摘要

为了研究新加沥青标号的性能差异对高掺量回收沥青路面材料(RAP)再生沥青混合料强度和疲劳性能的影响，制备了3种不同类型的再生沥青混合料：新集料和70＃沥青制备的AC-20沥青混合料；RAP掺量为50%并添加70＃沥青的AC-20再生沥青混合料；RAP掺量为50%并添加90＃沥青的AC-20再生沥青混合料(简称AC-20参照组、AC-20-50%RAP-70＃和AC-20-50%RAP-90＃，下同)，3组沥青混合料采用相同的目标级配设计和沥青含量。通过强度试验和疲劳试验分析沥青混合料的性能；采用不同温度下单轴压缩试验和劈裂试验评价沥青混合料的强度；采用控制应变的***四点弯曲疲劳试验研究沥青混合料的疲劳性能；同时，根据再生沥青实测针入度和软化点的变化规律，探索利用公式预测再生沥青疲劳性能的可行性。研究结果表明：掺入50%RAP能使再生沥青混合料的强度提高，沥青混合料强度随试验温度升高而降低，在试验温度范围内，3组试件强度的高低排序不随试验温度变化而改变，AC-20-50%RAP-70＃再生沥青混合料强度zui高；再生混合料的疲劳性能与添加新沥青的标号有关，AC-20-50%RAP-90＃再生沥青混合料疲劳性能zui好，而AC-20-50%RAP-70＃再生沥青混合料的疲劳寿命低于新制备沥青混合料，选用合适标号的新加沥青可有效改善再生沥青混合料的疲劳性能。

关键词：道路工程 | 沥青标号 | RAP | 强度 | 疲劳性能

沥青路面再生技术是指利用部分回收沥青路面材料(RAP)与新沥青和集料共同生产再生沥青混合料。沥青混合料应在保证具有相同或更优路用性能的前提下，尽可能在生产实践中增加其掺加比例，以提高经济效益[1-4]。目前，国内外厂拌热再生沥青实践中，RAP掺量(质量分数，下同)通常在10%~30%，在此掺量范围内，厂拌热再生沥青混合料具有和新拌沥青混合料相近的路用性能[5-8]。目前，很多国家和地区已经开展了采用更高掺量RAP再生沥青混合料的实践。美国已有超过40个州使用了30%以上RAP掺量的再生沥青混合料[9-10]。对于高掺量RAP再生沥青混合料而言，除了实际生产拌和过程中出现的一些工艺问题外，其强度和疲劳性能仍被认为无法与传统沥青混合料相比拟。

高掺量RAP再生沥青混合料的疲劳性能一直备受关注，RAP中的老化沥青会增加再生混合料的硬度，更易产生疲劳破坏，低温条件下脆性增加[11-14]。间接拉伸试验结果和小梁疲劳试验结果均表明，在不对再生混合料级配设计调整的情况下，材料硬度随RAP掺量的提高而增加，会引起早期开裂破坏[15-17]。这些强度增加和发生开裂的现象，很大程度上是由于新沥青和回收料中旧沥青结合程度不足引起的[18-19]。此外，以往针对再生沥青混合料的力学及疲劳性能研究，对象大多是再生沥青混合料，而材料级别的分析对象多是回收沥青和再生沥青[19-22]，缺乏对新加沥青标号影响作用的分析。

综上所述，本文通过一系列室内试验研究AC-20再生沥青混合料强度和疲劳性能。为研究高RAP掺量对再生沥青混合料疲劳性能的影响，混合料中RAP掺量选择50%。制备再生混合料过程中，添加2种标号(70＃和90＃)的新沥青，以考察不同沥青标号对再生混合料性能的影响。

试验准备

试验准备工作包括3种混合料试件的制备：新集料和70＃沥青制备的AC-20沥青混合料；RAP掺量为50%并添加70＃沥青的AC-20再生沥青混合料；RAP掺量为50%并添加90＃沥青的AC-20再生沥青混合料(简称AC-20参照组、AC-20-50%RAP-70＃和AC-20-50%RAP-90＃，下同)。3种混合料在设计上具有相同的级配组成和沥青含量，分别测试3种混合料试件的硬度和疲劳性能。

AC-20参照组根据《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)中相关设计要求制备，集料采用武安石场花岗岩，沥青采用70＃沥青。2组再生混合料由RAP回收料、集料和新沥青组成，新集料来源与参照组相同，RAP回收料取自原石安(石家庄-安阳)高速公路旧沥青路面，2种新沥青分别为70＃和90＃沥青，其中70＃沥青与参照组中所采用的相同。表1为3种混合料材料组成情况。

