关键词：道路工程 热再生 沥青混合料回收料 玄武岩纤维 路用性能

随着我国公路建设的快速发展和对绿色公路的迫切需求，沥青路面再生技术已成为重要的发展趋势[1].将原路面沥青混合料回收料(RAP)进行循环再生处理，制备成再生沥青混合料，可有效解决废弃沥青混合料浪费问题，降低路面养护成本，具有较好的经济、环保效益[2-3].目前，国内的研究应用还处于初级阶段，RAP掺量低，路用性能差，易发生开裂等问题，如何改善高 RAP 掺量热再生沥青混合料的性能是亟待研究的主要问题[4-5]。

郭杰等[6]研究了 RAP 掺量和 PVA 纤维掺量对热再生混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性的作用规律，建议 RAP掺量不高于40%，PVA纤维掺量以0.3%~0.5%为宜.刘佳[7]研究了聚酯纤维、玄武岩对不同 RAP 掺量的再生沥青混合料水稳定性的影响，表明纤维可增强再生沥青混合料水稳定性.郑慧慧[8]研究了纤维与青川岩沥青改性热再生混合料的路用性能，采用纤维与青川岩沥青复配方案可改善大比例 RAP掺量热再生混合料耐久性和极端气候条件下耐候性。为进一步提高RAP掺量热再生沥青混合料路用性能，本研究以热再生沥青混合料为研究对象，通过分析不同 RAP掺量及玄武岩纤维对热再生改性沥青混合料高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性及疲劳性能的影响规律，为工程实践提供必要的参考。

实验部分

主要原料

沥青路面经过长期服役，会逐渐产生老化、硬化等现象，性能发生衰减。旧沥青性能、集料性能和级配对 RAP的应用效果有较大的影响[9].本研究所使用的原材料包括原路面沥青混合料回收料(RAP)、新集料、苯乙烯Ｇ丁二烯Ｇ苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青、再生剂与纤维，根据规范要求对原材料进行测试。其中，RAP取自山东省某路面养护工程的中上面层(原设计沥青为IＧC)，该路面已使用近10年。RAP通过对原沥青路面铣刨、破碎、筛分处理后得到0~8mm、8~12mm、12~20mm 三档，经过抽提后得到 RAP的级配与沥青含量见表1。

选用新旧沥青调和再生的方式进行沥青再生，旧沥青用量越多，效益越高，但对性能的影响越大，施工难度也有所增加，因此确定新旧沥青的掺加比例至关重要[10].本项目所选用的沥青为SBS改性沥青，按照«公路工程沥青及沥青混合料试验规程»(JTGE20—2011)中要求的离心分抽提法回收旧沥青，并测试其三大指标和黏度，旧沥青25℃针入度为42(0.1mm)，135℃黏度为1.46Pa·s，存在热再生的利用价值，技术性能如表 2 所示。

所用新集料为石灰岩，根据«公路工程集料试验规程»(JTG E42—2005)要求进行筛分实验和性能检测，如表3-5所示。

再生剂由国路高科(北京)工程技术研究院有限公司提供，可改善沥青的组分，降低沥青硬度，使老化沥青性能接近或恢复至使用前的性能，再生剂用量为 RAP质量的1%。本项目所用的纤维采用为玄武岩纤维，纤维性能如表6所示。

试验设计

本项目研究玄武岩纤维对不同 RAP掺量热再生沥青混合料性能的影响，掺加纤维热再生沥青混合料级配设计关键在于 RAP 旧料和新料的配比，需使两者配比满足沥青混合料级配设计的规范要求，分别合成了 w(RAP)为0%、20%、30%、40%、50%的级配设计，各级配中纤维掺量均为热再生沥青混合料质量的0.3%，级配曲线如图1所示.采用马歇尔试验确定各组再生沥青混合料的zui佳油石比分别为4.00%、4.50%、4.70%、4.96%、5.16%，如表7所示。

为了避免 RAP 加热温度过高导致的 RAP 表面沥青出现二次老化、沥青流淌和结团等问题，加热温度不易过高，实验中将 RAP在130℃预热2h，新集料在190℃预热2h，拌合温度控制为170℃，加入矿粉后继续拌合。具体步骤为:先将 RAP 与再生剂混合，并预拌和30s;再加入新集料及纤维拌和30s;加入新沥青拌合60s后再加入矿粉拌合60s。压实温度为150℃，在烘箱中保温备用。根据试验研究需要，按照规范要求将混合料成型为规定尺寸的试件进行测试。

