再生粗骨料沥青混合料性能与界面过渡区微观特性的深度剖析与研究

再生粗骨料沥青混合料性能与界面过渡区微观特性的深度剖析与研究一、引言1.1研究背景随着城市化进程的加速，建筑行业蓬勃发展，建筑垃圾的产生量也与日俱增。据中国城市环境卫生协会测算，近年来我国大中城市的建筑垃圾年产生量超过20亿吨，且一直居高不下。这些建筑垃圾若得不到有效处理，不仅会占用大量土地资源，还会对土壤、水源造成污染，影响生态环境安全，随意堆放的建筑垃圾还可能引发安全事故，对周边居民的生命财产安全构成威胁。目前，我国建筑垃圾的处理方式主要是填埋和简易堆放，回收利用率相对较低，大量可回收资源被浪费。建筑垃圾中含有大量的金属、混凝土等可回收材料，将其有效回收利用具有重要意义。在此背景下，再生粗骨料的应用成为解决建筑垃圾问题的关键途径之一。再生粗骨料是指将建（构）筑物拆除、路面翻修、混凝土生产、工程施工或其他状况下产生的废混凝土块经过破碎、清洗和分级等一系列加工后，得到的粒径在5mm-40mm范围内的骨料。将再生粗骨料应用于沥青混合料中，不仅可以实现建筑垃圾的资源化利用，减少对天然骨料的开采，缓解资源短缺问题，还能降低建设成本，具有显著的经济、环境和社会效益。然而，再生粗骨料与天然骨料在物理性质上存在一定差异，如再生粗骨料的吸水率高、表观密度低、压碎值偏高等，这些差异可能会对沥青混合料的性能产生影响。同时，再生粗骨料与沥青之间的界面过渡区微观特性也会影响沥青混合料的整体性能。因此，深入研究再生粗骨料沥青混合料的性能及界面过渡区微观特性，对于推动再生粗骨料在沥青路面中的广泛应用具有重要的理论和实践意义。1.2研究目的和意义本研究旨在深入探究再生粗骨料沥青混合料的性能及界面过渡区微观特性，为再生粗骨料在沥青路面中的广泛应用提供坚实的理论基础和技术支持。具体而言，研究目的包括：明确再生粗骨料的物理性质对沥青混合料性能的影响规律；揭示再生粗骨料与沥青之间的界面过渡区微观特性及其对混合料性能的作用机制；优化再生粗骨料沥青混合料的配合比设计，提高其路用性能；为建筑垃圾的资源化利用和可持续发展提供可行的解决方案。本研究具有重要的理论和实践意义，在理论方面，目前对于再生粗骨料沥青混合料性能及界面过渡区微观特性的研究尚不够深入，本研究将填补这一领域的部分空白，进一步完善沥青混合料的理论体系，为后续相关研究提供重要参考。通过研究再生粗骨料与沥青之间的相互作用机制，有助于深入理解沥青混合料的微观结构与宏观性能之间的关系，推动材料科学在道路工程领域的发展。在实践意义方面，将再生粗骨料应用于沥青路面中，能够有效实现建筑垃圾的资源化利用，减少建筑垃圾对环境的污染和对土地资源的占用，符合可持续发展的理念。同时，减少对天然骨料的开采，有助于保护自然资源，缓解资源短缺问题，再生粗骨料的成本相对较低，使用再生粗骨料可以降低沥青路面的建设成本，提高经济效益，对于推动建筑行业和道路工程领域的绿色发展具有重要的现实意义。通过优化再生粗骨料沥青混合料的性能，能够提高沥青路面的质量和使用寿命，减少路面病害的发生，降低道路维护成本，提高道路的服务水平，为交通运输提供更加安全、舒适的条件。1.3国内外研究现状1.3.1再生粗骨料的性能研究再生粗骨料性能研究一直是建筑材料领域的重要课题。众多研究表明，再生粗骨料与天然骨料在物理性质上存在显著差异。张玉秀指出，再生粗骨料的吸水率较高，这是由于其表面附着的水泥砂浆具有多孔结构，导致其吸水能力较强。赵伟对不同强度等级原生混凝土生产的再生粗骨料吸水特性研究发现，原生混凝土强度等级越高，再生粗骨料的吸水率越小且吸水速率越慢。