摘 要

針對回收瀝青路面材料(RAP)存在較大變異性而影響熱再生瀝青混合料路用性能的問題，運用變異系數CV定量分析了RAP的變異性，采用控制關鍵篩孔的方法確定了RAP的分級標準，并研究了RAP分級對熱再生瀝青混合料路用性能變異性的影響。研究結果表明，RAP細料的油石比和集料級配均具有較大的變異性，結合NCHRP報告和RAP篩分工藝確定了RAP粗料、細料分級的關鍵篩孔分別為12、5mm;RAP分級后集料級配和油石比的變異性均得到了有效控制，其4.75mm關鍵篩孔處的變異系數下降幅度達80%上;RAP分級可以提升再生瀝青混合料的路用性能，有效降低動穩定度和凍融劈裂強度比的變異性，對最大彎拉應變的變異性影響較小。

關鍵詞  RAP | 分級 | 熱再生瀝青混合料 | 變異性 | 路用性能

概述

瀝青路面養護面臨著環境保護形勢嚴峻、基礎建設原材料緊缺與大量RAP廢棄的多重矛盾，RAP的高效再生利用將成為公路養護必然的發展趨勢[1-4]瀝青網sinoasphalt.com。再生瀝青混合料生產過程中由于缺乏對RAP變異性的精細化考慮，導致再生混合料存在較大的變異性[5-6]，影響再生混合料的路用性能。HONG[7]等通過室內試驗及現場檢測表明RAP中的材料變異性會導致使用再生路面性能發生不同程度的變異。MCDANIEL[8]等也認為控制RAP的變異性是保持再生混合料性能穩定的關鍵點。張明杰[9]等提出了采用分層銑刨的方式來降低RAP的變異性，但是降低的幅度有限且影響施工效率。因此本文首先分析RAP的變異性，采用控制關鍵篩孔的方式對RAP進行分級，然后研究分級后RAP級配和油石比的變化規律，最后分析RAP分級對熱再生瀝青混合料路用性能及其變異性的影響。

原材料與評價方法

原材料

RAP采用某高速使用年限為11a的上面層SMA-13銑刨料，RAP性能指標見表1。

試驗方法

(1)再生混合料制備方法

再生瀝青混合料中RAP摻量為30%，RAP、再生劑分別保溫至130℃和120℃，將再生劑均勻噴灑到RAP上，在175℃的拌鍋中拌和90s，加入新集料與新瀝青后拌和90s，即制得熱再生瀝青混合料。

(2)再生混合料制備方法

采用全自動抽提儀對RAP和再生瀝青混合料進行抽提，測定混合料的油石比和級配。

(3)路用性能試驗

依照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTGE20-2011)，采用高溫車轍試驗、低溫小梁彎曲試驗和凍融劈裂試驗分別測試再生瀝青混合料的高低溫性能和水穩定性。

RAP變異性計算方法

RAP的變異性包含RAP級配、RAP中集料級配與油石比的變異性，其中RAP級配是指將路面銑刨所得RAP直接篩分測定的級配，RAP中集料級配是指將RAP進行抽提后篩分集料測定的級配。為了定量評價RAP的變異性，本文引入變異系數CV來衡量RAP中級配和油石比的變異程度。變異系數的計算方法見式(1)~式(3)。

試驗結果與分析

RAP分級關鍵篩孔的確定

(1)RAP的變異性分析

將RAP進行6次抽提平行試驗，RAP的集料級配平均值與變異系數見圖1。

從圖1可以看出，RAP抽提集料的篩孔通過率均超出了級配規范上限，說明原路面集料在長期車輛荷載作用和冷銑刨作用下發生了一定細化，尤其4.75mm篩孔處通過率變化幅度最大。集料級配的變異系數隨篩孔尺寸的增加先增大后降低，細集料的變異系數顯著大于粗集料，4.75mm篩孔處變異系數達最大值。4.75mm作為SMA瀝青混合料支撐骨架密實結構的關鍵篩孔，其變異程度最大，說明篩孔處的RAP質量較難控制，波動性較大。RAP的油石比平均值為6.7%，變異系數為8.17，油石比的變異程度遠大于集料級配，從而導致RAP的變異性增加。

(2)RAP細料關鍵篩孔的確定

參考美國NCHRPSYNTHESIS-495報告中對RAP級配及油石比變異性的控制標準來確定RAP細料分級的關鍵篩孔[10]，由圖1可知抽提集料在2.36、4.75mm篩孔的變異性較大，初選與集料粒徑相近的3、5mm作為RAP細料分級的關鍵篩孔，0~3、0~5mm檔RAP的級配通過率、變異系數見表2、表3。

由表2可以看出，0~5mm檔RAP的破碎篩分效果良好，4.75mm篩孔的通過率達97%以上，該檔RAP在充分篩分后可以全部通過4.75mm篩孔。0~3mm檔RAP在充分篩分后2.36mm篩孔的篩上含量仍有30%，RAP破碎篩分效果不佳，主要原因為較小粒徑的RAP極易在篩孔處結團聚集，振篩機很難將RAP篩分完全。

從RAP級配變異系數來看，0~5mm檔RAP細集料的級配和油石比變異系數均滿足NCHRP再生報告的控制標準，0~3mm檔RAP易結團導致油石比變異性偏大，據此將RAP細料分級的關鍵篩孔定為5mm。

