再生沥青混合料性能研究.docx

1、87再生沥青混合料性能研究陈忠（中设设计集团股份有限公司，江苏 南京 2 10014）摘 要 ： 在 这 些 路 面 中 ， 沥 青 混 凝 土 路 面 所 占 的 比 例 约 为 80%。 一 方 面 ， 公 路 建 设 高 速 发 展，对原材料石料、沥青需求不断增加，开山采石对环境破坏越来越严重；另一方面对已 建公路的维修养护、 翻修重建任务不断加重， 路面维修产生的废旧材料堆弃问题日益显现。 路面结构不完善，超载车严重，路面早期损坏日趋严重，使用寿命短，一般 3 年左右开始 维修，28 年就要进行大修，产生大量废料，废料资源丰富。采用沥青路面再生技术，重 复利用废旧沥青混合料是从根本上解

2、决问题的有效途径。 关键词：再生沥青；性能检验；配合比设计；试验研究1 概述沥青再生是指对不能满足使用要求的沥青混凝土路面废料通过各种措施进行处理后重新利用的 技 术 ， 包 括 对 旧 沥 青 混 凝 土 路 面 进 行 翻 挖 、 破 碎 、 筛 分 ， 再 与 新 集 料 、 新 沥 青 、 再 生 剂 (必 要 时 )重 新 混合，形成具有预期路用性能的沥青混合料，并重新铺筑成路面面层。我国公路绝大部分为沥青路面结构，按照初步统计，全国每年将产生数千万吨的废旧沥青混合 料，并且这一数字还将以 10% 15%的 速 度 递 增 ， 数 年 后 即 将 超 过 上 亿 吨 。 如 果 用

3、传 统 的 方 法 将 大 量铣刨的沥青混合料废弃，一方面造成环境污染，另一方面也是一种资源的极大浪费，因而如何有 效利用废弃的沥青混合料，成为我们面临的首要问题。随着旧路改造维修养护高峰的出现，为了降 低工程造价，同时环保意识的增强，国家对废弃物再生利用的政策支持，可持续发展的政策导向， 使沥青路面再生成为必然趋势。2 沥青混合料配合比设计2.1 AC-20 全新沥青混合料配合比设计（ 1） 矿 料 级 配 的 确 定依据 JTG F402004 关 于 AC-20 型 沥 青 混 合 料 矿 料 级 配 范 围 要 求 ， 确 定 级 配 组 成 见 表 1，矿料 级配曲线见图 1。（ 2

4、） 最 佳 油 石 比 的 确 定AC-20 型 沥 青 混 合 料 目 标 配 合 比 设 计 采 用 马 歇 尔 方 法 。 试 件 成 型 条 件 为 ： 拌 和 温 度 160 ； 成 型温度 140 145 ， 试 件 双 面 各 击 实 75 次。选择油石比 3.0%、3.5%、4.0%、4.5% 、5.0%，按上述条件成型马歇尔试件。按 T 07052000（表干法） 测定试件毛体积相对密度， 根据沥青浸渍法实测合成级配矿料混合料的有效相对密度 （见 表 2） 并 计 算 沥 青 混 合 料 最 大 理 论 相 对 密 度 。 马 歇 尔 试 件 体 积 参 数 及 马 歇 尔

5、试 验 结 果 见 表 3， 其 中 沥 青混合料试件的矿料间隙率 VMA 依据 JTG F402004公 路沥青路面施工技术规范 ，采用矿 料混 合料的合成毛体积相对密度计算。88筛孔 直径矿 料 规 格 （ mm） 种 类 1020 5 10 机制砂 矿粉 合成 建议级配矿料配合比例/% 级配 控制范围砂 矿粉/mm 30.0 31.0 35.0 4.0 /% /%各规格种类矿料通过百分率 (配合前)/% 各规格种类矿料通过百分率(配合后)/% 26.5 100.0 100.0 100.0 100.0 30.0 31.0 35.0 4.0 100.0 10019.0 84.0 100.0