试验材料

RAP回收料

本研究所用RAP回收料均来自原石安高速公路旧沥青路面，其含量由《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)(简称规程，下同)中T0735-2011沥青含量试验(燃烧炉法)获得，RAP回收料中T0735-2011沥青含量试验(燃烧炉法)获得，RAP回收料中沥青含量(质量分数，下同)为 3.6%。对燃烧后的集料进行筛分，分析RAP回收料集料粒径。采用规程中T0726-2011阿布森法萃取回收沥青，再根据T0604-2011、T0606-2011和T0625-2011 检测回收沥青针入度、软化点和135℃旋转黏度。测得回收沥青的针入度为40(0.01mm)，软化点为 66.8C℃，135℃ 旋转黏度为1.3 Pa·s。表2为回收料集料粒径组成。

集料

本研究所用新集料为武安石场生产的花岗岩。表3和表4为所用4档集料(A~D档)的粒径和性能参数。

沥青

本研究中所采用新沥青为70＃和90＃2种，其针入度、软化点、延度和135℃旋转黏度如表5所示。

混合料配合比设计和性能检验

配合比设计

AC-20参照组试件的设计方法按照《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)进行。下页表6为参照组试件的各筛孔通过率，根据室内试验结果，参照组混合料zui佳油石比(质量分数)为4.3%。采用zui佳油石比的参照组混合料主要性能参数见下页表7。再生混合料采用与参照组相同的合成级配曲线。

沥青混合料性能检验

本文对3种类型沥青混合料进行了强度和疲劳性能试验。其中，利用旋转压实成型试件，通过钻芯并切割两端，得到φ100mm×100mm圆柱体沥青混合料试件，用于抗压强度试验；成型沥青混合料马歇尔试件用于劈裂强度试验；成型沥青混合料车辙板，通过切割得到380mm×50mm×63.5mm长方体小梁疲劳试件。在进行强度和疲劳试验之前，先对3种混合料的体积参数、级配组成和沥青性能进行检验，验证试验所用混合料与设计参数的吻合程度。

体积参数

3种沥青混合料试件的体积参数试验结果见表8。

对比表7和表8的结果，可以发现试件实测体积参数与zui佳油石比下的设计参数非常接近。

级配组成验证

利用燃烧筛分法对3种沥青混合料的级配组成进行验证，试验结果见表9。

由表9可以看出，3组沥青混合料的实际级配差异很小，可视为采用相同的级配设计。对于2组采用50%RAP再生沥青混合料而言，其油石比(4.24和4.28)与参照组油石比(4.30)也几乎相同，符合设计要求。

再生沥青性能分析

3组沥青混合料中的沥青性能分析结果见表10。结果显示，在RAP掺量为50%时，加入不同标号沥青的2组沥青混合料所抽提出的再生沥青均比参照组的沥青更硬，即其具有较低的针入度和较高的软化点及旋转黏度。根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)(简称规范，下同)中关于沥青标号的性能指标，2组再生沥青均比新加沥青下降1个标号，即分别达到50＃和70＃沥青的标准。

参考欧洲规范[23]，可根据新加沥青和回收沥青的针入度及软化点，预测对应的再生沥青针入度和软化点，其计算公式为：

采用式(1)、式(2)计算得到的再生沥青针入度和软化点见下页表11，并与表10中实测值进行对比后发现，2种方法的结果十分接近，即再生混合料回收沥青的标号分别达到50＃和70＃沥青的标准。

强度试验结果分析

抗压强度及抗压回弹模量

抗压强度及抗压回弹模量试验参考规程中T0713-2000方法，分别测试3种混合料在15℃和20℃下的抗压强度和回弹模量，试验结果见表12。

由表12可见：掺加50%RAP的再生沥青混合料具有更高的抗压强度和抗压回弹模量。以试验温度为15℃为例，AC-20-50%RAP-70＃混合料抗压强度zui高达到10.1MPa；掺加90＃新沥青的混合料也可达到9.3MPa。抗压回弹模量结果同样表明：AC-20-50%RAP-70＃混合料抗压回弹模量zui高，达到2171MPa；AC-20-50%RAP-90＃混合料次之，达到2001MPa。AC-20参照组沥青混合料的抗压强度和抗压回弹模量均zui低，分别是7.9、1885MPa。当试验温度为20℃时，各组混合料试验结果呈现相同的趋势。由此可以得出：对比普通AC-20沥青混合料，在RAP掺量为50%的再生沥青混合料中添加90＃新沥青，其抗压强度提高15%左右，抗压回弹模量提高9%；添加70＃新沥青时，抗压强度和抗压回弹模量增幅分别达到25%和23%。