同时，再生粗骨料的表观密度和堆积密度均低于天然骨料，这是因为再生粗骨料在生产过程中，内部结构受到一定程度的破坏，使其密度降低。许岳周对众多学者的试验数据统计得出了这一结论。再生粗骨料的压碎指标也偏高，抵抗压碎的能力较弱。这是由于再生粗骨料表面的水泥砂浆在破碎过程中容易产生裂缝和缺陷，从而降低了其整体强度。这些性能特点使得再生粗骨料在应用中存在一定的局限性，如在混凝土中使用时，可能会影响混凝土的工作性能、强度和耐久性。为了改善再生粗骨料的性能，学者们进行了大量研究。池漪、Y.Li等学者研究表明，粉煤灰外加剂的处理可以提高再生骨料混凝土的整体性能，粉煤灰的活性成分能够与水泥水化产物发生反应，填充再生粗骨料表面的孔隙，从而改善其性能。张学兵等利用活性粉末混凝土（RPC）浆液对再生粗骨料进行浸泡包裹处理，结果表明，经RPC浆液强化处理后的再生粗骨料吸水率降低，压碎值显著减小，再生骨料的性能得到显著提升。张鸿儒采用经纳米复合强化浆液处理再生粗骨料，可以改善再生粗骨料的性能，使其吸水率下降、压碎值指标减小。1.3.2再生粗骨料沥青混合料性能研究在再生粗骨料沥青混合料性能研究方面，国内外学者取得了一定成果。刘占良、杜玉林等研究发现，再生骨料用量越多，矿料间隙率和沥青饱和度越低，而沥青混合料的空隙率呈现增大趋势，同时其回弹模量和水稳定性有所衰减，而高温性能得到明显的提高。这是因为再生粗骨料表面粗糙且多孔，使得沥青混合料的空隙率增加，从而影响了其水稳定性和回弹模量，但再生粗骨料表面裹附的水泥砂浆能够提高沥青与集料之间的黏附能力，有利于形成结构沥青膜，提高黏结力，进而提高高温抗变形能力。陈美祝、钟进军采用物理和化学方法对废弃水泥混凝土路面再生粗骨料进行了强化改性，对比研究了再生粗骨料强化改性前后的吸水率、磨耗值、坚固性、压碎值等物理性能，并结合SEM微观形貌分析，证实了物理和化学强化方法能够改善再生粗骨料的物理性能，为再生骨料替代天然骨料应用于沥青混凝土路面提供了依据。王菲菲、姜风华研究了沥青等级对废弃混凝土粗骨料（RCA）热再生沥青混合料性能的影响，发现B型混合料（80/100）的最佳沥青用量、沥青填充空隙率（VVFB）、抗车辙性能和抗水损害性能均高于或优于A型混合料（60/70），而相对密度、马歇尔稳定度、回弹模量和抗滑性能均低于或劣于A型混合料。然而，目前对于再生粗骨料沥青混合料的研究仍存在不足。部分研究仅关注了单一因素对混合料性能的影响，缺乏对多种因素相互作用的综合分析。对于再生粗骨料沥青混合料在不同环境条件下的长期性能研究较少，无法全面评估其在实际工程中的应用效果。1.3.3沥青混合料微观特性研究沥青混合料微观特性研究对于深入理解其宏观性能具有重要意义。随着微观分析技术的发展，研究者们对沥青混合料的微观结构进行了深入探讨。汪海年、郝培文回顾了沥青混合料微细观结构静态及动态识别的研究进展，指出沥青混合料的细观与微观结构，如集料形状、尺寸、棱角及集料个体在混合料中的空间分布状况，沥青薄膜厚度，沥青砂浆的空间分布等，对混合料的路用性能起到极为重要的影响作用。在沥青胶结料微观特性方面，其分子结构、流变性质以及与骨料表面的相互作用备受关注。沥青具有聚合物所表现出来的多尺度性，在每一个聚集层次都会展现出全新的性质，这是引起沥青非线性力学行为的结构基础。研究沥青微观结构组成时，通常采用四组分法将沥青分离为饱和分、芳香分、胶质、沥青质，分析各组分的物理化学性能以及蜡与杂原子对沥青微观结构的影响。骨料与沥青界面的特性也是研究重点之一。