再生沥青混合料设计与性能

1、一、概述沥青路面的再生利用，就是将旧沥青路面经过翻挖、回收、破碎、筛分后，与再生剂、新沥青材料、新集料等按一定比例重新拌和成混合料，能够满足一定的路用性能并重新铺筑于路面的一整套工艺。沥青路面的再生利用，能够节约大量的沥青、砂石等原材料，节省工程投资，同时有利于处理废料、保护环境，因而具有显著的经济效益和社会、环境效益。随着近年来人们对环保、社会效益的关注，沥青路面再生利用技术越来越受到人们的关注，已成为公路工程建设中有待进一步发展的重要实用技术。国外对沥青路面再生利用研究，最早是从1915年在美国开始的,但由于以后大规模的公路建设，对这方面的研究投入较少。1973年石油危机爆发后美国对这项技

2、术才引起足够的重视，并且迅速在全国范围内进行了广泛的研究，取得了丰硕的成果。到八十年代底美国再生沥青混合料的用量几乎为全部路用沥青混合料的一半，并且在再生剂开发、再生混合料设计、施工设备等方面的研究也日趋深入。先后出版了沥青路面热拌再生技术手册、路面废料再生指南、沥青路面冷拌再生技术手册等书。日本由于其能源匮乏，一直很重视再生技术的研究，从1976 年到现在路面废料再生利用率已超过70% 。西欧国家也十分重视这项技术，联邦德国是最早将再生料应用于高速公路路面养护的国家，该国1978年就已将全部废弃沥青路面材料加以回收利用，芬兰几乎所有的城镇都组织旧路面材料的收集和储存工作。过去再生材料主要用于

3、低等级公路的路面和基层，近几年已开始应用于重交道路上。法国现在对再生技术的研究也颇为重视，在高速公路和一些重交通道路的路面修复工程中开始逐步推广应用这项技术。前苏联对沥青路面再生技术研究较早，先后出版了沥青混凝土废料再生利用技术、旧沥青混凝土再生混合料技术准则等规范，提出了适于各种条件下再生利用的方法，规定再生沥青混合料只适用于高等级路面的基层和低等级路面的面层。从欧美等发达国家沥青路面再生利用技术研究发展的状况来看，这些国家都特别重视再生实用性的研究，他们在再生剂的开发以及实际工程应用中的各种挖掘、铣刨、破碎、拌和等机械设备的研制方面都取得了很大的成就，正逐步形成一套比较完整的再生实用技术，

4、并且达到了规范化和标准化的程度。国外对沥青再生机理的理论研究较少，但在再生剂的再生效果、再生沥青混合料的路用性能等方面积累了丰富的数据，进行了深入的研究，为沥青路面再生技术的实用可操作性提供了科学依据。我国在五十到七十年代，曾在不同程度上利用过废旧沥青混合料来修路，但均作为废物利用考虑，所得的成品一般只用于轻交通道路、人行道或道路的垫层。山西、湖北、河北等省的公路养护单位，是国内较早回收利用旧油面的部门，他们在七十年代初期就将开挖的废旧油面层用于维修养护时铺作基层。到82年山西省结合油路的大中修工程共铺筑重点试验段80余公里，湖北省公路局发动全省各公路养护单位进行了广泛系统的再生利用试验研究，

5、对各种等级的路面、各种交通量、各种地形气候条件、各种路面结构类型的旧油面层的再生利用进行了系统的试验研究，共铺筑各种类型的试验路88公里。1983年建设部下达了“废旧沥青混合料再生利用”的研究项目。由上海市政工程研究所、武汉市市政工程设计研究院、天津市市政工程研究所等单位承担，当时的主攻方向是把旧渣油路面加入适当的轻油使之软化，来代替常规沥青混合料，铺筑层次是解决用量较多的面层下层，拌和设备方面则应用现有设备作适当改装，经过三年的努力，在苏州、武汉、天津、南京四个城市铺筑了三万多平方米的试验路。经路用效果观测证明，再生路面的综合使用品质不低于常规热拌沥青混凝土路面。湖南省将乳化沥青加入旧渣油表

6、处面层料，并分别用拌和法和层铺法修筑了再生试验路，也证明了其技术可行性和经济性。其他省份如山东、河北、辽宁、广东、安徽等在八十年代初也曾先后进行过旧渣油路面的再生利用研究。我国从八十年代中后期开始进行大规模的公路建设，人力、物力的不足及对沥青再生技术不够重视，致使我国对这方面研究的深化与延伸基本处于停滞状态。近十年来我国修筑的高等级路面大多为沥青路面，而且所用沥青进口的占很大比例，价格昂贵。许多地方石料匮乏，单价也日趋上升，原材料成本在整个路面工程中的比例也越来越大。大量的使用新石料、开采石矿也造成森林植被减少、水土流失等严重的生态环境破坏。到现在我国很多路面，特别是高等级路面已经或即将进入维

7、修或改建期，大量的翻挖、铣刨沥青混合料被废弃，一方面造成环境污染，另一方面对于我国这种优质沥青极为匮乏的国家来说是一种资源的极大浪费。近几年一些公路养护单位尝试着将旧料简单再生后用于低等级公路或道路基层，如97年江苏淮阴市公路处用乳化沥青冷法再生旧料后铺筑路面，取得了一定效果。目前在我国再生旧料并没有在实际工程中得到大量应用。随着我国高等级沥青路面维修养护量的不断增加，对沥青路面旧料再生技术有必要进行深入、系统的研究。二、旧沥青路面的老化机理关于沥青的老化机理，总的来说，国内外目前还没有形成比较完善的理论。现在提的较多的有两种理论，即组分迁移理论和相容性理论。这两种理论有很多资料详细阐述过，为