劈裂强度

劈裂强度可有效评价再生混合料的强度性能，《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)中同样指出劈裂强度与抗压强度满足一定的换算关系。劈裂强度试验参考规程中T0716-2011 方法，在0℃、15℃、30℃、45℃这4个温度下分别进行沥青混合料劈裂试验。图1为3种混合料试件号裂强度试验结果。

由图1可见，随着试验温度的升高，各组混合料试件的劈裂强度逐渐降低，采用 70# 沥青的再生混合料劈裂强度zui高，参照组沥青混合料劈裂强度zui低，这一结果与混合料抗压强度试验结果相符。在0℃、15℃、30℃、45℃时，相比于AC-20参照组混合料，AC-20-50%RAP-70# 再生混合料的劈裂强度分别提高了25.8%、18.3%、39.1%和26.1%：AC-20-50%RAP-90# 再生混合料的劈裂强度则分别提高了9.3%、14.9%、19.1%和 15.4%。可以看出，在高温区段再生混合料劈裂强度增幅更为显著从3组混合料劈裂强度随温度的变化趋势可以看出，AC-20-90# 再生混合料劈裂强度在高温段变化相对缓慢，表明采用标号较高沥青时，混合料高温性能较好，对温度变化较不敏感。

疲劳试验结果分析

根据规程中Ｔ0739-2011tui荐，采用***万能试验机对3组混合料试件进行四点弯曲疲劳试验。试验采用应变控制模式，分别用400×10^-6、600×10^-6、800×10^-6作为控制应变进行试验，每组试验平行测试4个试件。试验机输出偏正弦波，试验温度为20℃，当试件强度下降至初始强度的50%或试件破坏时，试验停止，停止时的作用次数即为试件的疲劳寿命。图2为3组混合料疲劳试验结果，可见：AC-20-50%RAP-90＃再生混合料具有zui好的疲劳性能，在不同控制应变下均可以承受zui多次的反复疲劳荷载作用；AC-20-50%RAP-70＃再生混合料疲劳性能略逊于AC-20参照组，疲劳性能为3组中zui弱。由此可见，在再生混合料中加入较高标号(较软)的沥青时，可以显著提高再生混合料的疲劳性能。

疲劳寿命Nf和控制应变ε双对数线性回归疲劳方程如表13所示。在疲劳回归方程中，斜率n越小，疲劳寿命对控制应变的变化敏感度越低；截距k越小，在相同控制应变下，疲劳寿命越短。分析其原因为：掺加50%RAP后，再生沥青混合料的劲度有所增加，导致疲劳寿命因混合料硬化而有所减弱，因此AC-20-50%RAP-70＃再生混合料k值比AC-20参照组低，而90＃新沥青更软，一定程度上缓解了RAP的硬化作用，因此AC-20-50%RAP-90＃混合料k值与AC-20参照组相近；旧路回收的RAP混合料由于加载历史作用，相比于新拌沥青混合料，其疲劳寿命对于控制应变的变化较不敏感，因此2组再生混合料的n值都比参照组小。

结语

(1)当采用一定级配和油石比设计时，掺入50%RAP的再生沥青混合料中，再生沥青会变硬，硬化程度与回收沥青的性能有关。

(2)所有试件抗压强度和劈裂强度均随试验温度升高而降低，3组试件强度的高低顺序不会随试验温度变化而改变，再生混合料试件强度总是优于参照组试件强度，采用70＃基质沥青的再生混合料强度始终zui高。采用标号较高新沥青制备的再生混合料试件具有较好的疲劳性能。采用90＃基质沥青的再生混合料疲劳性能优于参照组试件，而采用70＃基质沥青的再生混合料疲劳寿命zui低。

(3)根据欧洲规范中提出的再生沥青针入度和软化点计算公式，得到的计算值与实测值非常接近，证明可借鉴该公式来预测再生沥青性能。

(4)通过建立的疲劳方程分析试验结果表明，新沥青标号对再生混合料的软化作用是影响其疲劳性能的关键因素，选用合适的沥青标号可有效提高再生沥青混合料的疲劳寿命。再生沥青混合料具有较好的强度性能，有利于减少路面结构层的厚度，增加设计寿命。但是，在制备再生混合料时，应选取合适的新沥青标号，否则可能导致路面疲劳性能下降，不利于结构的长期使用。