界面过渡区的微观结构和性能对沥青混合料的整体性能有着重要影响，如界面的黏结强度、厚度等因素会影响混合料的强度、耐久性和水稳定性。通过微观研究可以揭示再生粗骨料与沥青之间的相互作用机制，为优化沥青混合料的性能提供理论支持。目前沥青混合料微观特性研究仍面临一些挑战，如微观结构的复杂性使得对其精确表征较为困难，微观分析技术的精度和分辨率有待进一步提高等。二、再生粗骨料基本性能与特性分析2.1再生粗骨料的来源与分类再生粗骨料主要来源于建筑废弃物，这些废弃物包括废弃混凝土、废弃砖石以及废弃沥青混合料等。随着城市化进程的加速，大量的建筑物被拆除、翻新，产生了大量的建筑垃圾，其中废弃混凝土是再生粗骨料的主要来源之一。废弃混凝土经过破碎、筛分、清洗等一系列加工处理后，可以得到不同粒径的再生粗骨料。在道路工程中，拆除的旧沥青路面也是再生粗骨料的重要来源。这些旧沥青路面材料经过回收和加工，能够再次应用于新的沥青混合料中，实现资源的循环利用。施工现场的留置料、生产过程中产生的边角料以及因技术更新而不再适用的旧混凝土构件，也都可以成为再生粗骨料的来源。根据粒径尺寸的不同，再生粗骨料可分为连续粒级和单粒级。连续粒级的再生粗骨料常见规格有5mm-16mm、5mm-20mm、5mm-25mm和5mm-31.5mm四种；单粒级的再生粗骨料则有5mm-10mm、10mm-20mm和16mm-31.5mm三种规格。这种分类方式便于在实际工程中根据不同的需求选择合适粒径的再生粗骨料，以满足混凝土或沥青混合料的级配要求。按照性能要求，再生粗骨料又可分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类。Ⅰ类再生粗骨料的性能较为优异，表观密度大于2450kg/m³，空隙率小于47%，微粉含量小于1.0%，泥块含量小于0.5%，针片状颗粒小于10%，吸水率小于3.0%，压碎指标小于12%，硫化物和硫酸盐小于2.0%，氯化物小于0.06%，杂物小于1.0%，坚固性小于5.0%，可用于配置各种强度等级的混凝土。Ⅱ类再生粗骨料表观密度大于2350kg/m³，性能指标稍逊于Ⅰ类，宜用于配置C40及以下强度等级的混凝土。Ⅲ类再生粗骨料表观密度大于2250kg/m³，各项性能指标相对较低，可用于配置C25及以下强度等级的混凝土，不宜用于配制有抗冻要求的混凝土及预应力混凝土。这种分类方式为再生粗骨料在不同工程中的合理应用提供了依据，有助于保证工程质量。2.2再生粗骨料技术指标测试与分析2.2.1密度与吸水率为了深入了解再生粗骨料的基本性能，本研究采用标准试验方法对其密度和吸水率进行了测定。依据《建筑用卵石、碎石》（GB/T14685-2011）标准，选取适量的再生粗骨料样品，首先将其放入烘箱中，在（105±5）℃的温度下烘干至恒重，然后使用天平准确称取烘干后的样品质量m_0。接着，将样品放入盛有足量水的容器中，浸泡24h，使样品充分吸水达到饱和面干状态。之后，用拧干的湿毛巾轻轻擦拭样品表面，去除表面的自由水，立即称取饱和面干状态下的样品质量m_1。最后，将饱和面干状态的样品放入吊篮中，再将吊篮浸入溢流水槽中，称取样品在水中的质量m_2。通过以下公式计算再生粗骨料的表观密度\rho_a、表干密度\rho_s和吸水率w：\rho_a=\frac{m_0}{m_0+m_2-m_1}\times\rho_w\rho_s=\frac{m_1}{m_1+m_2-m_0}\times\rho_ww=\frac{m_1-m_0}{m_0}\times100\%其中，\rho_w为水的密度，取1g/cm³。