摘要
为实现废旧沥青可回收利用，本文通过专用设备对废旧沥青混合料再利用，将其分离成集料和粉状的废旧沥青混合料，对于再利用沥青混合料配合比及实用性展开研究。结果显示沥青针入度系数可客观反映出废旧沥青混合料最佳掺配比，明确了再利用沥青混合料的配合比构成，粉状废旧沥青混合料在再利用沥青混合料中掺配比取值位于20%～30%区间内时，再利用沥青混合料各项技术指标均能满足规范技术指标，且具备良好的路用性能。
关键词
再利用沥青混合料
针入度
配合比
路用性能
沥青混凝土路面具有易老化的特性，尤其受环境温度、渗水、冻融以及车辆荷载等相关因素的影响，其道路性能随着使用时限逐渐弱化，出现龟裂、车辙、推移、坑槽、拥包、抗滑不良等各种病害，严重影响了道路运行的安全性和舒适性。目前，对病害沥青混合料路面处理的主要方法是将病害沥青路面铣刨重新铺筑。
年最先由美国人提出废旧沥青混合料再利用技术，经过几十年的技术改进及应用，废旧沥青混合料再利用技术已被美国成熟运用。年由苏联出版的《再利用路用沥青混凝土》细述了废旧沥青混凝土再利用技术的使用方法，该方法已在俄罗斯被广泛应用。日本是资源贫乏型国家，年的石油危机促使其对废旧沥青再利用技术研究不断深入，截止目前，其国内沥青拌合站几乎都具备废旧沥青混合料再利用技术，新铺筑沥青路面使用再利用沥青混合料占比已达70%左右，极大地缓解了日本国内沥青大量进口局面，即节约成本又保护了环境。
年世界经济合作与发展组织对美国、日本及欧洲等14个国家的路面基材再应用状况做了调研，制定了《道路工程再利用战略》，鼓励各国广泛应用再利用技术，建设资源节约型社会。废旧沥青混合料现阶段主要应用于道路面层结构，目前尚无应用于路基结构层，废旧沥青热再利用技术虽被较多国家认可，但仅有个别国家积极推广相关技术。
20世纪70年代，我国道路养护部门开始尝试进行废旧沥青混合料再利用技术的应用，但并未在高速公路中应用该技术，多数用于轻交通等。年，由同济大学负责废旧沥青混合料再利用技术及方法的研究，从物理学化学多角度出发，揭示沥青劣化规律，并就再生剂的作用和质量控制做了研究。此外，通过室内试验对沥青再利用料的力学性能进行了系统性研究，指明了废旧沥青再利用技术的方法，建立了较完善的废旧沥青再利用技术指标。
年，建设部设立废旧沥青混合料再利用技术研究课题，主要研究方向是将轻油按适当比例加入到旧沥青路面铣刨废料中，并使之软化，取代常规沥青混合料铺筑道路，该项研究在多个城市多条道路试验，道路试验面积超㎡，经长期道路监测，再利用路面的各项技术指标均满足相关规范要求。从年至年，云南省分别在三条高速公路上应用了废旧沥青混合料再利用技术，为我国高速公路废旧沥青再利用提供了实践经验。年，广州至佛山高速公路路面大修工程中应用了废旧沥青混合料热再利用技术，利用率达到10%~20%，路用效果十分良好。年，张金喜与李娟等人对废旧沥青再利用混合料进行实验分析，测得针入度及软化点等相关技术指标，验证了再利用混合料路用的物理机能。
尽管我国已开始加大对废旧沥青混合料再利用技术研发的投入，但目前对该技术的研究方向较多，系统性不足，相关设备的研发投入不足，多数相关研究课题是以国外已成熟技术为前导，所以结合我国实际对废旧沥青混合料再利用技术研发及应用的空间依然很大。本文以“建设资源节约型社会”为原则，为进一步提升废旧沥青混合料的利用率，根据现阶段再利用技术为切入点，积极研发再利用新技术及新设备，创建高速公路循环经济新模式。
废旧沥青混合料技术指标
废旧沥青混合料再利用技术一般是将其分离成集料和粉状的废旧沥青混合料两种材料，对废旧沥青混合料的研究可细化为对集料及粉状混合料两种材料的性能研究。再利用沥青混合料质量控制的关键点是确定废旧沥青的品质，因此，衡量再利用沥青质量的一个重要性能指标就是废旧沥青的老化水平。本文将针入度、延度、软化点和粘度四项指标作为沥青老化水平的判定标准。
根据《公路沥青路面再利用技术规范》(JTGF41-)中厂拌再利用的回收沥青路面基材的技术要求，对回收沥青路面材料提出了检测项目与质量要求见表1。具体测试方法见《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ)。
按照国外内相关文献及规范，再利用沥青混合料中的新沥青标号是根据60℃粘度的实测值确定。本文再利用沥青混合料的粉状废旧沥青混合料掺配比小于30%，且该混合料的生产方式是调和再利用，对新沥青标号的确定不造成影响。因60℃粘度试验值的测定受专业设备及工艺等因素的影响，本文对该项技术指标不做强制性要求。
