复拌型就地热再生沥青混合料的配合比设计研究

摘要：对沥青路面的再生技术进行了简要分析，并对复拌热再生沥青混合料的配合比设计进行研究，对最佳沥青用量下的该配合比设计进行了路用性能验证。结果表明：在最佳新沥青用量（02%）下，所设计的复拌型热再生沥青混合料配合比能满足普通AC-16沥青混凝土马歇尔配合比设计技术要求和检验要求。

关键词：再生机理；就地热再生；配合比设计；路用性能

中图分类号：U418.6 文献标志码：B

Abstract： A brief analysis on the regeneration technology of asphalt pavement was conducted， and a research on mix design of hot in-place recycling asphalt mixture by remixing was carried out. The pavement performance of asphalt mixture with optimal asphalt content was verified. The result shows that by adding 0.2% new asphalt during the remixing process， the mixture with designed mix proportion meets the technical requirements of Marshall Mix Design for ordinary AC-16 asphalt concrete.

Key words： regeneration mechanism； hot in-place recycling； mix design； pavement performance

0 引 言

交通荷载和自然因素的长期作用会使沥青路面材料特别是沥青胶结料的质量发生不可逆的劣化。当这些材料的使用性能低于规范的规定值时，就需要对路面进行维修或改建。

沥青路面的再生利用可节约大量沥青、砂石等原材料，减少工程投资，利于保护环境，具有显著的社会经济效益以及环境效益。近年来沥青路面再生利用技术越来越受到重视，已成为公路工程建设中的重要实用技术[1]。沥青混凝土路面就地热再生技术作为再生技术的一种，采用专用的热再生设备，对沥青路面进行加热、铣刨，就地添加再生剂、新沥青结合料和矿料对其进行重新加工，形成复拌型就地热再生混合料，可直接用这些再生沥青混合料修筑面层、基层[2]。

本文首先简要分析了沥青再生机理，探讨了复拌型就地热再生沥青混合料的组成设计方法，并在最佳沥青用量下对其路用性能进行验证。

1 再生沥青混合料的再生机理

沥青再生是沥青老化的逆过程，研究沥青再生的机理应从沥青的老化机理入手。沥青的老化机理目前主要有两种理论：组分迁移理论和相容性理论[3-4]。

组分迁移理论认为，沥青老化主要是由于组分逐渐发生变化。以常用的分析法为例，沥青老化的过程是芳香酚胶质沥青质的转化过程，此化学反应过程不可逆。随着沥青质含量的增加，沥青便会出现粘度增大、针入度下降等特征。相容性理论则认为，沥青中的溶质为沥青质，溶剂为胶质和油分，它们被统称为软沥青质。随着沥青发生脱氢、聚合和氧化等化学反应，沥青质与软沥青质之间的相容性被破坏，宏观上表现为沥青老化、硬化。

按照组分迁移理论分析，在旧沥青中加入某种组分的低粘度油料（再生剂）进行调配，可使调配后的再生沥青具有适合的粘度和所需的路用性质；按照相容性理论分析，加入再生剂可降低沥青质的相对含量，提高沥青质在软沥青质中的溶解度，改善沥青的相容性。

2 原路面性质及级配检测

就地热再生沥青混合料中的旧料占绝大部分，旧料的级配、油石比以及沥青的性质等均发生了不同程度的差异。再生混合料配合比设计的任务就是消除这些差异，恢复混合料的原有性能。因此，再生混合料设计的关键是检测旧料的配合比、油石比及旧沥青性质。

对某路面再生工程中回收的旧混合料进行抽提，得知该沥青混合料的沥青含量为4.65%。同时将燃烧后得到的集料进行筛分，确定旧料级配。级配分析结果如图1所示。从图1可以看出，级配曲线在2.36～95 mm的筛孔范围内偏向甚至超过了级配下限，级配结构不理想。对沥青混合料样品进行抽提试验回收老化沥青，进行三大指标分析，检测结果如表1所示。从表1可知，原路面的沥青已老化，针入度、延度和软化点均大幅降低，远低于70#沥青规范要求，需加入再生剂调配。

3 再生剂的选取与掺量的确定

复拌型再生沥青混合料，是指喷洒了再生剂、热沥青（需要时）的原路面沥青混合料和新添加沥青混合料按试验确定的比例进行拌和的沥青混合料。因此，在进行复拌型再生混合料的配合比设计时，应对添加的再生剂以及新料分别进行研究。

