PG分级分析法提高RAP掺量

PG分级分析法提高RAP掺量

刘清 嵇唯杰

南华大学土木工程学院，湖南 衡阳 421001

摘要：如今沥青路面作为道路的主要路面之一具有表面平整、无接缝、行车舒适、振动小等优点从而拥有可观的发展前景。但是沥青路面长期使用导致老化沥青路面增多以及公路等级提升产生大量RAP。利用PG性能分析法探索添加再生剂后的沥青性能提高RAP中沥青等级标准，目的达到热再生工艺中的RAP掺量增加，节省沥青及矿料的用量，具有较高的资源利用及环境保护意义。

关键词：沥青再生剂；RAP掺量；沥青混合料热再生 ；PG性能分析法

我国及世界大多数国家对沥青的分级标准，一般为25℃时的针入度为主要标准，结合其他的各项性能指标，将沥青原材料分为不同的等级标准，方便于在实际施工过程中合理选择沥青种类；美国的部分州、加拿大及澳大利亚等国家主要60℃的粘度值结合其他性能指标对沥青进行分类；PG分级是美国战略性公路研究计划（SHARP）中提出的沥青性能分级标准。

中共中央、国务院《交通强国建设纲要》，（2019年）、《中国可持续交通发展报告》、和交通运输部《“十四五”公路养护管理发展纲要》均明确提出大力推动废旧路面材料、工业废弃物等再生利用，公路行业实现“碳达峰”“碳中和”。

如今在欧美等发达国家对环保的要求已从鼓励逐渐提高为强制性的法律。我国虽然属于发展中国家，环保问题也应该受倒重视。根据美国在20世纪80年代后期至90年代发表的一系列研究报告表面，再生沥青混凝土与全新混凝土路用性能并无明显差距。在我国短短几十年的发展过程中，沥青混凝土路面比例已达到80％左右，随着沥青路面大量投入使用，砂石料和沥青资源消耗迅速。在我国许多地区，适用于铺设高级沥青混凝土路面的玄武岩等石料是非常稀缺的资源。沥青路面的使用年限通常仅有10年左右。因此远距离运输成本问题、沥青回收利用问题与废料处理问题成为了当前主要问题之一。沥青热再生技术近年来已在国外广泛应用且形成比较完整的成套技术。此技术是我国公路建设可持续发展战略的重要组成部分，对此本课题组利用再生剂来提高沥青的等级标准，辅以合适的配合比设计提高热再生工艺中的RAP掺量。相信在不久的将来，此技术对沥青混凝土路面的主要问题能有进一步解决。

1 试验流程图

图1 PG分析法提高RAP掺量试验流程图

2 RAP指标检测

2.1 RAP油石比的测定

采用抽提法测定RAP油石比，具体数据见表1。

表1 RAP油石比

抽提沥青需要对照分类标准确定沥青等级,具体数据见表2、表3。

表2 RAP中沥青实测结果

表3 RAP等级分类

2.2 RAP矿料级配的测定

根据拌合楼的预处理过程将RAP分为集料R1及集料R2，分别测定两种铣刨料的矿料级配。

（1）RAP中石料的质量技术要求需要符合规范及设计要求，若不能达到标准需要重新选取RAP。

（2）RAP中的含泥量影响制成再生沥青混合料的路用性能要求，对于含泥量过多的RAP需要对其采取相关措施降低含泥量。

（3）RAP中的矿料级配和沥青标准进行了研究，为后续的研究提供了重要的参考数据和理论基础。

本试验对RAP中的沥青进行了抽提，并测定了其针入度、延度和软化点等指标，如表2和表3所示。通过与浙江地区规范标准沥青（A-70）的技术要求对比，我们发现RAP中的沥青性能有所降低，尤其是针入度指标。因此，在后续的再生混合料设计中，需要选择合适的新沥青等级和再生剂，以提高再生混合料的性能。3 沥青再生剂各项性能指标

多功能补强剂相对分子量较高、较硬，分子链短且少，密度较高，使得沥青与集料之间形成强而有力的化学纽带，增强沥青与新旧集料间的粘附性，使其具有良好的抗水损害性和抗剥落性，同时补充老化沥青中缺失组分，提高混合料抗疲劳和低温抗裂性能。多功能补强剂技术要求见表4所示。掺量为沥青混合料质量的0.3%，具体根据 RAP 性能、设计指标、经济性确定。

表4再生剂性能指标

4 沥青PG分级分析结果对比

沥青的高温与低温性能研究，本次试验采用了沥青的PG分级作为主要研究依据，路段标准采用1-4夏热地带。将未加再生剂沥青的PG分级数据与添加了再生剂与新沥青的PG数据进行对比研究，得出再生剂对沥青温度性能的影响。具体数据见表5、表6。