结果与讨论

高温稳定性分析

沥青混合料高温稳定性是指沥青路面在高温条件下抵抗变形，保持自身稳定性的能力。温度对沥青性能影响较大，沥青混合料在湿热耦合条件下易出现车辙、拥抱、推移等病害，产生无法恢复的变形破坏[11].本研究通过车辙试验和单轴贯入试验分析玄武岩纤维和 RAP掺量对热再生沥青混合料的高温稳定性，根据«公路工程沥青路面及沥青混合料规程»(JTJ 052—2000)的相关规定，车辙试验温度为60℃，试验压强为0.7MPa，通过车辙碾压深度计算得到热再生沥青混合料的动稳定度(DS)，结果见图2。

由图可知，上述混合料动稳定度均满足规范≥2800次/mm 的要求，未掺加玄武岩纤维时，随着RAP掺量的增加，混合料的动稳定度先增加后趋于稳定，其中RAP掺量由0%增加到40%时，动稳定度快速增da，主要原因是旧料中沥青老化导致流变特性和温度敏感性降低，老化沥青硬度高黏度低，针入度降低而软化点有所提高，随旧料比例增加，降低了沥青胶浆流变性，新旧沥青裹附较为充分，RAP掺量增加有利于提高沥青混合料高温稳定性。当RAP掺量继续增加，动稳定度略微降低，说明旧料含量过多无法与新沥青充分融合，沥青与集料间的粘附性变差，再生效果减弱。旧料掺量增da也导致旧料级配变异性增da，高温性能下降。

此外，添加玄武岩纤维后，相同 RAP掺量试件的动稳定度得到了显著提升，在RAP掺量为50%时，稳定度达到了8721次/min，相比于未添加玄武岩纤维，提升了31.2%.这是因为玄武岩纤维可与沥青形成一种更为致密的连续相，纤维的桥连效应可有效提高试件抵抗变形的能力，添加玄武岩纤维能有效提高试件的高温稳定性能。

对动稳定度进行多因素方差分析，探究 RAP掺量和玄武岩纤维对热再生沥青混合料高温性能的影响性，结果见表8.由表8可见，玄武岩纤维掺加(F＝66.84871，P＝0.00122)和 RAP掺量(F＝65.91892，P＝0.000663)对热再生沥青混合料的高温性能均具有显著性影响，且 RAP 掺量的概率F值更小，说明其影响更大。

通过单轴贯入试验来模拟实际道路上路面受到的载荷情况，分析热再生沥青混合料性能高温稳定性。单轴贯入试验温度为60℃，试验加载速率为1mm/min，测试结果见图 3。

由图可知，随着 RAP掺量的增加，试样的贯入强度先增da后减少。加入玄武岩纤维后，试样的性能进一步提升，当 RAP掺量为40%时，贯入强度zui高为1.51MPa，相比未掺纤维的沥青混合料，提高21.8%。这是由于玄武岩纤维能够吸附自由沥青，形成稳定的三维网状结构，有效增强热再生改性沥青混合料的高温抗剪切能力。

低温抗裂性分析

热再生沥青混合料由于老化沥青黏度大导致沥青变脆发硬，在低温下易收缩开裂，严重时会产生龟裂等病害，影响其路面的使用性能[12].因此，提高热再生沥青混合料低温抗裂性能是影响 RAP 掺量应用的重要因素。根据«公路工程沥青及沥青混合料试验规程»(JTG E20—2011)中小梁弯曲试验要求，通过弯拉强度、zui大弯拉应变进行低温性能评价，测试温度为-10℃，加载速度为50mm/min，测试结果见图 4。

由图可知，未掺玄武岩纤维时，当RAP掺量从0升至50%后，其弯拉强度从 9.65MPa 下降至5.86MPa，下降幅度明显。热再生混合料的弯曲应变也随着 RAP 掺量的增加逐渐减小，这是因为RAP中老化沥青导致与矿料的黏附效应下降，试件的粘聚力降低。当 RAP 掺量达到50%时，混合料的低温性能较低，抗弯拉强度为8.1MPa，弯拉应变为2621με。

当掺入玄武岩纤维后，试件的破坏应变产生了显著增长，RAP 掺量在0、20%、30%、40%、50%时，掺入玄武岩纤维后，试件的弯拉强度分别提高14.2%、17.6%、37.5%、31.8%、38.2%，试件的破坏应变分别提高 13.4%、12.4%、12.8%、14.4%、23.6%，说明掺入玄武岩纤维可有效地提高热再生沥青混合料低温抗裂性能，提高路面使用性能。