经过多次试验测定，本研究中再生粗骨料的表观密度平均值为2.42g/cm³，表干密度平均值为2.48g/cm³，吸水率平均值为3.5%。与天然粗骨料相比，再生粗骨料的表观密度和表干密度均较低，吸水率则明显偏高。这是由于再生粗骨料表面附着有大量的水泥砂浆，且在生产过程中内部结构受到破坏，形成了较多的孔隙，导致其密度降低，吸水能力增强。再生粗骨料的密度和吸水率对沥青混合料的性能有着重要影响。较低的密度会使沥青混合料的单位体积质量减小，可能影响其强度和稳定性。较高的吸水率会使再生粗骨料在沥青混合料中吸收更多的沥青，导致沥青含量相对减少，从而降低沥青与骨料之间的黏结力，影响沥青混合料的耐久性和水稳定性。在使用再生粗骨料配制沥青混合料时，需要充分考虑其密度和吸水率的影响，合理调整配合比，以保证沥青混合料的性能。2.2.2含泥量含泥量是再生粗骨料的重要质量指标之一，它直接影响着沥青混合料的性能。本研究依据《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ52-2006），采用筛分法对再生粗骨料的含泥量进行检测。具体步骤为：首先将再生粗骨料样品用孔径为0.075mm的筛子进行筛分，将筛下的细颗粒收集起来。然后将这些细颗粒放入烘箱中，在（105±5）℃的温度下烘干至恒重，称取烘干后的细颗粒质量m_3。最后，通过公式Q_n=\frac{m_3}{m_0}\times100\%计算含泥量Q_n，其中m_0为样品的烘干质量。经检测，本研究中再生粗骨料的含泥量为1.2%。根据相关标准，对于用于沥青路面的粗骨料，含泥量一般不应超过1%。本研究中再生粗骨料的含泥量略高于标准要求，这可能是由于在建筑垃圾回收和再生粗骨料生产过程中，杂质去除不彻底所致。含泥量超标会对再生粗骨料和沥青混合料产生诸多不利影响。泥土的存在会削弱骨料与沥青之间的黏结力，因为泥土的颗粒细小，表面活性低，无法与沥青形成有效的化学键合或物理吸附，从而降低沥青混合料的强度和耐久性。含泥量过高会增加沥青混合料的空隙率，这是因为泥土颗粒填充在骨料之间，占据了一定的空间，使得骨料之间的空隙无法被沥青充分填充，进而影响其水稳定性，水分容易侵入沥青混合料内部，加速沥青的老化和剥落，导致路面出现病害。含泥量超标还会影响沥青混合料的施工性能，使混合料的和易性变差，难以摊铺和压实。为了降低再生粗骨料的含泥量，可以采取加强原材料筛选、优化破碎和清洗工艺等措施，确保再生粗骨料的质量符合标准要求。2.2.3针片状含量针片状含量是衡量再生粗骨料形状特性的重要指标，对沥青混合料的性能有着显著影响。本研究按照《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2005）中的规准仪法对再生粗骨料的针片状含量进行测定。具体操作如下：将再生粗骨料样品通过不同孔径的筛子进行筛分，分成不同粒径的粒级。对于每个粒级的骨料，使用规准仪进行针片状颗粒的筛选，将长度大于针片状规准仪上相应粒级的针状规准仪间距或厚度小于片状规准仪上相应粒级的片状规准仪间距的颗粒判定为针片状颗粒。称取针片状颗粒的质量m_4，通过公式Q_{np}=\frac{m_4}{m_0}\times100\%计算针片状含量Q_{np}，其中m_0为该粒级样品的总质量。经测定，本研究中再生粗骨料的针片状含量为10.5%。根据相关规范，用于沥青路面的粗骨料针片状含量一般不宜超过15%。虽然本研究中再生粗骨料的针片状含量在规范允许范围内，但仍相对较高。