6、100.0 100.0 25.2 31.0 35.0 4.0 95.2 9510016.0 44.3 100.0 100.0 100.0 13.3 31.0 35.0 4.0 83.3 829213.2 11.7 100.0 100.0 100.0 3.5 31.0 35.0 4.0 73.5 65799.5 4.5 56.2 100.0 100.0 1.4 17.4 35.0 4.0 57.8 53634.75 0.1 0.8 100.0 100.0 0.0 0.2 35.0 4.0 39.2 35452.36 0.1 0.1 69.3 100.0 0.0 0.0 24.3 4.0 28.3

7、 22 321.18 0.1 0.1 37.3 100.0 0.0 0.0 13.1 4.0 17.1 15 220.6 0.1 0.1 23.8 100.0 0.0 0.0 8.3 4.0 12.3 10150.3 0.1 0.1 16.1 98.4 0.0 0.0 5.6 3.9 9.5 7 110.15 0.1 0.1 9.6 94.1 0.0 0.0 3.4 3.8 7.2 590.075 0.1 0.1 4.5 86.0 0.0 0.0 1.6 3.4 5.0 4710090 规 范 级 配 上 限80规 范 级 配 下 限合 成 级 配建 议 级 配 上 限70 建 议 级 配 下

8、 限通过百分率（%）表 1 矿料筛分及配合比计算结果矿 料 规 格 （ mm） 种 类1020 510 机制60504030201000.075 0.15 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 9.5 13.2 16 19 26.5筛 孔 孔 径 （ mm）图 1 矿料级配曲线表 2 合成集料有效相对密度试验结果项 目 盆勺 重/g盆勺 水中重/g盆勺 料 重/g盆勺 油料重/g盆勺油 料水中重/g有效相 对密度平均有效相 对密度合成集料 沥青144.4 100.8 644.6 1102.8 429.5 2.7694136.2 97.7 636.5 1080.3 426.3 2.771

9、398.8 74.4 583.3 84.2 1.020696.4 70.1 556.6 79.1 1.0199表 3 AC-20 型沥青混合料马歇尔试件体积参数及马歇尔稳定度试验结果2.7701.020序 号 油石比/ % 最大理论 相对密度 表干法毛体 积相对密 度 VV/% VMA/% VFA/% 稳定度 / kN 流 值/ mm1 3.0 2.639 2.435 7.7 14.3 46.2 9.4 2.82 3.5 2.618 2.452 6.4 14.2 54.9 9.7 3.03 4.0 2.599 2.464 5.2 14.2 63.4 10.1 3.24 4.5 2.580 2.

10、471 4.2 14.3 70.6 9.9 3.45 5.0 2.561 2.468 3.6 14.8 75.7 9.6 3.7技术标准 46 14 6575 8 1.5489空隙率（%）毛体积密度（g/cm3 ）VMA（%）稳定度（kN）流值（mm）VFA（%）根据表 3 试 验数据绘出相应的油石比与毛体积相对密度、 稳定度、 空隙率、 流值、 VMA 及 VFA的相关曲线图见图 2。2.5102.4902.4702.4502.4302.410 a12.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5油 石 比 （ %）13.011.510.08.57.0 a22.5 3.0 3.5 4.

11、0 4.5 5.0 5.5油 石 比 （ %）8.6（a） （ b）6.07.4 5.06.2 4.05.0 3.03.8 2.02.6 a32.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5油 石 比 （ %）1.02.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5油 石 比 （ %）16.2（c） （d）9015.6 8015.0 7014.4 6013.813.22.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5油 石 比 （ %）5040 a42.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5油石比（ %）（ e） （ f）密 度 空 隙 率稳 定 度 流 值VMA V

12、FAmin max2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5油石比（ %）（g）图 2 马歇尔试验结果90如图 2 所示 ， a1=4.50%， a2=4.10%， a3=4.10%， a4=4.50%。 根据 公路沥青路面施工技术规范JTG F402004 B.6.2 的规 定， 经计算得出 OAC1=(4.50+4.10+4.10+4.50)/4= 4.30%， 根据 B.6.3 的规定以 各 项 指 标 均 符 合 技 术 标 准 （ 不 含 VMA ） 的 沥 青 用 量 OACminOACmax 的 中 值 计 算 得 到OAC2=(4.10+4.60)/2=4.35%，