针入度是判定废旧沥青质量品质的关键项，废旧沥青能否再次应用的重要依据是以针入度测定值予以区分的，而废旧沥青掺配比的确定亦取决于针入度，所以本文将针入度作为废旧沥青质量控制的第一项指标。将废旧沥青各项技术指标与新沥青进行对比分析，发现废旧沥青延度较差，为确保再利用沥青质量，本文将延度作为第二项质量控制标准。软化点与针入度及延度均存在密切联系，对沥青品质管制至关重要，因此，本文将软化点作为第三项质量控制标准。
根据对调和沥青各项机能相关数据的分析，废旧沥青针入度系数在满足规范要求的最低标准及粉状废旧沥青混合料掺配比小于30%时，调和的沥青各项性能标准较常规沥青等级低一级。为保护生态环境，节约成本，最大化提升废旧沥青利用率，本文依据规范标准确定废旧沥青针入度标准值，延度标准值则是在环境温度保持15℃的情况下取值不得小于5cm，软化点最高控制温度不超过70(℃)。粉状废旧沥青混合料技术指标及标准见表2。
再利用沥青混合料配合比设计方法研究
再利用沥青混合料是在常规沥青混合料中加入适当比例的废旧沥青混合料，此为两种沥青混合料掺配比设计方法的差异性。废旧沥青混合料中含有定量的废旧沥青成分，本文再利用沥青混合料采用的调和方式是添加再生剂，与新沥青材料、新集料等以合理比例拌合成新的混合料，因此再利用沥青标号确定的关键环节是对沥青量比的控制。再利用沥青标号原则是按照新旧沥青针入度及配比来确定的。因废旧沥青长期受外力因素影响，其各项性能指标在一定程度上较新沥青低，鉴于此，可根据实际情况将再利用沥青标号降低一个等级，但各项技术指标和性能指标必须需满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG-)指标要求。本文以AC-16型再利用沥青混合料为例，着重研究粉状废旧沥青混合料配合比构成。
(1)新材料和粉状废旧沥青混合料性能分析。再利用沥青混合料路用性能的好坏取决于各项材料技术标准是否满足技术要求，其组成包含粗集料、矿粉、新沥青及废旧沥青混合料。其中，粗集料选用泾阳生产的级配碎石，本文对其性能及其余新材料各项性能进行了检测分析，结果显示各项指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-)要求，满足再利用沥青混合料路用性能要求。因粉状废旧沥青混合料组成成分较为复杂，在提升废旧沥青利用率的前提下，深化粉状废旧沥青混合料各项机能的研究，在再利用沥青混合料配合比确定前精准评价粉状废旧沥青混合料材料性能。
本文应用离心分离法将废旧沥青混合料分为矿质集料和老化沥青两种材料，因废旧沥青混合料在各种工况下发生不同程度的磨损或破坏，其原集料级配比已发生转变，为确保级配组成数据的准确性，矿质集料按要求做筛分试验，重新确定分离后的矿质集料级配组成。通过筛分试验结果可知，再利用矿质集料配比组成符合要求。本文按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ)中的标准测试方法对粉状废旧沥青混合料的各项机理性能展开分析，结果显示其各项技术指标满足粉状废旧沥青混合料的技术指标及标准，见表3。
(2)再利用沥青混合料的矿质集料级配范围。本文再利用沥青混合料的矿质集料级配选用AC-16型。其中，矿质集料来源分两部分，一部分源于废旧沥青混合料，另一部分是新添加的矿质集料，将两种集料筛分结果集中汇总为混合料矿质集料级配曲线见图1。
(3)新沥青的最佳含量。本文根据常规沥青混合料油石比，考虑废旧沥青含量，适当下调新沥青油石，暂将3.5%作为估算新沥青油石比，且以0.5%作为间隔，选取5个油石比做马歇尔试件，按照试验规程实测试件的理论密度。马歇尔试件结果见图2。
根据图2试验数据，确定稳定度及密度最大值、沥青饱和度和符合规范要求的空隙率中值所对应的沥青含量，并将上述四项指标对应的沥青含量均值设为新沥青油石比初始值OAC0，同时选取符合规范要求的油石比重合区间，并计算区间中值OAC1，由初始值OAC0和区间中值OAC1组成新的油石比范围区间，计算该区间的中间值作为新沥青最佳含量OAC，即再利用沥青混合料的最佳油石比计算值为
3.4%。
(4)废旧沥青掺配比的合理性。再利用沥青混合料中沥青针入度计算方法是根据新旧沥青针入度及油石比按照公式1进行计算所得。根据废旧沥青混合料及新沥青试验数据可知，废旧沥青针入度为25.5，新沥青针入度为84，新旧沥青比例为3.2:1，按照公式1计算的再利用沥青混合料沥青针入度为63.9，符合70号沥青规范标准，较90号沥青等级低一级。