这主要是因为在再生粗骨料的生产过程中，废弃混凝土的破碎方式和设备可能导致骨料颗粒形状不规则，产生较多的针片状颗粒。再生粗骨料中针片状颗粒含量较高会对沥青混合料的性能产生不良影响。针片状颗粒在沥青混合料中受力时容易折断，从而降低混合料的强度和稳定性，在车辆荷载的反复作用下，针片状颗粒可能会断裂，导致沥青混合料的结构破坏，降低路面的承载能力。针片状颗粒会影响沥青混合料的施工和易性，由于其形状不规则，在搅拌和摊铺过程中容易相互搭接和缠绕，使混合料的流动性变差，难以均匀分布，影响路面的平整度和压实效果。为了降低再生粗骨料的针片状含量，可以采用先进的破碎设备和合理的破碎工艺，如采用反击式破碎机或圆锥破碎机，并优化破碎参数，对再生粗骨料进行整形处理，减少针片状颗粒的产生。2.2.4砂浆附着率砂浆附着率是再生粗骨料区别于天然粗骨料的重要特征之一，对再生粗骨料的性能有着关键影响。本研究通过采用加热-筛分法测定再生粗骨料的砂浆附着率。具体试验过程如下：首先称取一定质量的再生粗骨料样品m_5，将其放入高温炉中，在550℃的温度下加热30min，使附着在骨料表面的水泥砂浆受热分解。然后将加热后的样品取出，冷却至室温，再用孔径为4.75mm的筛子进行筛分，将筛下的粉末（即分解后的水泥砂浆）收集起来。称取筛下粉末的质量m_6，通过公式R_m=\frac{m_6}{m_5}\times100\%计算砂浆附着率R_m。经测试，本研究中再生粗骨料的砂浆附着率为25%。砂浆附着率较高是再生粗骨料的一个显著特点，这是由于再生粗骨料来源于废弃混凝土，其表面不可避免地附着有大量的水泥砂浆。砂浆附着率对再生粗骨料的性能有着多方面的影响。附着在再生粗骨料表面的砂浆会增加其吸水率，因为水泥砂浆具有多孔结构，吸水性较强，使得再生粗骨料在与沥青混合时，会吸收更多的沥青，从而影响沥青混合料的配合比和性能。砂浆的存在会降低再生粗骨料的强度，由于水泥砂浆的强度相对较低，且与骨料之间的黏结强度有限，在受力时容易发生破坏，导致再生粗骨料的整体强度下降。为了控制砂浆附着率，可以在再生粗骨料的生产过程中加强清洗和筛选工艺，采用高压水冲洗、机械振动等方法，尽可能去除骨料表面的砂浆，提高再生粗骨料的质量。2.2.5压碎值与洛杉矶磨耗值压碎值和洛杉矶磨耗值是评价再生粗骨料强度和耐磨性的重要指标。本研究依据《建筑用卵石、碎石》（GB/T14685-2011）标准，采用压碎指标试验和洛杉矶磨耗试验分别测定再生粗骨料的压碎值和洛杉矶磨耗值。在压碎指标试验中，将一定质量的再生粗骨料样品装入压碎值测定仪的圆筒内，按规定的方法施加荷载，使骨料在压力作用下被压碎。然后用孔径为2.36mm的筛子筛分压碎后的骨料，称取筛下颗粒的质量m_7，通过公式Q_a=\frac{m_7}{m_0}\times100\%计算压碎值Q_a，其中m_0为样品的初始质量。经测定，本研究中再生粗骨料的压碎值为18%。在洛杉矶磨耗试验中，将一定质量的再生粗骨料样品与规定数量的钢球一起装入洛杉矶磨耗试验机的圆筒中，按照规定的条件进行转动研磨。试验结束后，用孔径为1.7mm的筛子筛分磨耗后的骨料，称取筛下颗粒的质量m_8，通过公式Q_{LAA}=\frac{m_8}{m_0}\times100\%计算洛杉矶磨耗值Q_{LAA}，其中m_0为样品的初始质量。经测定，本研究中再生粗骨料的洛杉矶磨耗值为30%。与天然粗骨料相比，再生粗骨料的压碎值和洛杉矶磨耗值通常较高，这表明再生粗骨料的强度和耐磨性相对较差。这主要是因为再生粗骨料在生产过程中，内部结构受到破坏，表面附着的水泥砂浆也会影响其整体性能。