13、 则 OAC=( OAC1+ OAC2)/2=(4.30+4.35)/2=4.32%。 沥 青 混 合 料 的 最 佳 油石比为 4.3%， 油 石 比 范 围 为 4.1% 4.5%。 目 标 配 合 比 设 计 结 果 为 ： 10 20mm： 5 10mm： 机 制 砂 ： 矿 粉 =30.0： 31.0： 35.0： 4.0。 最 佳 油石比为 4.3%。2 AC-20 沥 青 混 合 料 性 能 检 验（ 1） 马 歇 尔 检 验表 4 AC-20 沥青混合料马歇尔试验检验试验项目 技术标准 检测结果理论最大相对密度 2.585表干法毛体积相对密度 2.468空隙率/% 46 4.3

14、矿料间隙率/% 不小于 13 14.2饱和度/% 6575 67.0稳 定 度 /kN 不小于 8 10.流值/mm 1.54 3.3由表 4 马 歇 尔 试 验 结 果 分 析 可 知 ： 沥 青 混 合 料 马 歇 尔 试 验 结 果 满 足 公 路 沥 青 路 面 施 工 技 术 规 范相关技术标准要求。（ 2） 水 稳 定 性 检 验水稳定性试验结果见表 5。 检 验 结 果 表 明 ， 马 歇 尔 法 设 计 的 AC-20 型 沥 青 混 合 料 在 最 佳 油 石 比 下水稳定性满足 JTG F402004 公 路 沥 青 路 面 施 工 技 术 规 范 的 技 术 要 求 。表

15、 5 AC-20 型沥青混合料水稳定性检验结果（油石比 4.3%）项目 规范要求 检验结果 试验方法残留稳定度/% 不小于 80 88.9 T 0709残留强度比/% 不小于 75 85.0 T 0729（ 3） 车 辙 试 验车辙试验结果见表 6。 试 验温度为 60 ， 轮压 0.7 MPa。 检验结 果表明， 马歇尔法设计的 AC-20 型沥青混合料在设计最佳油石比条件下具有较好的抗车辙能力。满足 JTG F402004 公 路 沥 青 路 面施工技术规范的技术要求。表 6 AC-20 型沥青混合料车辙试验结果（油石比 4.3%）项目 规范要求 检验结果 试验方法平 均 动 稳 定 度

16、/（ 次 mm-1） 不小于 1 000 2171 T 0719变异系数/% 不大于 20 11.4（ 4） 渗 水 试 验渗水试验结果见表 7。 结 果表明用轮碾法成型的试件的抗渗水能力满足 JTG F402004公路沥 青路面施工技术规范的技术要求。911020 510 机制砂 矿粉 /% /%30.0 31.0 35.0 4.0 4.3 4.14.5表 7 AC-20 型沥青混合料试件渗水试验结果（油石比 4.3%）项目 规范要求 实测值 试验方法渗 水 系 数 /（ mLmin-1 ） 不大于 120 19 T 0730（ 5） 低 温 抗 裂 性 能 检 验 通过低温弯曲试验，测定弯

17、曲试验破坏应变、抗弯拉强度、弯曲劲度模量，并根据应力应变曲线的形状，综合评价沥青混合料低温抗裂性能，试验条件：试验温度为-10，控温精度为0.1， 加载速率 50mm/min， 试验设备为 MTS-810（TES TSTAR- 型） 。 试验结果见表 8。 由 表 8 低温弯 曲 试验结果分析可知：沥青混合料的低温抗裂性能满足公路沥青路面施工技术规范相关技术标准 要求。表 8 AC-20 沥青混合料低温抗裂性能检验试验项目 技术标准 检测结果 试验方法抗弯拉强度/MPa 1.21 T 07151993弯曲劲度模量/MPa 515.8 T 07151993（ 5） 目 标 配 合 比 设 计 结