8、便于下一章“再生剂的开发”中的再生机理解释，在此有必要对老化机理的两种理论作简单的介绍：1、组分迁移理论沥青是由多种化学结构极其复杂的化合物组成的一种混合物，至今未能将其分离为纯粹的单体。多年来，人们对沥青化学组分的研究，主要采用：“组分分析”的方法。沥青的组分是将沥青分离为几个化学性质相近，与路面性质有一定联系的组。沥青的化学组分按照分离方法的不同有：三组分法，可将沥青分离为油分、树脂和地沥青质；四组分法，可将沥青分离为饱和分、芳香分、胶质及沥青质；五组分法，可将沥青分离为沥青质、氮基、第一酸性分、第二酸性分和链烷分。以四组分为例，沥青质是不溶于正庚烷的黑色或棕色的无定形固体，除含有碳和氢外

9、还有一些氮、硫、氧。一般认为沥青质是复杂的芳香物材料，其极性很强，分子量相当大，一般为1,000100,000，颗粒粒径为5nm30nm。沥青质含量对沥青的流变特性有很大影响。沥青质含量高，沥青便表现为较硬、粘度大、针入度较小和软化点较高，沥青中沥青质的含量为5%25%。胶质溶于甲苯或甲醇，与沥青质一样也是大部分由碳和氢组成的，并含有少量的氧、硫和氮。它是深棕色固体或半固体，且极性很强，它是沥青质的扩散剂或胶溶剂，胶质对沥青质的比例在一定程度上决定沥青是溶胶或是凝胶类的胶体结构特性。胶质的分子量范围是500 50,000，颗粒粒径为1nm 5nm。芳香族是由沥青中分子量最低的环烷芳香化合物组成

10、，是胶溶沥青质的分散介质的主要部分，芳香族占沥青总量的40%65%，是呈深棕色的粘稠液体，平均分子量在3002,000范围内。芳香族由非极性碳链组成，其中非饱和环体系占优势，对其他高分子烃类具有很强的溶解能力。饱和分是由直链和支链脂肪属烃以及烷基环烷烃和一些烷基芳香烃组成的，它们是非极性稠状油类，呈稻草色或白色。平均分子量范围类似上述芳香族，其成分包括有蜡质及非蜡质的饱和物，此部分含量占沥青的5%20%。组分迁移理论认为，沥青老化主要是由于其组分上在逐渐发生变化，总的趋势是小分子量的化合物向大分子量的化合物转化，高活性、高能级的组分向低活性、低能级的组分转移。沥青中的油分主要包括芳香族和饱和族

11、，其中芳香族的分子量最小，也最不稳定，它在自然条件下极易挥发，同时芳香烃的分子结构由于存在不饱和键，很多是以单体的形式存在，所以在光、热、氧等自然因素的长期作用下芳香烃分子间发生了极其复杂的氧化、缩合、共聚等反应，组分上看就是向胶质的转化。而油分中的饱和族分子结构上以饱和键占优势，自然条件下一般不参加反应，所以其结构不会发生变化。胶质相对于沥青质来讲，其能级和活性要高，自然状态下胶质也会向沥青质转化，而沥青质分子则会向更大分子量转化。沥青老化的整个过程也就是芳香分胶质沥青质的转化过程，此化学反应过程是不可逆的。于是随着时间的推移，沥青中沥青质越来越多，而沥青质含量对沥青的流变性质(主要是粘弹性

12、)有很大影响，随着沥青质含量的增加，沥青便会出现粘度增大，针入度下降等特征。同时，理论和试验均显示沥青的延度主要取决于芳香分的含量，随着其含量的减少而减少，故老化沥青的延度较低。另外，软化点对沥青流变性质存在很大程度的依赖性，即：粘度越大的沥青，一般来说软化点也越高。故而老化沥青的软化点也会偏高。2、相容性理论近年来，化学热力学中的相容性原理已被越来越多的应用于高分子化学中，现在不少学者也将此理论应用于沥青老化机理的解释。相容性理论认为，沥青是由数千种乃至上万种化合物组成的混合物，它是一种高分子浓溶液。可以简单地将沥青分为沥青质和软沥青质，其中软沥青质指胶质和油分等。作为高分子浓溶液，其中沥青

13、质为溶质，软沥青质为溶剂。要形成稳定的溶液，作为溶质的沥青质的溶解度参数与作为溶剂的软沥青质的溶解度参数的差值必须小于某一定值。即：=At-M < K3式中： 沥青质与软沥青质溶度参数差值，(cal/cm)3 12At沥青质的溶度参数，(cal/cm)31 1M软沥青质的溶度参数，(cal/cm)3 3K要求的溶度参数差值的限值，(cal/cm)12有关资料显示，沥青质溶度参数与软沥青质溶度参数的差值的极限值为0.76，当<0.76时，沥青中的沥青质和软沥青质的相溶性好，两者结合起来能形成稳定的浓溶液。溶度参数的测定方法十分复杂，现在一般采用的是间接测定方法。对沥青来说是将沥青加入

14、稀释剂，测定沥青质在软沥青质和稀释剂中的沉降速率，换算得到一个“当量直径”指标，以此来间接了解沥青质与软沥青质的溶度参数差，进而了解两者的相容性。随着沥青的老化，各种化合物产生脱氢、聚合和氧化等化学变化，由于化学结构变化的总趋势是分子量变得越来越大，而各组分的溶度参数一般是随着分子量的增大而增大的，故沥青质和软沥青质的溶度参数都会逐渐变大。但是通常沥青质的溶度参数较软沥青质的提高要快，这样两者的溶度参数差值不断增大，破坏了两者之间的相容性，当溶度参数差达到某一限值时，宏观上老化沥青就表现为上述的性能。组分迁移理论是从宏观上解释沥青的老化机理，而近些年发展较快的普遍应用于高分子领域的相溶性理论则