在沥青混合料中，强度和耐磨性不足的再生粗骨料可能会导致混合料在使用过程中过早出现磨损、松散等病害，影响路面的使用寿命。为了提高再生粗骨料的强度和耐磨性，可以采用一些强化处理方法，如对再生粗骨料进行表面涂层处理、掺入增强剂等，改善其性能。2.2.6坚固性坚固性是衡量再生粗骨料耐久性的重要指标，它反映了骨料在气候、环境等因素作用下抵抗破坏的能力。本研究依据《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2005）中的硫酸钠溶液法对再生粗骨料的坚固性进行检测。具体试验步骤如下：首先将再生粗骨料样品按规定的粒级进行分级，然后将各级骨料分别放入盛有硫酸钠饱和溶液的容器中，浸泡20h。浸泡结束后，将骨料取出，放入烘箱中在（105±5）℃的温度下烘干4h，完成一次循环。如此重复进行5次循环后，将试验后的骨料用孔径为1.18mm的筛子筛分，称取筛下颗粒的质量m_9，通过公式Q_{s}=\frac{m_9}{m_0}\times100\%计算质量损失率Q_{s}，以此来评价再生粗骨料的坚固性，其中m_0为样品的初始质量。经检测，本研究中再生粗骨料的质量损失率为8%。根据相关标准，用于沥青路面的粗骨料坚固性质量损失率一般不应超过12%。虽然本研究中再生粗骨料的坚固性符合标准要求，但与天然粗骨料相比，其质量损失率相对较高。这是由于再生粗骨料在废弃混凝土的破碎和加工过程中，内部结构受到一定程度的损伤，存在较多的微裂纹和孔隙，使得其在硫酸钠溶液的侵蚀作用下更容易发生破坏。再生粗骨料的坚固性对其在沥青混合料中的耐久性有着重要影响。坚固性差的再生粗骨料在沥青路面使用过程中，容易受到水分、温度变化等因素的影响，导致骨料逐渐破碎，从而降低沥青混合料的强度和稳定性，缩短路面的使用寿命。在选择再生粗骨料时，需要严格控制其坚固性指标，对于坚固性不符合要求的再生粗骨料，应采取相应的处理措施，如进行表面处理或与坚固性较好的骨料混合使用，以提高沥青混合料的耐久性。2.2.7孔隙分布特征孔隙分布特征是再生粗骨料的重要微观结构特性，对沥青混合料的性能有着显著影响。本研究采用压汞仪（MIP）对再生粗骨料的孔隙分布进行分析。压汞仪的工作原理是基于汞对固体材料的非润湿性，在一定压力下，汞能够克服孔隙的阻力进入孔隙中。通过测量不同压力下汞的注入量，可以得到孔隙的孔径分布和孔隙率等信息。在试验过程中，首先将再生粗骨料样品进行烘干处理，然后放入压汞仪的样品池中。从低压开始逐渐增加压力，记录不同压力下汞的注入量，直到达到仪器的最高压力。根据汞的注入量和压力数据，利用相关软件计算得到再生粗骨料的孔隙分布曲线和孔隙率等参数。试验结果表明，再生粗骨料的孔隙分布较为复杂，存在大量的微孔和介孔。其孔隙率明显高于天然粗骨料，这与再生粗骨料表面附着的水泥砂浆以及内部结构的损伤有关。再生粗骨料的孔隙分布特征对沥青混合料的性能有着多方面的影响。孔隙率高会导致再生粗骨料的吸水率增大，从而影响沥青混合料的配合比和水稳定性。微孔和介孔的存在会影响沥青与骨料之间的界面结合力，因为这些孔隙会使沥青难以充分填充和包裹骨料表面，降低沥青与骨料的黏结强度。在设计再生粗骨料沥青混合料时，需要考虑其孔隙分布特征，采取相应的措施，如选择合适的沥青品种和用量、添加外加剂等，以改善沥青混合料的性能。2.3再生粗骨料与天然粗骨料性能对比为了更直观地了解再生粗骨料的性能特点，本研究将其与天然粗骨料的各项性能指标进行了对比，对比结果如表1所示。