混合料的低温性能。主要是因为废旧沥青混合料中的沥青老化后，油分挥发，塑性降低发硬变脆，致使再生混合料在低温状态抵抗外部荷载作用的能力降低，低温性能变差。

2019年第3期

表9 低温抗裂试验结果试验方案

抗弯拉强度

破坏应变劲度模量（MPa）

（με）（MPa）7.562 6342 870普通热拌5.94

2 478

2 3977.442 8122 68.782 1963 99840%RAP

9.34

2 203

4 2409.03

2 352

3 839

4 结语

（1）通过向回收的旧沥青添加不同剂量的再生剂，对比分析不同剂量再生剂情况下沥青性能的恢复状况，最终确定再生剂掺量为8%。（2）普通热拌沥青混合料与再生混合料的动稳定度分别为1 136次/毫米与2 226次/毫米，增幅为96.0%，表明再生混合料的高温性能优于普通热拌混合料。（3）由于废旧沥青混合料中大量粉尘的存在使得再生混合料相较于普通热拌混合料的水稳定性能有所下降，降幅为5.6%。（4）旧沥青由于油份挥发，使得沥青粘度降低，经过添加再生剂处理后，使得沥青的部分性能得到恢复，再生混合料低温性能虽低于普通热拌沥青混合料，但其低温性能也完全满足规范要求。

参考文献：

1 徐剑，黄颂昌，邹桂莲．高等级公路沥青路面再生规范［M］．北京:人民交通出版社，2011．

2 许书萍.废旧沥青材料再利用的可行性分析［J］.华东公路,2003（5）:73-74.

3 谢鹏.旧沥青混凝土厂拌热再生技术应用浅探［A］.武汉理工大学.全国城市公路学会第二十三次学术年会论文集［C］.武汉理工大学:交通科技杂志社,2014:3.4 JTG F40 -2004,公路沥青路面施工技术规范［S］.5 边睿.热再生沥青混合料抗变形性能试验研究［J］.山西交通科技,2017（5）:1-3.

- 97 -