15、进一步深入到沥青的亚微观结构，随着试验手段的完备，利用相溶性理论来研究沥青的老化是有广阔的发展前景的。三、再生剂的开发国外是从七十年代石油危机后开始再生剂的研制工作，迄今为止，在国外特别是美国已有许多种再生剂应用于路面再生，已经形成一套比较完整的再生利用技术，并且在再生剂的性能和使用上都有相应的规范。目前国外再生剂已开始进入我国市场。我国在八十年代初曾有单位研制过再生剂，如上海市政工程研究所、云南交通科研所等,当时所研制的再生剂主要是针对等级较低的渣油路面，现在市场上这些再生剂已难见到。但从八十年代中后期直至现在，还没有单位进行再生剂的研制工作。而今我国高等级公路的维修养护量正逐年上升，存在大

16、量的翻挖、铣刨料，开发适用于高等级沥青路面的再生剂这一工作已经迫在眉睫，对此领域的深入研究必将对我国交通事业的发展产生积极深远的影响。1、概述从化学组分的角度分析沥青的老化机理我们很容易联想沥青的再生方法：我们要使老化沥青恢复原有性能，即将老化沥青和原沥青的组分进行比较后，向老化沥青中加入所缺少的那部分组分，使组分重新协调。这种想法理论上是无可厚非的，但资料显示过去曾有人试图通过比较旧沥青组分和优质沥青的组分，来决定旧沥青中应添加的组分，进而找到与这种组分匹配的再生剂，但这种尝试并没成功，其原因是：1)化学组分的含义是将沥青分离为几个化学性质相近、而且与路用性质有一定联系的组。由于沥青的化学结

17、构极其复杂，即使化学组分相同的沥青，因为它们的油源基属及生产工艺不同，化学结构可能会相差很远，其路用性能可能有很大变化。美国SHRP计划研究之初，花了很大的精力进行沥青化学成分分析，如核磁共振等方法，但未能得出与路用性能相关性的实用性成果，而最后只得放弃这方面的努力。直到现在国际上还没有“最佳沥青化学组分”的说法。2)要合成某种固定组分的再生剂，从工艺上来说有相当大的难度，对设备和工艺都有很高的要求，成本也高。所以企图以化学组分为指标来控制旧沥青的再生是不现实的，必须寻找其它途径。2、沥青老化过程中的流变性质与性能指标间的关系旧料和旧沥青的试验分析可知，沥青的粘度大小与沥青及沥青混凝土的性能指

18、标存在着内在联系和规律，为更深刻地揭示沥青老化过程中的这种变化关系，我们做了相应的沥青老化试验，具体做法如下：选用壳牌AH-70#沥青，先测定试验前沥青的各项指标(包括粘度、针入度、延度、软化点)，然后进行薄膜烘箱试验，每过5小时测定一次老化沥青的性能指标(包括粘度、针入度、延度、软化点)，结果处理成图表如下(注：表中各点为实测值，曲线为根据实测值的回归曲线)：2.000针入度(mm)对数lgP1.5001.0000.5000.0005.2005.4005.600粘度(Pa·s)对数lg5.8006.000图31b 粘度对数针入度对数关系从 图3-1a可看出沥青在老化过程中粘度是不断

19、变大的，随着老化时间的延长，对数曲线变得越来越平缓 。这主要是沥青在老化的整个过程中，开始时轻质油份的挥发快，同时由于芳香分等不饱和分较多，发生氧化、缩合反应快。这样油份的散失、分子量的迅速变大，导致沥青粘度的快速增大。随着老化的进一步进行，轻质油份挥发量越来越少，较大分子量的分子活性较低，要进一步发生反应则对反应条件要求更高，于是组分移行的趋势也越来越弱，宏观上就表现为粘度增大趋缓。为了解沥青老化过程中其粘度和其它指标的关系，绘制了不同老化时间的粘度与针入度、延度、软化点的对应关系图表：图3-1b为不同老化时间的粘度对数与对应的针入度对数的关系图，变化趋势是针入度对数随着粘度对数的变大而单调

20、下降。图3-1c为不同老化时间的粘度对数与对应的延度对数的关系图，变化趋势是延度对数随着粘度对数的变大而单调下降。图3-1d为不同老化时间的粘度对数与对应的软化点的关系图，变化趋势是软化点随着粘度对数的变大而单调上升。从上面这些图可看出，沥青的老化的第一行为反应是粘度的增长，而随着粘度的增长，沥青的针入度、延度及软化点也会发生有规律的变化，也就是说其内在存在着必然的联系。从沥青粘度的定义与针入度、软化点测定方法可看出，针入度事实上是条件粘度，而软化点则是等粘度条件的温度，从本质上讲这两个指标都是粘度的不同表达形式而已。沥青的延度微观上与其化学结构及空间网络结构有关系，从试验方法上看，其反应的还

21、是流变学性质，与粘度存在一定联系，国外曾做过大量的试验研究，回归出粘度与延度的关系曲线，总的趋势是粘度大则延度小。所以，综合上述沥青老化过程中的粘度与针入度、延度、软化点的关系，一定程度上讲，沥青老化过程中的性能下降首先是由其粘度的增长而引起的。旧沥青的再生过程在一定程度上也就是老化过程的一个逆过程，由此我们很容易想到，我们只要设法使老化沥青的粘度恢复到正常状态，那么沥青的其它性能指标也会存在恢复的可能。结论：综上所述，从沥青流变学的角度讲，老化沥青的再生首先就是降低旧沥青的粘度。粘度将作为我们所开发再生剂的一个重要衡量指标。3、再生沥青的流变行为国内外大量资料显示，降低沥青粘度有效的方法是向

22、其中加入低粘度的油分，我国在八十年代初期所使用的再生剂很多就是一些石油工业生产出的轻质油如润滑油、柴油、机油、减五油等或者它们的混合物，国外的再生剂的主要成分也是低粘度油分。石油工业中有将两种不同粘度的沥青调配成预期粘度的沥青，这就是沥青的调合。仅从降低老化沥青粘度方面讲，旧沥青的再生过程：即加入低粘度油份，使再生沥青的粘度降低到一定程度以恢复其路用性能的过程，就是沥青的调合过程。沥青调合后的粘度并不是两种沥青粘度的简单按比例组合，为具体了解调合沥青粘度的变化规律，我们将研制的A型再生剂(粘度为3600Pa·s)与老化沥青(粘度为4.570×105Pa·s)适当加