(3)RAP粗料關鍵篩孔的確定

RAP分級關鍵篩孔的確定主要考慮分檔后各檔RAP質量的均衡性及變異性控制效果。由于RAP粗料變異性較小，主要考慮各檔RAP的質量均衡性確定RAP粗料的分級關鍵篩孔，RAP的通過率見表4。

基于各檔RAP均衡性的原則，每檔RAP粗料占總量的比例應不得低于30%。從表4可以看出，RAP粗料在13.2mm處的篩上含量約為7%，9.5mm處的篩上含量約為28%，因此RAP粗料分級關鍵篩孔應分布在9.5~13.2mm，結合RAP篩分的施工工藝，將RAP粗料的關鍵篩孔定為12mm。根據關鍵篩孔將RAP分為以下3級(見圖2)。

分級對RAP集料級配及油石比變異性的影響

(1)分級對集料級配及油石比的影響

分別選取6組分檔后的RAP進行抽提篩分，分級前后RAP的集料級配與油石比結果分別見圖3和圖4。

從分級前后的集料級配和油石比可以看出，分級后RAP粗料質量較為穩定，細料的波動性仍較大，分級對降低RAP粗料變異性的效果顯著。

(2)分級對RAP變異性控制效果的影響

采用變異系數對分級前后各檔RAP的變異性進行量化分析，集料通過率和油石比變異系數分別見圖5、圖6。

由圖5各篩孔集料通過率的變異系數可以看出，隨著RAP分級粒徑的增加變異系數有所下降，4.75mm篩孔處的變異系數下降最為顯著，分級后的0~5、5~12、12~22mm相比于未分檔前分別下降了約100%、93%和80%，分級可以顯著降低4.75mm篩孔集料通過率的變異性。從油石比變異程度來看，分級后的0~5、5~12、12~22mm相比于未分檔前分別下降了36%、63%和75%，RAP細料的油石比變異性下降程度較小，主要原因為0~5mm檔RAP細料中含有較多的細集料和填料，其比表面積大，能夠吸附更多瀝青產生結團現象。整體來看分級有助于降低RAP集料級配和油石比的變異性。

RAP分級對再生瀝青混合料路用性能的影響

(1)RAP分級對再生瀝青混合料變異性的影響

再生瀝青混合料的變異性來源于RAP和新瀝青混合料，且與兩者所占比例有較大關系。再生瀝青混合料的變異性計算如式(4)。

采用分級前后RAP的再生瀝青混合料級配及油石比見表5。

從表5可以看出使用未分級RAP的再生瀝青混合料級配和油石比均存在一定波動性，油石比的偏差為0.386%，9.5mm的通過率偏差達3.955%，0.075mm的達2.042%，這3個關鍵技術指標均接近或者已經不滿足NCHRP的規范偏差允許值;采用分級后RAP制備的再生瀝青混合料級配和油石比偏差均滿足規范允許值，可見再生混合料的級配和油石比均得到有效控制。

(2)RAP分級對再生瀝青混合料路用性能變異性的影響

a.高溫性能。

RAP分級前后動穩定度DS試驗結果如表6所示。

再生瀝青混合料的動穩定度均遠大于規范要求，高溫性能良好，RAP分級后動穩定度提升了6.5%，變異系數下降了59.3%，RAP分級后顯著降低了混合料高溫性能的變異性。再生瀝青混合料的高溫性能主要受優良的骨架密實結構與老化瀝青流變特性的影響，RAP分級后集料級配和油石比變異性得到了有效控制，有助于降低高溫性能的變異性。

b.低溫性能。

低溫小梁彎曲試驗結果如表7所示。

從表7可以看出，RAP分級后再生瀝青混合料的最大彎拉應變提升了4.8%，變異系數基本無變化，表明RAP分級對再生瀝青混合料的低溫性能及其變異性控制無明顯的改善效果。由于再生瀝青混合料的低溫性能主要受瀝青性能的影響[11]，再生瀝青混合料中RAP摻量僅為30%，老化瀝青添加再生劑和新瀝青再生后性能基本可以達到新瀝青的水平，因此RAP分級對再生瀝青混合料低溫性能的影響較小。

c.水穩定性。

研究表明[12-13]浸水馬歇爾試驗不能有效反映實際路用性能的水穩定性，采用凍融劈裂試驗評價再生瀝青混合料的水穩定性，RAP分級前后凍融劈裂強度比見表8。

RAP分級后再生瀝青混合料的TSR增加了3.4%，變異系數下降了34%，表明分級可以有效降低再生混合料水穩定性的變異性。級配是影響瀝青混合料水穩定性的主要因素[14-17]，RAP分級明顯降低了級配和油石比的變異性，從而有效控制再生混合料中4.75、9.5mm等關鍵篩孔的通過率，使再生混合料的級配更接近設計值。

結論

a.RAP細料的油石比和集料級配均具有較大的變異性，結合NCHRP報告和RAP篩分工藝確定了RAP粗料、細料分級的關鍵篩孔分別為12、5mm。

b.RAP分級可以有效控制集料級配和油石比的變異性，4.75mm關鍵篩孔處的變異系數下降幅度達80%以上;分級后RAP粗料的集料級配和油石比均比較穩定，細料的波動性仍較大，總體上RAP分級有助于降低級配和油石比的變異性。

c.RAP分級可以提升再生瀝青混合料的高溫性能、低溫性能和水穩定性，有效降低了動穩定度和凍融劈裂強度比的變異性，對最大彎拉應變的變異性影響較小。