(5)配合比设计的验证。本文依据已定的矿质级配及油石比，按照高低温性能、水稳定及马歇尔试验等相关试验标准制作AC-16再利用沥青混合料试件展开实验，相关实验数据见表4。
通过对相关试验数据分析，可知高低温性能、稳定性及马歇尔体积指标等各项性能均满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-)要求，充分说明再利用沥青混合料配合比设计方法具有可行性。
再利用沥青混合料路用性能研究
再利用沥青混合料质量的不稳定因素来自于废旧沥青掺配量，对废旧沥青再利用研究的目的不仅是节约工程经济成本、保护生态环境，更要保证再利用沥青混合料路面的路用性能。本文选取2中掺配率不同的废旧沥青混合料作为再利用沥青混合料掺配基材进行路用性能试验，并与常规沥青混合料性能数据进行对比分析。
按照前文再利用沥青混合料掺配比设计方法，基质及改性沥青分别选用中海A-90#和SBS改性沥青，矿质集料掺配比类型选用AC-13、16两种，废旧沥青选取5种掺配比进行配合比设计。根据车辙试验规程，将5个配比方案分别成型车辙板进行试验，对比废旧沥青掺配比与再利用沥青混合料动稳定度关系(图3)。
由动稳定度关系图可知，5种不同废旧沥青掺配比的动稳定度测试值均符合规范标准，即再利用沥青混合料高温性能符合规范标准。
再利用沥青混合料动稳定度与粉状废旧沥青混合料的掺配量关系成正比。若AC-13型再利用沥青混合料新材料为基质沥青，含30%粉状废旧沥青混合料的动稳定度是15%的1.72倍，是一般沥青混合料动稳定度的1.77倍。AC-13型再利用沥青混合料新材料为改性沥青，其材料成分含30%粉状废旧沥青混合料的动稳定度是15%的1.56倍，是一般沥青混合料动稳定度的1.7倍。动稳定度的强弱关键在于沥青刚性的大小，废旧沥青在各种工况作用下，柔性逐渐减弱，刚性逐渐增大，即削弱了变形性能，从而使其掺配的沥青混合料较普通沥青混合料抗车辙机能更强。
再利用沥青混合料在不同粉状废旧沥青混合料掺配比下的低温试验结果见图4。从再利用沥青混合料试验数据分析，新材料为基质沥青时，粉状废旧沥青混合料掺配比不足25%的破坏应变数据符合规范要求。
再利用沥青混合料低温性能与粉状废旧沥青混合料的掺配比关系成反比。若AC-13型再利用沥青混合料新材料为基质沥青，含30%粉状废旧沥青混合料的破坏应变是15%的0.88倍，是一般沥青混合料破坏应变的0.86倍。因此，当粉状废旧沥青掺配比较大时，再利用沥青混合料的变形能力迅速降低，为改善高掺配比再利用沥青混合料的低温变形机能，可适当添加再生剂。
再利用沥青混合料的水稳定性试验结果见图5～6。
解析实验数据可知，当新沥青材料采用基质沥青时，再利用沥青混合料中粉状废旧沥青混合料的掺配比不足30%，其水稳定性能均符合标准要求。
再利用沥青混合料残留稳定度和冻融劈裂强度与粉状废旧沥青混合料的掺配量关系成反比。若再利用沥青混合料新材料为基质沥青，含30%粉状废旧沥青混合料的残留稳定度是15%的0.97倍，是一般沥青混合料动稳定度的0.95倍。AC-13型再利用沥青混合料新材料为改性沥青，其材料成分含30%粉状废旧沥青混合料的冻融劈裂是15%的0.95倍，是普通沥青混合料冻融劈裂的0.94倍。上述数据证明，当废旧沥青混合料的掺配比不足30%时，其取值的大小对再利用沥青混合料的水稳定性影响很小。
解析实验数据可知，粉状废旧沥青混合料的掺配比与再利用沥青混合料老化后动稳定度呈正比关系，即掺配比越大，再利用混合料老化后的动稳定度增幅越大。究其原因，可能是新沥青与粉状废旧沥青混合料并未充分交融，新沥青仅附着于废旧沥青混合料外表，导致再利用沥青混合料的动稳定度快速上升。
经过对粉状废旧沥青混合料含量不相同的再利用沥青混合料各项机能展开研究，解析相关实验数据，可知当粉状废旧沥青混合料的掺配比取值在20%～30%的区间内时，再利用沥青混合料各项技术指标均能符合规范技术指标，且具备良好的路用性能。
结论
(1)针入度系数可客观反映出废旧沥青混合料最佳掺配比，明确了再利用沥青混合料的材料配合比;
(2)得出粉状废旧沥青混合料在再利用沥青混合料中掺配比取值位于20%～30%区间内时，再利用沥青混合料各项技术指标均能满足规范技术指标，且具备良好的路用性能;
(3)本文仅是对再利用沥青配合比设计方及路用性能的研究，未来需要进一步对掺配粉状废旧沥青混合料的再利用沥青混合料长期路用性能展开深入研究。
全文完。首发于《公路交通技术》技应用技术版年10期。添加主编