23、热后按不同的比例相混溶，用旋转粘度仪测定60的粘度，将结果处理成图3-2 (下页)。图3-2中A线数据为实测值，可以看出，当再生剂的掺入量小于20%时(掺入量指再生剂与调和后的总重量比)，掺入量与混溶后的沥青粘度对数基本上成线性关系，但当大于20%时，则曲线趋缓。对于这种现象，由于我们处理数据时所用的粘度对数方法本身存在缺陷，以及再生剂与旧沥青间融合过程中复杂的流变学关系，所以尚没有较为合理的解释。国外有资料显示，在计算调合沥青的粘度时，使用如下公式：log其中： Amix=a logA+b logB (3-3-1) mix混溶后的沥青粘度(Pa·s) A沥青的粘度(Pa·

24、s) B沥青的粘度(Pa·s) Ba A沥青的重量百分比(%)bB沥青的重量百分比(%)图中B直线为按公式(3-3-1)所绘，可看出实测值与公式间存在很大差距。这主要是由于公式是以两种沥青相调合的试验数据回归所得，适用于两种沥青的粘度差异不太大的情况，而我们这里的老化沥青和再生剂的粘度差要大的多。由此我们也可知，老化沥青与再生剂调合后的流变学行为和普通的调合沥青有着很大的差别。我们添加再生剂的目的首先是降低老化沥青的粘度，从试验数据可知，当再生剂的掺入量在20%时，老化沥青的粘度就已降到7.02×104Pa·s，这已小于普通沥青的粘度，所以我们最关心的是再生剂小掺

25、量时的粘度变化规律，从图32中得到的回归曲线为：y = -4.0263x + 5.6301 x <0.2时 (3-3-2)但是该曲线并没有普遍意义，对其他再生剂和沥青的调合并非如此。我们用研制的B型再生剂(粘度为7630Pa·s)与壳牌AH-70#沥青(粘度为1.90×105Pa·s)做相同的试验，数据的回归曲线与上式相差很大。结论：掺加再生剂后的沥青粘度变化规律主要与再生剂和沥青的种类及其初始粘度有关。4、再生剂对老化沥青的性能改善再生剂降低老化沥青的粘度的同时，也改善着老化沥青的路用性能，这也是再生剂的最终目的。在再生剂的试制过程中，我们做了大量的试验，

26、对比再生剂的各种配比对老化沥青性能的恢复情况，下表是利用开发的A型再生剂在不同掺量下对老化沥青的各项性能指标的改善情况的试验结果：变大、软化点下降，有效地改善了老化沥青的性能。由于试验时所用的老化沥青是克拉玛依AH-70#，从试验数据可看出，再生剂用量为5%11%时，老化沥青的针入度、软化点均得到明显的改善。延度之所以变化不是很显著，可能主要是由于国产克拉玛依沥青的含蜡量偏高。结论：再生剂的加入能明显改善老化沥青的性能，改善程度与再生剂的掺量有关。5、再生后的沥青与新沥青调合后的基本性能再生后的沥青混合料的路用性能仍存在许多不足(这一点将在第四章详细讨论)，所以再生混合料在很多情况条件下最终要

27、和新沥青混合料混合后使用以提高其路用性能，所以我们必须了解再生沥青与新沥青混合后的一些性能指标。旧沥青加入再生剂后再与新沥青按不同比例混合，可以说已基本上属于调合沥青的范畴。我们将掺加了5%和7%再生剂的旧沥青与新壳牌AH-70#按不同的比例相混溶，分别做基本性能试验。下面是粘度测定结果的处理图：5.445.425.405.385.365.345.325.305.285.265.240102030混合沥青粘度(Pa·s)对数405060708090100新沥青比例(%)图3-3 新沥青掺量与混合沥青粘度关系图表说明：图中A、B曲线分别为旧沥青掺加5%、7%的 A型再生剂后再与新沥青调

28、合后的粘度测试结果趋势线。图中新沥青比例表示新沥青占混合沥青总量百分比，与新沥青混合前再生沥青的粘度为：5%掺量时为3.23×105Pa·s ，7%掺量时为2.16×105Pa·s，新沥青粘度为：1.81×105Pa·s。从两图可看出，两者的粘度变化趋势是一致的，即：再生沥青与新沥青对调合沥青粘度的贡献与其本身粘度和所占比例有关。我们调节老化沥青粘度的目的还是希望最终老化沥青的几个路用性能指标能有所改善，最好是能恢复到老化前的沥青性能水平。由于试验所用的老化沥青最初是AH-70#，从§34我们已知，加入适量的再生剂后老化沥青

29、的几大性能均有所改善，部分指标已达到规范对AH-70#的要求。我们希望再加入适量的新沥青来进一步改善其性能，最终达到规范对AH-70#的要求，所以试验时新加入沥青也选择壳牌AH-70#。将分别掺加5%和7%再生剂的旧沥青与新沥青混溶调合后三大指标的测试结果如图34、图35、图36所示：注：以下三图中A、 B线分别为再生剂掺量5%、7%的情况。图中横线为规范对AH-70#的相应指标要求的上下限。9088868482807876747270686664626058100混溶后针入度(0.1mm)908030100新沥青所占比例(%)调合后从针入度的变化情况来看，范围在调合前新沥青和再生沥青的针入度

30、值之间，规范 规定AH-70#为6080mm,从左图可看出，再生沥青和新沥青按不同比例调合后针入度值大多能达到要求。1401301201101009080706010090混合后延度(cm)30100新沥青所占比例(%)规范对AH-70#的延度要求是>100cm(15)，由于再生沥青的延度普遍偏低，再生剂掺量 5%时为67cm,7%时为81cm,只有加入一定量的新沥青来调节提高混合沥青的延度，从图可看出，对于新沥青掺加比例>60%时，延度才>100cm。图35 延度从软化点的试验结果来看，不同掺配比例的情况下，与规范规定AH-70#软化点范围4454相对照，再生沥青与新沥青调