18、 果 目标配合比设计结果见表 9。表 9 AC-20 型沥青混合料目标配合比设计结果矿 料 规 格 /mm 最佳油石比 油石比范围材料种类比例/%最佳油石比下马氏试件毛体积相对密度为 2.466。 3 3 种 沥 青 混 合 料 性 能 比 较为进一步了解再生料对混合料性能的影响，本节对 AC-20 全 新 沥 青 混 合 料 、 AC-20 25%再生沥 青混合料、AC-20 40%再生沥青混合料三种混合料的高温稳定性、低温抗裂性能、水稳定性等路用 性能进行对比分析。（ 1） 马 歇 尔 试 验 对 比 分 析表 10 3 种 AC-20 沥青混合料马歇尔试验结果试验项目 技术标准 检测结果

19、全新料 25%再生料 40%再生料理论最大相对密度 2.585 2.589 2.593表干法毛体积相对密度 2.468 2.466 2.486空隙率/% 46 4.3 4.2 4.1矿料间隙率/% 不小于 13 14.2 14.5 13.3饱和度 /% 6575 67 71 69.0稳 定 度 /kN 不小于 8 10 10.8 12.2流值/mm 1.54 3.3 3.1 3.2由表 10 马 歇 尔 试 验 结 果 分 析 可 知 ： 随 旧 料 的 增 加 马 氏 稳 定 度 明 显 增 大 ， 流 值 呈 减 小 趋 势 ， 但 不 明显。92（ 2） 水 稳 定 性 对 比 分 析

20、通过浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验分析三种沥青混合料水稳定性， 试验结果见表 11。 由表 11浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验结果分析可知：随旧料的增加浸水马歇尔残留稳定度、冻融劈裂残 留强度比呈增大趋势，说明两种再生沥青混合料抗水损害能力优于全新沥青混合料。表 11 3 种 AC-20 沥青混合料水稳定性试验结果检测结果试验项目 技术标准 试验方法全新 25%再生 40%再生浸水马歇尔残留稳定度/% 不小于 80 88.9 90.0 91.2 T 07092000冻融劈裂残留强度比/% 不小于 75 85.0 87.9 89.0 T 07292000（ 3） 高 温 稳 定 性 对 比 分 析

21、通过车辙试验分析三种沥青混合料高温稳定性， 试验条件 ： 试验温度为 60 ， 轮压 0.7MPa， 试验结果见表 12。表 12 3 种 AC-20 沥青混合料车辙试验结果检测结果试验项目 技术标准 试验方法全新 25%再生 40%再生平 均 动 稳 定 度 /（ 次 mm-1） 800 1 881 2 231 2 495 T 07191993车辙密度 2.568 T 07191993由表 12 车辙 试验结果分析可知： 随旧料掺量的增加混合料动稳定度增大， 说明两种再生沥青混 合料高温抗车辙能力优于全新沥青混合料。（ 4） 低 温 抗 裂 性 能 对 比 分 析 通过低温弯曲试验，测定弯曲

22、试验破坏应变、抗弯拉强度、弯曲劲度模量，并根据应力应变曲线的形状，评价 3 种 沥 青 混 合 料 低 温 抗 裂 性 能 ， 试 验 条 件 ： 试 验 温 度 为 -10 ， 控 温 精 度 为 0.1 ， 加载速率 50mm/min，试验设备为 MTS-810（TEST STAR- 型） 。试验结果见表 13。表 13 3 种 AC-20 沥 青 混 合 料 低 温 弯 曲 试 验 结 果试验项目 技术标准 检测结果 试验方法全新 25%再生 40%再生弯曲试验破坏应变 2000 2346 2158.2 2087.5 T 07151993抗弯拉强度/MPa 1.21 1.31 1.36

23、T 07151993弯曲劲度模量/MPa 515.8 607.1 651.5 T 07151993由表 13 低温 弯曲试验结果分析可知： 随旧料掺量的增加混合料低温弯曲破坏应变减小， 说明全 新沥青混合料低温抗裂性能优于两种热再生沥青混合料。（ 5） 渗 水 性 对 比 分 析 利用轮碾机成型的车辙试验试件，进行渗水试验，结果见表 14。表 14 3 种 AC-20 沥青混合料渗水试验结果试验项目 技术标准 检测结果 试验方法全新 25%再生 40%再生渗 水 系 数 /（ mLmin-1） 不大于 120 19 12 11 T 0730200093筛 孔 /mm 25%再生料级配 40%再