表5 沥青高温性能PG分级数据

表6 沥青低温性能PG分级数据

特定再生剂作用于沥青的研究。通过RAP中沥青的三大指标测定，检测结果显示RAP中沥青部分性能指标不合格。提高RAP掺量目的使老化沥青再生后性能指标合格，为达此目的分别采用：添加再生剂法；添加再生剂与基质沥青法；添加再生剂与改性沥青三种方法，并测定了它们PG分级数据。实验结果表明，添加再生剂和新沥青后，沥青性能得到显著提升，各项指标均有所改善，且PG分级数据也表明再生剂对老化沥青的低温性能有积极的提升作用。

基于实验结果，继续深入探索再生混合料的配合比设计，以优化其性能表现。同时对再生混合料的性能评价体系进行完善，以更准确地评估其在实际工程中的应用效果。这些研究将为推动再生沥青混合料的广泛应用提供有力的技术支持。

5 配合比设计

5.1 沥青混凝土规格的确定及新料选取

根据实验目标并切合浙江嘉兴地区公路情况，本实验决定选取细粒径式沥青混合物AC-13作为研究目标。采用的方法：1、新加沥青采用SBS（I-D）改性沥青；2、四种不同级配石料、矿粉作为新料，掺配RAP组成合格级配。矿粉在沥青混合料种起到了填充作用，减少了沥青混凝土的空隙。提高了沥青混凝土的强度和稳定性，在配合比设计需加入1~2％的矿粉。

5.2 RAP掺量的确定

铣刨料选取地为浙江桐乡地区公路段，经过RAP分级及工程地区经验可知RAP掺量最高可达30％左右。 本实验研究方向：使用符合PG分级要求的再生沥青能否提高RAP掺量。

5.3 AC-13配合比

根据JTG F40-2004要求确定沥青混合料AC-13矿料各筛孔质量通过百分率，设计掺配比例。具体数据见图表7。

表7 设计掺配比例

由图表可见本次实验RAP掺量高达48％，且石料质量通过百分率均在规定上下限之间，得出结论级配配合比设计成功。

6 沥青混合料的路用性能验证

热再生试验结束后需验证路用性能是否达到标准，以此作为研究目标可行性的主要依据。性能分别为：马歇尔稳定度、浸水残留稳定度、冻融劈裂、车辙、和小梁弯曲。热再生沥青混合料对流值不做具体要求。

6.1 马歇尔稳定度

实验结果与根据JTG F40-2004所要求目标性能要求对照如下：目标8KN，实测值16.23KN、16.19KN、17.1KN、14.13KN、16.20KN。显示马歇尔稳定度远超规范要求。

6.2 浸水残留稳定度

实验结果与根据JTG F40-2004所要求目标性能要求对照如下：目标＞85%，实测值92.83%，91.97%，88.42%，89.21%。显示浸水残留稳定度符合规范要求。

6.3 车辙试验动稳定度

实验结果与根据JTG F40-2004所要求目标性能要求对照如下：＞2800次/mm，实测5241次/mm,4260次/mm,4463次/mm。显示车辙试验动稳定度符合规范要求。

6.4 冻融劈裂试验

实验结果与根据JTG F40-2004所要求目标性能要求对照如下：大于80%，实测82.6%，86.3%，81.1%。。显示冻融劈裂符合规范要求。

6.5 低温弯曲实验

实验结果与根据JTG F40-2004所要求目标性能要求对照如下：目标大于2500μ实测2614μ𝝴,2516μ𝝴,2712μ𝝴。显示低温弯曲符合规范要求，实验结果表明，此方法制成的高掺量再生沥青混合料的水稳定性、抗冻融性能以及低温抗裂性得到了显著的改善和提高，与PG分级分析的回收沥青再生后低温性能提高相对应。这些改善使得高掺量沥青混合料的路用性能更加符合标准要求，有利于延长路面的使用寿命。

在工程实践中，可以根据具体需求和地区特点，选择适当的再生剂类型和掺量，以达到再生沥青混合料性能符合路用性能标准。这对于推动再生技术在道路工程中的应用，实现资源的循环利用和环境的可持续发展具有重要意义。

结束语

随着沥青混凝土路面的大面积推广，大量的沥青和矿料资源被浪费。本试验遵从经济环保的角度从而提高沥青混合料热再生工艺种RAP用量。利用多功能补强剂相对分子量较高、较硬，分子链短且少，密度较高，使得沥青与集料之间形成强而有力的化学纽带，增强沥青与新旧集料间的粘附性，使其具有良好的抗水损害性和抗剥落性，同时补充老化沥青中缺失组分，提前混合料疲劳和低温抗裂性能。通过PG分析法中的高温性能及低温性能是否符合规范和设计要求，结合路用进行性能验证我们可以发现在提高了RAP用量之后的沥青混合料路用性能依旧能达到标准，从而说明了该方向的可行性。此试验对今后的沥青混凝土热再生工艺有着极大的促进作用，也节约了稀有矿料与沥青资源。沥青热再生工艺同样也成为我国公路建设可持续发展战略的重要组成部分。本试验方法因RAP掺量过多，矿料级配存在一定问题。现给出两种解决方式：尽量使用与混合料粒径相同RAP、对新料级配采取一定的把控使其能够调配出合适级配。

参考文献:

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