31、和后基本上能满足要求。结论：从以上的试验数据可看出，再生后的旧沥青与新沥青混溶后的性能有进一步的改善，如果再生剂、老化沥青与新沥青的掺配比例适当，只从沥青的三大指标来衡量，老化沥青的路用性能是可以恢复到使用之初水平的。 6、再生剂的质量要求我国目前还没有制定再生剂的相应规范，只是在八十年代初少数单位有过企业标准。许多国家如美国、日本等都有详细的再生剂质量标准，第十三届太平洋沿岸沥青规范会议曾制订过热拌再生混合料再生剂的质量标准。综合这些标准，我们可看出，对再生剂的质量要求主要有以下几点：（1）适当的粘度，由于再生剂在实际工程应用中是喷洒到旧料上去的，还要使再生剂渗透到旧沥青中与旧沥青充分融合，

32、以达到再生改性的作用，再生剂必须具有可喷洒性和很强的渗透能力。一般来说，粘度越低，则再生剂的渗透力越强，所以再生剂首先须具备低粘度。但是如果低粘度的油分太多，则加入到老化沥青中后在施工热拌和以及以后的使用中挥发也会越快，因为低粘度往往也意味着易挥发性，所以再生剂的粘度也不能太低。因此在再生剂的粘度选择上须兼顾到这两方面，粘度也就是再生剂质量的最主要指标。（2）不含有损沥青路面其他路用性能的有害物质，再生剂中的油分主要是芳香族和饱和族，有些油分含有较多的饱和分(包括有蜡质及非蜡质的饱和物)加入到老化沥青中后对沥青的性能产生不利的影响，具体说就是蜡质含量过大使沥青的高温和低温性能变差，严重影响到路

33、面的使用品质。所以从组分上讲，再生剂中的油分应是富芳香分而少饱和分。但对于这一点看法不尽相同，有的国家标准中明确规定了芳香芬的含量范围，有的规定了饱和分的含量上限值，有的则没作要求，我们认为，作为国家标准应该包括这一项，但实际工程中考虑到废油利用、经济因素、环境因素等，要求可适当放宽。（3）能有效延长再生路面的使用寿命，这就要求再生剂具有良好的抗老化能力。这一点普遍采用的是薄膜烘箱试验前后的粘度比和重量损失率来衡量。（4）不含对人体有害的物质。（5）在施工喷洒和加热拌和时，不产生闪火或烟雾现象。这就要求再生剂具有较低的闪点。四、再生沥青混合料配合比设计1、概述再生沥青混合料因其中掺加了一定比例

34、的旧料和再生剂，故其配合比设计与普通的新拌沥青配合比设计有所不同。但是其基本的设计思路仍是与普通的沥青混合料设计相一致的。各个国家的再生沥青混合料的设计方法之所以有所不同，一方面是由于各国的普通混合料设计方法不同，另一方面是由于再生混合料施工工艺的不同，而在再生混合料设计时要与具体的施工工艺相吻合。美国传统的设计方法主要与它的再生混合料拌和施工工艺，即连续式拌和工艺相适应的。而现在有的州已在利用SUPERPAVE的方法来设计再生混合料。日本对再生沥青和再生沥青混合料马歇尔试验都提出了有别于普通沥青混合料的很具体的技术指标。而在西欧一些国家，在设计再生混合料时与普通沥青没有太大的区别。我国传统的

35、设计方法基本上是针对等级较低的渣油路面，而现在普通沥青混合料的设计方法及再生工艺都发生了很大的变化。提出适合我国现阶段国情的再生沥青混合料设计方法很有必要。另外，本课题所研究的旧路面再生利用所针对的工艺是热拌混合料工艺。而与热拌相对应的冷拌再生工艺，在再生剂的类型、设计等方面与热拌有很大的差别，限于篇幅，本课题将不详细讨论。配合比设计要求再生沥青混合料的配合比设计是一个综合性极强的工作，涉及面很广，设计时我们应把握的原则是首先满足路用要求，同时要因地制宜、经济实用。除应满足普通沥青混合料的要求外，还应注意以下几点：1) 应具有抵抗施工过程中和自然因素引起的老化的能力，具有较长的使用服务期。2)

36、 在满足路用性能的前提下，应尽可能的利用旧料，提高旧料的掺配率，从而有效地降低工程成本。3) 整个再生路面从综合成本上看，应产生显著的经济效益。4) 应考虑到施工的方便性，易于生产、拌和以及摊铺压实。4.1.1 配合比设计的任务1)2)3)4)5)6)确定新旧料的掺配比例； 确定再生剂的类型和用量； 选择新加沥青的类型及掺加比例； 根据旧骨料的级配，确定新骨料的掺配比例； 确定混合料的最佳用油量； 根据路用要求，检验再生混合料的物理力学性质；§42 旧路面的调查在配合比设计之前首先必须对老沥青路面有一个详细的调查，调查的项目主要有以下几项：1) 旧路面的原始设计资料，了解设计时的一些

37、相关背景，不同路段的路面结构组成形式和材料组成设计等。2) 旧路面的原始施工记录资料，充分了解施工过程中不同路段的具体情况，做到对翻挖的每一个路段的原始施工情况心中有数，特别是混合料施工中的沥青用量、混合料级配、不同结构层的厚度等，因为这直接关系到后面的再生混合料设计。3) 旧路面的养护记录资料，旧路面由于使用年限长，有的路段可能经多次维修、改建、加铺等处理，结构层次已与原设计相差甚远，对养护后不同的路面结构应使用不同的再生混合料组成设计。再生混合料设计中对旧路面调查工作十分重要而必要，如果我们仅是以个别路段进行调查为依据来设计再生混合料，最终的再生路面的使用品质必然是达不到路用要求的。