(5)在今后的研究中，除了总结再生沥青混合料材料级别的强度和疲劳性能外，还需进一步对再生沥青进行材料级别的性能分析。此外应对实际路面回收RAP混合料作进一步老化分析，并同室内模拟RAP老化结果进行对比研究，以求更接近工程实际。

全文完 发布于《长安大学学报(自然科学版)》2017年5月

我们可以升级您现有的多功能路面材料动态测试系统 （包括其他厂家的 UTM产品）

DTS-30/CTS-30 多功能路面材料动态测试系统是使用数字控制高性能伺服阀，并提供频率高达 100Hz 准确加载波形的液压伺服试验 系统。DTS-30/CTS-30多功能路面材料动态测试系统可以执行拉伸、压缩、动态加载，适合于测试各种不同材料，如沥青、土壤、非粘结角料、纤 维和塑料。DTS-30/CTS-30 配置意大利matest-Pavetest 的 CDAS/CDAS2 数字式控制器，TestLab2 软件和全套测 试附件，实现硬件和软件的很好结合。DTS-30/CTS-30 动态测试系统是一套紧凑型、全集成、用户和环境友好型的试 验系统。

产品特点
▍紧凑、坚固的加载架
▍占地面积小：90cmx135cm，包括液压动力单元和环境箱
▍反力架嵌入到环境箱体中
▍可移动式温控单元
▍全套配置适合于广泛的测试应用
▍数字液压伺服控制

▍标准配置为 4 轴控制和 16 通道数据采集系统（可选用高配 CDAS/CDAS2）

设备名称：独立式气动伺服四点弯曲小梁试验系统 4PB
型       号：B210 KIT
制  造  商：意大利Matest-澳大利亚Pavetest

棱柱体小梁四点弯曲试验是 2011 年交通部行业标准《公路工程沥青及沥青混合料规程》增加的评价沥青混合料疲劳性能 和测量劲度模量的非常重要的试验方法。该方法可以在DTS多功能动态试验系统中进行，也可以使用单独式系统，搭配 温控环境箱进行试验。尤其对于试验任务量比较大的单位，因为疲劳试验可能持续的时间比较长，几小时到几天、甚至几周。 所以配备一套单独式的沥青混合料疲劳试验系统是非常有必要的。

意大利matest-澳大利亚Pavetest气动伺服四点弯曲疲劳试验机 (4PB) 是采用数字控制高性能伺服阀，提供高达60Hz的准确加载波形的气动伺服 试验仪。四点弯曲疲劳试验机可加载半正弦波和正弦波，受控应变或受控正弦应力控制模式，测试多种尺寸沥青混合料小梁的弯 曲劲度/模量。

适用规范
▍ AASHTO T 321 热拌沥青混合料重复弯曲疲劳寿命
▍ ASTM D7460 热拌沥青混合料重复弯曲疲劳损伤
▍ AG:PT/T233 & ASTM 03 热拌沥青混合料重复弯曲疲劳寿命
▍ EN 12697-24 Annex D- 棱柱体试件的四点弯曲试验
▍ EN 12697-26 Annex B- 棱柱体试件的四点弯曲试验 (4PB-PR)
▍ T0739-2011 沥青混合料四点弯曲疲劳寿命试验

产品特点
1.试样通过伺服电机驱动滚珠丝杠牢固夹紧，可始终维持预 定的夹紧力，并保证测试过程中试样在产生屈服变形时仍能被持续夹紧，夹紧力可通过调节电机电流控制
2.两个夹紧开关在仪器前方，用于试样梁的左右两侧和中间侧夹紧点的夹紧和放松。四个试样夹紧框可实现所有加载点和反力点的旋转和横向移动
3.顶部夹紧块的标志线，可帮助操作者在夹紧前横向对中试 样梁
4.气动伺服系统使用底部气动加载作动器，配备高性 能气动伺服阀，PID 闭环控制，运行中的自适应控制，可始终维 持测试所需的应力/应变
5.薄型高性能不锈钢圆形荷载传感器，用于实时测量和 控制荷载。主轴位移传感器可实现中间加载框架的准确定位
6.试样表面位移传感器(On-specimen LVDT)可按设定进行控制并测量试样梁有效范围内的整体弯曲变形（而不是悬浮式的测量部分变形的方法），符合相关标准的要求。
7.基于 Windows 的 TestLab 软件提供的用户界面，简单、效率高并符合有关 国际标准。

了解更多产品详细信息，获取产品资料，欢迎垂询TIPTOP卓致力天！

服务热线 | 400-633-0508     邮箱：tiptop@tiptoptest.com