24、生料级配 全新料级配实测级配 目标级配 实测级配 目标级配 实测级配 目标级配100 10090807060504030201009080706050403020100各筛孔通过百分率（% ）各筛孔通过百分率（% ）由表 14 渗 水 试 验 结 果 分 析 可 知 ： 随 旧 料 的 增 加 渗 水 系 数 呈 减 小 趋 势 ， 但 不 明 显 ， 两 种 再 生 沥 青 混合料抗渗水能力优于全新沥青混合料。(6） 级 配 与 油 石 比 的 稳 定 性 进 行 对 比 分 析 考虑到再生料对再生混合料级配与油石比稳定性的影响，本节对三种混合料级配与油石比的稳定 性 进 行 对 比 分 析

25、 。 表 15 为 AC-20 全 新 沥 青 混 合 料 、 AC-20 25%再 生 沥 青 混 合 料 、 AC-20 40%再 生 沥青混合料 3 种 混 合 料 矿 料 级 配 检 验 结 果 汇 总 。表 15 3 种混合料级配检验结果汇总31.5 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.026.5 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.019.0 94.6 94.7 95.6 94.6 95.9 95.916.0 86.5 87.1 87.7 86.8 87.1 87.813.2 74.5 76.2 77.6 76.3 7

26、6.4 76.09.5 61.6 61.2 63.2 61.1 60.5 61.04.75 41.8 40.9 44.0 41.7 41.5 42.32.36 30.9 28.6 28.6 26.7 29.2 28.61.18 23.0 20.2 20.6 18.5 20.9 19.10.6 17.2 15.6 15.7 14.5 16.2 14.70.3 11.3 11.0 10.8 10.7 11.3 10.90.15 6.7 7.6 7.0 7.8 7.1 7.80.075 3.6 5.2 4.0 5.4 3.5 5.6沥青含量 4.48 4.4 4.36 4.3 4.54 4.5油石比

27、 4.69 4.6 4.56 4.5 4.75 4.7全 新 热 拌 沥 青 混 合 料 、 25%热 再 生 沥 青 混 合 料 、 40%热 再 生 沥 青 混 合 料 的 级 配 设 计 取 消 见 图 3图 5， 其 中 黑 色 实 线 为 设 计 级 配 曲 线 ， 红 色 实 线 为 实 际 检 测 级 配 曲 线 ； 油 石 比 检 验 见 图 6图 8。0.0750.150.30.6 1.18 2.36 4.75筛孔尺寸（ mm）9.5 13.2 16 19 26.5 31.50.0750.150.30.6 1.18 2.36 4.75筛孔尺寸（ mm）9.5 13.2 16

28、19 26.5 31.5图 3 全新级配图 图 4 再生旧料级配图图 5 40%热再生级配图94图 6 全新混合料油石比检验 图 7 25%再生混合料油石比检验图 8 40%再生混合料油石比检验4 试 验 结 果 分 析（1） 通过对 三组级配检验试验数据的比较不难发现， 全新热拌沥青混合料的级配稳定性最好， 随旧料掺加量的增加混合料的级配稳定性变差，分析其原因：全新混合料的矿料分规格进行控制， 而旧料是以一种混料的形式加入，影响了级配的稳定性；旧料中的混凝土颗粒同样会影响了级配的 稳定性，特别是细集料级配的稳定性。（ 2） 3 种 混 合 料 最 佳 油 石 比 比 较 发 现 ， 随 旧

29、料 掺 加 量 的 增 加 新 加 沥 青 量 呈 减 少 趋 势 ， 混 合 料 总 沥青含量呈增大趋势，原因分析：沥青老化导致混合料总沥青含量增加，新加沥青量减少可降低混 合料成本，沥青总含量增加有利于提高混合料耐久性。（ 3） 与 全 新 料 相 比 ， 再 生 沥 青 混 合 料 马 氏 稳 定 度 、 车 辙 动 稳 定 度 均 大 幅 提 高 ， 表 明 再 生 沥 青 混 合料具有良好的高温性能。分析其原因：旧料内的沥青的老化提高了混合料在高温时的抗剪能力。（4） 与全新料相比， 再生沥青混合料残留稳定度、 冻融劈裂强度均超过了全新热拌沥青混合料， 表明再生沥青混合料水稳定性不仅