38、67;43 再生沥青混合料类型的选择我们知道，在进行沥青路面设计时，对不同的路面功能层使用不同的混合料类型，我国规范中规定的主要有沥青混凝土混合料、沥青碎石混合料及表处型等。相应地，再生沥青混合料也有这几种类型。选用何种类型的混合料，主要与道路等级、预期的交通量、混合料所处的功能层等几个因素有关。再生沥青混凝土混合料是由新集料、新沥青与旧料、再生剂等按一定的比例配合设计的。这种类型对级配要求高，混合料是经热拌后铺筑的，铺筑的路面结构密实、强度高、耐久性好等优点，适用于等级较高的路面。再生沥青混凝土与普通沥青混凝土一样，按粒径的大小也可分为粗粒式、中粒式和细粒式，它们各自所适用的场合也与普通沥青

39、混凝土一样。再生沥青碎石与沥青混凝土相比，集料偏粗，细集料少。其中粗粒式和中粒式的再生沥青碎石，因空隙率大一般用于路面结构的中下层，细粒式沥青碎石用于面层，可使路面具有很好的抗滑性能。选择何种组成结构类型的再生混合料，必须综合考虑多种因素，主要有：1) 交通量和道路等级的要求；再生沥青混合料适合于铺筑何种等级的公路这一点将在§53节中详细讨论。2) 当地的自然气候环境；3) 再生路面所处的结构层次、所承担的路用功能；4) 施工条件的限制；主要是挖掘、破碎、拌和设备及摊铺机械等；5) 旧沥青路面材料的现状；6) 各种原材料的供应情况；包括再生剂、新骨料和新沥青等；§44 再生

40、沥青混合料配合比设计在确定了再生沥青混合料的类型后，下面的任务就是进行混合料的配合比设计，关于再生混合料设计，国内基本上还没有形成一个完整的系统，更没有这方面的规范，实际操作中基本按普通沥青混合料的一套方法。而国外已形成系统的设计方法，但很多方面并不符合我国的实际情况。所以有必要对我国的再生沥青混合料的设计作一探讨，并希望形成一套相对完善的配合比设计方法。 下面就是具体的设计步骤：1. 对旧沥青混合料的评价对所用的旧沥青混合料我们重点应了解以下几点： 沥青含量 回收沥青的物理性能指标(粘度、针入度、延度、软化点等) 回收沥青的化学组分 骨料的级配对旧料进行分析时，我们应充分考虑到旧料的结构层次

41、，如有的旧路面结构的油面层分上面层、中面层和下面层，各层的厚度、组成材料性能可能不同，如上面层的石料使用的可能是玄武岩，而中下面层的是石灰岩，各层的沥青用量更是不同。而在进行旧料利用时，我们不可能也没必要将各层分开利用，而都是用挖掘机将路面结构的整个沥青混凝土层挖起后，混合在一起使用。所以在对旧料的各项性能进行评价时，应该是对整个油面层进行试验。 试验取样时一定要取实际施工中经过最后一级破碎的旧料，因为挖掘机所挖出的分层旧料经过几次破碎后已混合均匀，而我们最终利用的就是这种状态的旧料。旧油面的含油量的测试对后面的混合料配合比设计很重要，它将直接关系到再生混合料的最佳用油量。测试含油量时，我们应

42、对各层旧料分开进行试验得到各层的含油量，同时对各层旧料混合破碎后的含油量进行测试，另外我们还应查阅设计、施工时的用油量，以这些数据作参考来最终确定旧料的含油量，这个含油量是整个旧油面层的含油量。回收旧沥青时的取样工作也很重要，因为不同层次的旧料所含的旧沥青性能会有所不同(譬如老化程度不同)，所以回收沥青所用的旧料一定要是混合均匀的旧料，这样回收的旧沥青性能才能比较真实的反应出整个油面的旧沥青的性能。对不同批次回收的沥青进行性能试验时也要经过多次试验，有时可能会离散性比较大，这时应经过适当的数据处理。特别是旧沥青的粘度、针入度指标，因为在后面的再生剂的选择上，我们将主要以此为依据。旧油面各层的级

43、配不同，经挖掘、混合破碎后级配也会发生很大变化(主要是进一步细化)，所以用于筛分的旧料也要是实际施工中经过最后一级破碎的旧料。总之，对旧沥青混合料所得的试验数据是配合比设计的重要依据，试验结果务求真实、准确。2. 再生沥青标号的选择由于再生沥青混合料的品质要求与普通沥青混合料的要求是基本一致的，故对再生沥青标号的选择也应该与普通沥青路面对沥青标号的选择一样。再生沥青标号的选择，应根据气候条件、再生混合料所处的功能层、施工方法、施工季节以及各地的经验值等诸多因素来确定。我国目前还缺乏这方面的规范，这种情况下,我们认为可以参照普通沥青标号的选用方法，即按公路沥青路面设计规范JTJ 014-97中4

44、.1条的要求来选取沥青标号。对再生沥青的性能要求,也应参照普通沥青的规范要求，符合公路沥青路面施工技术规范JTJ032-94中附录C路用材料质量要求。3. 再生剂的选择与用量确定从第三章我们知道，再生沥青的各项性能是与再生剂、老化沥青、新沥青的性能相关，但是这种情况是以理想状态为前提，即再生剂、老化沥青、新沥青这三者能够充分溶合在一起。而在实际生产施工中与这种理想情况相去甚远，原因有以下几点： 施工顺序，因为施工过程中是将再生剂喷洒在老化沥青混合料上适当拌和，条件许可下可适当静置一段时间(一般12天)，由于再生剂的粘度低，渗透能力强，故再生剂能渗透到老化沥青混合料颗粒表面，与老化沥青进行一定程

