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再生剂对添加RAP的Superpave混合料性能的影响

摘要：再生组分通常不用来作为回收废旧沥青路面材料（RAP）的软化剂。本研究中，对含有RAP的Superpave混合料加入再生剂，再生剂包括再生组分和软化组分。随后依据体积测定结果进行评价，获得样品的间接抗拉强度，利用沥青路面分析仪测定车辙性能。混合料中的再生剂的含量由RAP的混合图表决定。本研究一共设计了12组Superpave混合料实验，10组添加RAP，两组空白实验。混合料的检测结果表明：（1）添加再生组分的混合料的性质要好于添加软化组分的混合料，比如间接抗拉强度和抗车辙性能。（2）添加再生组分的混合料比添加软化组分的混合料可以多添加10%的RAP。（3）在Superpave结合料规范基础上建立的混合图表可以用来确定再生过程中添加的再生组分含量。

关键词：回收; 沥青路面; 沥青混合料; 柔性路面; 老化; 剪切变形

Abstract：Rejuvenator is not a commonly used softening agent to be used in recycling of reclaimed asphalt pavement （RAP）. In this study, Superpave mixtures containing RAP were designed using rejuvenating agents, including a rejuvenator and a softer binder, and subsequently evaluated in terms of the volumetric results, obtained the indirect tensile strength （ITS） of samples as well as evaluating the mixtures for rutting using the asphalt pavement analyzer （APA）. The content of the rejuvenator used for those mixtures containing the rejuvenator was determined from the blending charts of RAP binders containing the rejuvenator. A total of 12 Superpave mixtures including 10 containing RAP and two virgin were designed. The results indicated, for the mixtures tested for this project, that: （1） properties of the recycled mixtures using the rejuvenator, such as ITS and APA, were better than those containing the softer binder; （2） 10% more RAP could be incorporated in the Superpave mixtures by using the rejuvenator than using the softer binder; and （3） the blending charts established under the Superpave binder specifications can be used to determine the content of the rejuvenator for the recycling.

Key Words：Recycling; Asphalt pavements; Asphalt mixes; Flexible pavements; Aging; Shear deformation

介绍

废旧沥青路面材料（RAP）的应用可以节约自然资源，减少土地浪费。目前，根据联邦公路管理局的资料显示：在美国，每年由于道路翻修工程产生的约7300万吨废旧混凝土中，有80%得到了重新利用。RAP利用率的增加和再生混合料性能的改善都会对今后RAP的应用起到很大的促进作用。

多年来，出现了很多运用几十年前的再生技术,将高百分比RAP运用在热拌沥青混合料中的研究（NoureldinandWood1988;AI1981）。随着Superpave规范在美国逐渐被接受，RAP也以此规范进行应用。再生混合料的结合料等级和集料结构都要满足规范要求。例如，添加再生组分和RAP的混合图表要依据规范进行绘制，而不是利用传统的渗透/粘度系统。RAP和新集料混合，使混合料具有所需要的骨料结构和体积性质。

Superpave混合料中RAP的最佳百分比含量，由添加了软化组分的RAP结合料的混合图表来决定（Kennedyetal.1998）。有一个相似的研究是通过Superpave结合料规范，确定回收RAP结合料时所使用的再生组分的含量（ShenandOhne2002）。研究得出了回收RAP时选择结合料等级的临时指南（Bukowski 1997）。其中指出：在不改变原始结合料等级时，Superpave混合料可以添加多达15%的RAP。对于含有25%RAP的混合料，添加再生剂的RAP的混合图表可以用来确定再生组分和软化组分含量。研究了含有少量RAP、筛分后的粗集料、优质材料的12.5mm粗Superpave混合料的性质（Stroup-GardinerandWagner1999）。加入了40%的粗料和15%的细RAP碎料，会使抗拉强度有轻微的改变。但当加入15%的RAP时，刚度有大幅增加，这意味着需要软化组分。在混合料合理设计和铺设的基础上，添加RAP的Superpave混合料可以表现出良好的性质（McDanieletal.2002）。这些研究表明，再生剂在Superpave再生混合料中应用的研究仍然是十分必要的。