30、满足规范要求，还优于全新沥青混合料，原因分析：再生混合料 沥青含量高于全新热拌沥青混合料且旧沥青与石料已形成了良好的裹覆力。（ 5） 热 再 生 沥 青 混 合 料 低 温 弯 拉 应 变 低 于 全 新 沥 青 混 合 料 。 究 其 原 因 可 能 是 ： 沥 青 老 化 延 度 降 低 ， 软 化 点 增 高 ， 沥 青 变 得 硬 而 脆 ， 表 现 在 混 合 料 低 温 条 件 下 变 形 能 力 小 ， 应 力 集 中 容 易 发 生 破 坏 。（6） 通过对 3 组试验数据 的比较显示 ： 热再生沥青混合料较之传统的热拌沥青混合料有着更出 色的抗高温性能，但低温稳定性则稍显逊色

31、。同时也更加明确地诠释了沥青这一特殊的胶结性材料 的特性，为此再生剂的加入就显得很重要。5 结论再生沥青混合料作为一种降低成本造价、废料循环利用的环保措施，在今后工程中将得到极大95的 提 倡 应 用 ， 对 于 再 生 沥 青 混 合 料 性 能 ， 试 验 结 果 分 析 中 已 给 出 了 详 细 的 论 证 结 果 ， 在 此 不 再 赘 述 。 总之，再生沥青混合料确实有着广阔的应用空间，势必产生较大的社会和经济效益。此外，对于再 生沥青混合料性能改变影响最大的再生剂，其性能优劣直接决定了再生沥青混合料性能高低，我集 团科研团队历经多年研究并不断论证的再生剂在部分工程项目得到了一定的

32、印证，期待在将来能够 为沥青混合料再生提供较好的技术支持和成功案例。参考文献1沈 金 安 . 沥 青 材 料 流 变 学 (一 )J.石 油 沥 青 , 1988, 2(4): 27-38.2陈 晓 瑛 , 尹利华, 延西利. 沥 青 材 料 感 温 性 与 其 混 合 料 高 温 稳 定 性 关 系 研 究 J. 公路交通科技, 2 008， 25(1): 38- 42. 3王 立 志 , 魏建明, 张玉贞. 道路沥青温度敏感性指标的分析与讨论J . 科学技术与工程, 2 008, 8(21): 5793- 5798. 4沈 金 安 . 沥 青 与 沥 青 混 合 料 的 路 用 性 能 M

33、. 北京: 人民交通出版社, 2001:1-20.5朱 静 , 周安娜. 沥 青 老 化 过 程 中 温 度 敏 感 性 的 研 究 J. 燃料与化工, 2 002, 33 (1): 30-32.6董 瑞 琨 , 孙立军. 考 虑 老 化 的 沥 青 结 合 料 低 温 感 温 性 指 标 J. 中国公路学报, 2 006, 19(4): 34-39.7丛 玉 凤 廖克俭, 翟玉春. 辽 曙 道 路 沥 青 感 温 性 的 评 价 J. 辽宁石油化工大学学报, 2 004, 24(4): 15-18.8谭 忆 秋 , 姜丽伟, 褚浩然, 等. 三 个 温 度 针 入 度 评 价 沥 青 材 料

34、 感 温 性 的 敏 感 性 分 析 J. 东北公路, 2001 , 24 (4) :42 43.9沈 金 安 , 李福普. 评 价 沥 青 质 量 的 核 心 指 标 沥 青 感 温 性 J. 石油沥青 , 1997, 11 (2): 12- 22.10李 进 , 徐萌, 张小英, 等. 老 化 沥 青 与 再 生 剂 混 合 相 行 为 J. 辽宁石油化工大学学报 , 2009 , 29 (4) : 19 - 23.11余 国 贤 , 周晓龙, 金亚清, 等. 废 旧 沥 青 再 生 剂 的 实 验 研 究 J. 石油学报石油加工, 2 006, 22(5): 96-100. 12吕 伟

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