45、度的溶合，从而改善老化沥青的性能。 从§35节我们知道，再生后的沥青与新沥青调和后性能有进一步的改善，但这仅是室内试验，实际生产中，老化沥青混合料软化后，再与新集料、新沥青一起在拌缸中拌和。进入拌缸前，老化沥青混合料在很多施工条件下是不加热或加热温度较低的，而新沥青和新集料是经过加热的，这样新旧料混合后，新料的热量传递给旧料，但是，在此过程中再生沥青与新沥青并不能充分的溶合在一起，主要原因是：旧沥青附在旧骨料的表面形成一层沥青膜，由于有一定的结合力，旧沥青要从旧骨料中释放出来与新沥青充分溶合是有一定难度的。另外，正常施工时在拌缸中拌和时间短(一般不超过90秒)，新旧料不能进行充分的热

46、传递，此时的旧料温度低，旧骨料表面的沥青流动性差，与新加沥青的调和效果也不会很理想。综合以上两点，在一般的施工条件下，再生剂与老化沥青能较好溶合，而再生沥青与新沥青只能部分溶合。所以为保证再生混合料的品质，我们希望再生剂加入到老化旧料中时，就能使老化沥青的性能得到很大提高，再生剂的再生改性起主导作用，而新沥青的加入对提高再生沥青的性能的作用相对来说处于很次要的地位。过去有的再生路面工程中，在恢复老化沥青的性能时，采用加入低粘度的沥青来调合的方法。从原理上讲，低粘度的沥青可降低老化沥青的粘度，改变老化沥青的流变性质，从而部分恢复老化沥青的路用性能。但实际施工中这种方法并不可取，一方面，如果施工时

47、旧料是以较低的温度与热态的新沥青相拌和的，则包裹旧骨料的旧沥青会由于温度低而不能释放出来，而新沥青的渗透力是有限的，两者也就不能充分溶合，这样旧沥青的粘度也就不能真正降低。相反，旧料表面会吸附一层新沥青，这样旧骨料由两层沥青所包裹，里面一层是旧沥青，而外面一层是新沥青，与旧骨料真正界面接触的仍是旧沥青，新沥青的加入并没有真正改善老化沥青的性能，这样出来的再生混合料性能上会较差(关于这一点将在下一章中详细讨论)。而再生剂则不同，其粘度比低粘度沥青要低的多，施工时将其喷洒到常温的旧料上时能较好的渗透到老化沥青中去，从而改善老化沥青的性能。所以用低粘度的沥青来调合老化沥青的作法在实际生产中是不可取的

48、。综上所述，我们在控制再生混合料中的沥青的性能时，主要是先控制好再生剂加入到老化沥青中时的性能。譬如，我们选定的再生沥青混合料的沥青性能预期应达到标号为AH-70的沥青性能，此时我们在考虑再生剂加入到老化沥青中的性能指标时应以AH-70为标准，同时新加入沥青的标号也以AH-70为宜，这样我们可从一定程度上减小因施工时新旧沥青不能充分溶合所导致的再生沥青混合料的整体路用性能的下降。明确了以上几点，我们便可对再生剂的品种和用量选择上有的放矢。1) 再生剂的品种选择在进行再生剂品种选择时，应考虑到以下几个因素：再生后沥青的标号、再生剂的再生改性功能、旧路面的沥青老化程度、再生沥青混合料的路用自然环境

49、。譬如，本课题所开发的A、B两种再生剂，A型比B型再生剂的粘度小，其降粘功能就比较好，对于老化严重的沥青(针入度小于30)就较适合。如再生混合料用于路面的表面层，且当地气温高、太阳直射等诸多自然因素导致再生料易于老化，此时应充分顾及到再生剂的抗老化性能，如B型就比A型的抗老化性能好。2) 确定用量这里的再生剂用量指的是所掺加的再生剂与旧沥青的重量比(%)。再生沥青的标号已知后，在确定再生剂的用量时以什么作为控制指标？我们认为应以再生沥青的粘度为指标。因为从第三章中我们知道，再生沥青的其他指标与其粘度有很大的相关性，控制好再生沥青的粘度，其其他性能也会得到相应的改善。在已知再生沥青的粘度的情况下

50、，我们可通过将回收的老化沥青与再生剂试配的方法来确定再生剂的掺量，即将不同掺量的再生剂与老化沥青溶合，测得针入度、粘度，找到能满足再生沥青要求的掺量。通常由此所得的再生剂掺量是一个范围，如我们要求再生后的沥青标号为AH-70，规范规定针入度范围为6080(1/10mm)，通常几种掺量的再生剂均能满足这一要求。3) 试验复核由上一步所确定的再生剂用量仅是以再生沥青的针入度来控制的，事实上我们也希望再生沥青的其他性能能尽可能的有所改善。为此，我们将在上一步所得的再生剂掺量范围内，再以不同的掺量与老化沥青相混溶，将混溶物做如下几项性能试验：针入度、粘度、软化点、延度等相关指标 薄膜烘箱试验，测得粘度

51、比、质量损失率。将不同掺量的试验结果相对比，综合考虑路用性能，选取有较低的薄膜烘箱试验粘度比、小的质量损失率、延度较大、软化点适中的那一组掺量作为再生剂的最终的掺量值。如果在此掺量范围内，再生沥青的延度、薄膜烘箱试验粘度比和质量损失率与标准相去甚远，我们应考虑使用其他类型的再生剂。上面讲过，对再生沥青的性能我们要求也应与普通沥青的基本相同，但从本课题结果(§34节)和国内外资料来看，再生沥青的各项性能指标要都达到规范对普通沥青要求很难，此情况下应仍以粘度、针入度为主要控制指标。另外，在有的工艺条件下，新旧沥青在拌和时能较充分的溶合，如旧料进入拌缸时已具有150左右时，这一温度下，新旧