分别添加7%（以与旧沥青百分比计）的吉林嘉鹏和江苏RA-100两种再生剂到回收的旧沥青中，测定再生沥青三大指标，结果见表2。

再生剂添加量以使旧沥青性能恢复至原路面所使用沥青标号（70#）的下一等级（即50#）为目标。表2的试验结果表明，在针入度及软化点均满足规范要求时，添加江苏RA-100再生剂后，再生沥青的针入度接近规范中值，且软化点较低。故决定采用江苏RA-100作为再生剂，但添加7%的再生剂不能满足规范50#沥青的延度指标要求，因此还要对再生剂的掺量进行确定。

在回收的老化沥青中添加不同剂量（以与旧沥青百分比计）的江苏RA-100再生剂，通过沥青三大指标试验确定各种剂量下沥青性能恢复程度，试验结果见表3。

从表3可知，当再生剂添加量为9%时，沥青性能满足A-50#沥青的三大指标及要求，因而初步确定该路面的再生剂添加量为9%。

4 新拌沥青混合料的确定

4.1 新添加混合料级配的确定

以复拌方式进行混合料再生时，需掺入一定比例的新混合料，以达到综合有效地改善原路面材料级配的目的。原路面部分细集料流失且局部抽样板块存在较大空隙，设计采用AC-10型沥青混合料对原级配予以微调修正。依据原材料筛分结果进行沥青矿料级配曲线设计，经试配，AC-10型沥青混合料生产配合比为：4.75～9.5 mm∶2.36～475 mm∶0～2.36 mm∶矿粉=47∶8∶40∶5。其级配曲线见图2。

4.2 新料添加比例的确定

在确定新添加料AC-10的级配后，需要对新料添加比例进行确定。考虑在满足《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41―2008）中关于复拌型

热再生新掺加料比例在30%内的条件下，尽可能提高旧料的利用率，故选取30%、20%、10%（按旧沥青混合料的质量百分比计）作为掺加新料的比例。不同掺加比例下得到的再生混合料级配曲线如图3。

由图3可知，根据目标配合比设计结果，随新料添加比例的增加，再生混合料的级配曲线整体趋近规范规定AC-16的级配中值，且光滑平顺。由此确定新沥青混合料的添加比例为旧沥青混合料的30%，即复拌型沥青混合料中新旧沥青混合料的含量分别为23%和77%。按该比例得到的复拌型沥青混合料合成级配见表4。

4.3 新沥青添加量的确定

在旧混合料中添加9%的再生剂后与新AC-10的矿料按比例混合。添加新的基质沥青，新沥青用量以合成后的混合料矿料总质量为基准，按油石比0、02%、04%、06%的量分别进行添加并进行复拌型就地热再生配合比马歇尔新沥青用量试验。

依据AC-16马歇尔配合比设计要求和《公路沥青路面施工规范》（JTG F40―2004）中要求的热拌沥青混合料的配合比设计方法，建议的新沥青用量（油石比）的范围为0～0.2%，初步确定最佳新沥青添加量（油石比）为02%。

即复拌型就地热再生配合比除添加9%再生剂（按旧沥青质量的百分比计）和30%的新AC-10（按旧沥青混合料的质量百分比计）外还应再添加02%的新沥青（按总矿料质量的百分比计）。

5 热再生沥青混合料性能评价

计算出沥青最佳用量并成型试件，分别做沥青混合料的车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验，以此检验在最佳沥青含量下的再生沥青混合料的高、低温稳定性和水稳定性，通过检验沥青最佳用量的合理性来评价复拌型再生混合料路用性能。试验结果如表5所示。

由表5可以看出，所设计的复拌型热再生沥青混合料的配合比能满足普通AC-16沥青混凝土马歇尔配合比设计技术要求和检验要求，说明以上复拌型再生混合料的配合比设计合理可行。

6 结 语

（1） 再生剂的添加可提高沥青质在软沥青质中的溶解度，改善了旧沥青的性能，调配后的再生沥青具有合适的粘度和所需要的路用性质。

（2） 本文提出的复拌型就地热再生配合比设计为：9%再生剂（按旧沥青质量的百分比计）+30%的新AC-10（按旧沥青混合料的质量百分比计）+02%的新沥青（按总矿料质量的百分比计）。经路用性能验证，所设计的料配合比能满足普通AC-16沥青混凝土马歇尔配合比设计技术要求和检验要求，该配合比设计合理可行。

参考文献：

[1] DGJ32TJ 149―2013，城镇道路沥青路面就地热再生施工及验收规程[S].

[2] JTG F41―2008，公路沥青路面再生技术规范[S].

[3] 黄晓明.沥青路面再生利用试验分析[J].岩土工程学报[J].2001，23（4）：469-471.

[4] 董泽蛟.再生沥青混合料路用性能研究[D].吉林：哈尔滨上业大学，2004.