总的来说，再生剂改善老化结合料的性质是通过重组老化结合料中的化学组分来实现的。沥青结合料经历氧化老化之后，其中的活性组分浓度降低[氮基（N） 第一亲酸性]，非活性组分浓度升高[石蜡（P） 第二亲酸性]。通常用来恢复老化沥青结合料性质的再生组分的 N/P比最低为0.5，从而保证再生组分和老化结合料的配合，防止防止脱水收缩。再生组分必须满足一些对于黏度（60℃）、闪点、波动性、相容性、化学组分和特定重量的要求（ASTM1980）。

再生剂对混合RAP结合料和再生混合料影响的研究已经有很多。不同黏度范围的再生剂对于再生RAP结合料性质的影响已经被证实（EscobarandDavidson1979）。再生剂对于再生沥青混合料的结构性能的影响同样也进行了研究（Littleetal. 1981）。研究发现，再生混合料用于设计路面厚度的结构层系数要高于控制混合料，取决于RAP含量、材料来源、和再生剂。当再生混合料使用不同的RAP和再生剂时，会有很多性质上的不同，尤其是开裂的可能性。最近，再生剂已经被应用于高RAP含量的混合料和现场热再生中（Crawley1999;Kazmierowskietal. 1999）。利用再生剂和RAP中19%的结合料，设计出了含有80%RAP的再生混合料（Crawley1999）。再生混合料所要求性能是可达到的。在加拿大，再生剂对于恢复渗透的有效性在过去的十年中已经被证实（Kazmierowskietal. 1999）。日本实施了一项关于不同组分的再生剂对于再生混合料性能的研究。实验结果显示，在加入足量的再生剂的前提下，可以通过加入不同的再生剂使老化的结合料恢复到目标渗透性（TakahashiandHachiya2000）。然而，美国的一些州并不允许使用再生剂来对废旧沥青混凝土进行再利用，原因有很多，包括对于混合料的抗车辙性能有负面的影响以及将再生剂加入混合料中需要一些附加设备。

目标

1 比较添加再生组分的含有不同种RAP的Superpave混合料和加入软化组分的Superpave混合料的性质的差别。

2 研究利用老化结合料和再生剂的混合图表来在确定再生组分含量从而设计含有RAP的Superpave混合料的可能性。

3 通过比较原始Superpave混合料和加入了RAP的Superpave混合料的性质，研究将RAP加入Superpave混合料的可能性。

范围

本研究中，两种典型的南卡罗来纳州RAP和再生剂一起加入9.5毫米Superpave沥青混合料，再生剂的组分为再生组分或者为软化组分（对照试验）。得到了热拌沥青混凝土的体积设计，机械性能，湿度敏感性和所选择的性能特性。通过动态剪切流变仪和弯曲梁流变仪来建立含有再生组分的RAP结合料的混合图表，通过Superpave沥青结合料要求来确定再生组分的含量。一共包括12组Superpave混合料实验，其中包括10组再生混合料，2组原始混合料。

材料和测试方法

所用材料

集料

选用两种集料（成为C和L）来制备含有RAP的混合料和作为空白对照的原始混合料。集料C来自花岗岩，集料L来自片麻岩。两种原始集料的等级和其他各种性质见表1。

选用含有集料C和集料L的RAP。将RAP过筛成为两部分，留在4号筛上的称为粗颗粒组分（4.75 mm, labeled as #4），通过4号筛的称为细颗粒组分（labeled as minus;#4）。集料的等级和结合料的含量见表2。当加入含有C种集料的RAP时，使用两个级分的高百分比再生混合料不能满足的Superpave体积要求，因此，加入保留在8号筛上的颗粒。

沥青结合料

各种混合料中结合料预计最终等级为PG64-22。选用纯 PG64-22等级的结合料作控制原始混合料，而纯 PG52-28等级的结合料用来作为软化组分。这种方法由南卡罗来纳交通运输部推荐（SCDOT2004）。这两种原始结合料的来源相同。

用于获得临界温度和混合图表的RAP结合料是从两种RAP中提取出来的。从DSR和BBR测试中得到的RAP结合料的临界温度见表3。

表1 原始集料的级配和性质

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