52、料就能够在拌和时一定程度的溶合。此时在进行试验验证时，还应将再生沥青与新沥青混溶后测其上述指标作为确定再生剂用量的参考。由于新沥青的性能好于再生沥青的性能，故两者调合后会提高再生沥青的性能，从§35节的试验结果也可看出，特别是可提高再生沥青的延度。4. 确定旧料掺配率旧料掺配率是指旧料占整个再生混合料的重量百分率，从第四章我们知道，旧料掺配率对再生混合料的性能有很大的影响，所以确定旧料掺配率也是再生混合料设计的一个重要部分。旧料掺配率的确定，与以下几个因素有关：1) 旧油面的品质旧料经过回收抽提后，通过试验我们可得到老化沥青和骨料的相关性能。 如有的路面经多次罩面，含油量很大，而旧油

53、老化不是很严重，为节省工程投资，此时可采用较大的旧料掺配率。而有的路面使用年限长，旧沥青粘度大(如60粘度>10Pa.S)，用再生剂降低粘度势必用量很大，工程造价高，同时再生剂的用量太大，则整个再生混合料的抗老化性能降低，再生路面的使用年限将大大减少。此时旧料掺配率宜选用低值。目前，我国高等级公路很多在通车几年，有的甚至一两年便出现大规模的破坏，破坏的原因是多方面的，但可以说很多并不是由于沥青老化导致的路用性能下降，这种旧路面沥青混合料中的沥青还有较好的路用品质，对于这种路面的再生利用，如果施工机械能够合理的配套，保证再生料的质量，则旧料掺配率应大。旧料中的骨料品质对掺配率也有较大的影响

54、，如旧骨料中的软弱、风化石含量大，针片状多，则掺配率应低。如旧骨料的级配波动大，与新骨料混合后则再生料的整体级配也会有较大的波动，这种情况下旧料掺配量应小。2）施工工艺与机械现在的沥青拌和站大多为间歇式拌和机，如果旧料在进入拌缸前经过适当的设备加热其温度能达到120以上，此时一般选用掺配率为30%50%。如果旧料进入拌缸前经加热后的温度能达到普通的沥青混合料拌和温度，则旧料的掺配量可更大。 6如旧料不经加热，在常温下与新骨料拌和，则旧料的升温完全靠新集料的热传导作用，这样拌和后的出料温度低，直接影响到后面的碾压效果。同时新旧沥青的溶合效果差，影响到整个再生料的品质。此时旧料掺配率应低，一般不应

55、超过30%。3）再生混合料用途再生沥青混合料的用途在§53节中已讨论过，如果再生料用于高速公路或一级公路的中、下面层，要求再生料具有很好的品质，则旧料掺量应取小值。如果再生料用于二、三级路、等外路的路面或者基层，交通量较小，则可取用较高的掺配率。不管取用何种掺配率，都应经过现场施工试验，使再生混合料的性能满足其所承担的路用功能。4) 经济性的考虑如果工程所处地的砂、石料短缺，沥青单价高，从外地大量进购会加大工程投资量，而充分利用旧料可减少砂、石料的用量，节约资金。这种情况下，应提高旧料掺配率，同时要注意施工工艺和设备的改造，使生产出的再生料符合路用要求。 此外，进行大规模施工前，应重

56、视试验段的铺筑，取得更多有利于确定旧料掺配率的的参考资料。总之，旧料的掺配率对再生沥青路面的品质和整个工程的经济性都有很大影响，我们应本着质量和经济效益并举的原则来确定旧料的掺配率。5. 新骨料的级配再生混合料的骨料级配组成与普通混合料不同，再生料的级配是由旧料和新料混合组成的，此时旧料的级配是已知的，新料的级配为未知。在确定新料级配前，我们必须明确的是再生混合料的级配。对于再生混合料的级配标准是否应与普通沥青混合料的不同，国内外大量的资料显示，两者没有大的差别。美国、日本及西欧国家都是以普通混合料的级配标准来要求再生混合料。在此我们也采用我国规范规定的普通沥青混合料的级配标准。在旧料掺配率、

57、旧骨料的级配和再生混合料级配已知的情况下，新骨料的级配就很容易确定。具体的确定方法有图解法、试算法、计算机程序法等。以标准级配的中值为目标，可以看出旧料所缺少的颗粒范围，然后采用不同的方法来确定新骨料的级配。具体作法这里不再赘述。由于旧料的级配已确定，同时现在一般碎石厂所供应的碎石是按粒径大小分为1#、2#、3#、4#等几种料，这样有时调整新料的级配并不能达到级配要求。这时，可以更换新加骨料的料源或小范围内适当调整旧料掺配率。6. 再生混合料的最佳沥青用量的确定通过以上步骤，再生混合料的再生剂、旧沥青、旧骨料、新骨料都已确定，但是现在整个再生混合料的最佳沥青用量还没确定。最佳沥青用量确定了，再

58、生混合料中需要新添加的沥青也就很容易确定了。再生沥青混合料的最佳沥青用量，就是保证混合料具有最好的路用性能的沥青用量。这些性能主要包括有：混合料具有较高的强度和稳定性，良好的高温和低温性能，良好水稳性，施工时有良好的施工和易性，并有利于压实。对于普通沥青混合料来讲，最佳沥青用量的确定主要有经验公式法和马歇尔试验法。国内外有很多这方面的经验公式，主要是根据混合料的级配、骨料性质、施工条件等来确定的，具体的公式这里不再赘述。这种方法目前主要是用来欲估混合料的沥青用量，而真正用来确定最佳沥青用量的方法目前主要还是是马歇尔试验法。近十几年来我国是采用马歇尔试验法来确定最佳沥青用量，但是对再生沥青混合料，我们能否用马歇尔试验法来确定最佳沥青用量？为此我们做了大量的试验，第五章中阐述再生沥青混合料的性能时，在设计混合料的配合比时就涉及到最佳沥青用量的问题，我们的作法是按普通沥青混合料的方法来获得最佳沥青用量，试验结果的处理与普通的沥青混合料的有所不同，第五章有详细的介绍，现引