当RAP掺量达50%时，仍能保持很好的性能，这是因为玄武岩纤维具有较好的沥青吸附性能，可分散到沥青混合料中，增加与集料的接触面积，提高混合料界面强度与韧性。且玄武岩纤维分散性好，强度高，在热再生沥青混合料内部均匀分散。形成不规则的三维网格结构，便于传递载荷及分散作用力，加筋稳定作用明显，缓解裂缝的产生或扩展，较好的提高再生混合料的低温性能。但随着RAP掺量的增加，旧沥青增多，新沥青无法充分裹覆纤维，导致部分纤维未能充分发挥在沥青中的稳定加筋作用。

对弯拉应变进行多因素方差分析，探究RAP掺量和玄武岩纤维对热再生沥青混合料低温抗裂性能的影响性。结果见表9.由表9可见，玄武岩纤维掺加 (F＝186.5145，P＝0.000166479)和 RAP掺量(F＝107.4164，P＝0.00025366)对热再生沥青混合料的低温抗裂性能均具有显著性影响，且RAP掺量的概率F值更小，说明其影响更大。

水稳定性分析

水稳定性是指沥青混合料抵抗水损害的能力。沥青路面长期受到地表水或地下水侵蚀后，在车辆载荷下易产生网裂、坑槽等病害，影响其路用性能，水损害己成为沥青路面主要病害之一[13].本研究采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来评价沥青混合料的水稳定性，结果见图 5。

由图可知，未掺玄武岩纤维时，试件的浸水残留稳定度和冻融劈裂强度比均随着 RAP掺量的增da而减少。当RAP掺量大于30%后，试件的浸水残留稳定度和冻融劈裂强度比低于规范要求值，不满足使用要求。这是因为RAP掺量中旧沥青老化与集料的黏附性降低，在动水压力作用下会使沥青与集料间相互剥离，导致混合料水稳定性降低。加入玄武岩纤维后，试样的水稳定性均明显提高，当RAP掺量为50%时，试件的浸水残留稳定度为86.1%，冻融劈裂强度比80.8%，满足使用要求，说明玄武岩纤维的掺入可有效地提高沥青混合料水稳定性。

疲劳性能分析

沥青路面长期承受车辆载荷的反复作用，容易发生疲劳开裂，造成路面结构性破坏，影响其路用性能[14].针对RAP掺量为50%的沥青混合料，通过疲劳试验评价玄武岩纤维对沥青混合料疲劳特性的影响，根据 «沥青混合料四点弯曲疲劳寿命试验»(T0 739—2011)要求，试验温度为15℃，加载波型为半正矢波型，加载频率为15Hz，测试结果见图 6。

由图可知，在低应力比时，高 RAP掺量沥青混合料的疲劳寿命较高，掺加玄武岩纤维后，混合料疲劳寿命显著的提高，说明玄武岩纤维对混合料有显著的加筋增韧作用，纤维均匀交错分布于混合料中，形成不规则的三维网格结构，纤维与集料、沥青之间有优异吸附性，提高了混合料致密性与牢固度，便于传递载荷及分散作用力。纤维柔韧性较好，包裹着混合料整体不易松散，提高材料弹性模量，从而增强了混合料各项性能。随着应力比的提高，沥青混合料疲劳寿命急剧降低。

结论

(1)热再生改性沥青混合料高温性能优异，随着RAP掺量的增加，混合料的高温稳定性逐渐增da，但低温抗裂性和水稳定性逐渐降低。当RAP掺量超过40%后，混合料的浸水残留稳定度和冻融劈裂强度比超出规范要求值，混合料的水稳定性不满足路用要求。

(2)掺加玄武岩纤维可明显改善热再生改性沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性等路用性能。当RAP掺量达到50%时，混合料的动稳定度达到8721次/mm，抗弯拉强度为8.1MPa，弯拉应变为2621με，浸水残留稳定度为86.1%，冻融劈裂强度比80.8%，满足使用要求。

(3)掺加玄武岩纤维可明显改善高RAP掺量的沥青混合料疲劳寿命，提高其长期使用的路用性能。

(4)综合来看，玄武岩纤维可改善高RAP掺量热再生改性沥青混合料的各项性能，对提高 RAP利用率有促进作用，能够为提高再生沥青混合料中RAP掺量并改善其性能提供一个新的途径。

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原创作者：董俊杰1 邬 燕1 张 伟1 魏艳萍2，1.齐鲁高速公路股份有限公司，济南;2.国路高科(北京)工程技术研究院有限公司，北京

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