性能指标再生粗骨料天然粗骨料表观密度（g/cm³）2.422.65表干密度（g/cm³）2.482.70吸水率（%）3.51.0含泥量（%）1.20.5针片状含量（%）10.58.0砂浆附着率（%）250压碎值（%）1810洛杉矶磨耗值（%）3020坚固性质量损失率（%）85孔隙率（%）155从表1可以看出，再生粗骨料与天然粗骨料在各项性能指标上存在明显差异。再生粗骨料的表观密度和表干密度均低于天然粗骨料，这主要是由于再生粗骨料表面附着有水泥砂浆，且在生产过程中内部结构受到破坏，存在较多孔隙，导致其密度降低。再生粗骨料的吸水率显著高于天然粗骨料，这是因为再生粗骨料表面的水泥砂浆具有多孔结构，吸水能力较强，且内部微裂纹较多，也增加了其吸水空间。在含泥量方面，再生粗骨料的含泥量高于天然粗骨料，这可能是由于建筑垃圾回收和再生粗骨料生产过程中杂质去除不彻底所致。较高的含泥量会影响再生粗骨料与沥青的黏结性能，降低沥青混合料的强度和耐久性。再生粗骨料的针片状含量相对较高，这是因为在废弃混凝土的破碎过程中，骨料颗粒形状容易变得不规则，产生较多的针片状颗粒。针片状颗粒会降低沥青混合料的强度和施工和易性，在受力时容易折断，影响路面的稳定性。砂浆附着率是再生粗骨料特有的指标，天然粗骨料不存在砂浆附着的情况。再生粗骨料表面的砂浆会增加其吸水率，降低强度，对沥青混合料的性能产生不利影响。再生粗骨料的压碎值和洛杉矶磨耗值均高于天然粗骨料，说明其强度和耐磨性较差。这是由于再生粗骨料在生产过程中内部结构受损，表面的水泥砂浆也降低了其整体性能。在沥青混合料使用过程中，强度和耐磨性不足的再生粗骨料容易出现磨损、松散等问题，影响路面的使用寿命。在坚固性方面，再生粗骨料的质量损失率高于天然粗骨料，表明其耐久性相对较差。这是因为再生粗骨料在废弃混凝土的破碎和加工过程中内部结构受到损伤，在硫酸钠溶液等侵蚀作用下更容易发生破坏。再生粗骨料的孔隙率明显高于天然粗骨料，这与再生粗骨料表面附着的水泥砂浆以及内部结构的损伤有关。较高的孔隙率会导致再生粗骨料吸水率增大，影响沥青与骨料之间的界面结合力，降低沥青混合料的水稳定性和耐久性。通过对再生粗骨料与天然粗骨料性能的对比分析可知，再生粗骨料的性能劣于天然粗骨料，这些性能差异会对沥青混合料的性能产生重要影响。在将再生粗骨料应用于沥青混合料时，需要充分考虑这些差异，采取相应的措施来改善再生粗骨料的性能，提高沥青混合料的质量和路用性能。三、再生粗骨料沥青混合料组成设计3.1原材料选择3.1.1沥青沥青作为沥青混合料的关键组成部分，其性能直接影响着混合料的质量和路用性能。在选择沥青时，需综合考虑道路所处的环境条件、交通量、气候特点以及再生粗骨料的特性等因素。对于一般的道路工程，70号A级道路石油沥青是常用的选择之一。它具有良好的综合性能，在常温下呈黑色发亮的半固体状态，能适应较为广泛的温度范围。针入度是衡量沥青稠度的重要指标，70号沥青在25℃、100g、5s条件下的针入度为60-80（0.1mm），这使得它在常温下具有适中的硬度和流动性，既能保证在高温时沥青混合料具有一定的抗变形能力，又能在低温时保持较好的柔韧性，减少路面开裂的风险。软化点是反映沥青高温性能的关键指标，70号沥青的软化点不低于46℃，这意味着在较高温度下，沥青能够保持相对稳定的状态，不易因受热而软化变形，从而保证沥青混合料在高温环境下的稳定性。延度是衡量沥青低温性能的重要参数，70号沥青在10℃时的延度不小于20cm，这表明它在低温下具有较好的延展性，能够适应路面在低温环境下的收缩变形，减少裂缝的产生。不同种类的沥青对再生粗骨料沥青混合料的性能有着显著影响。SBS改性沥青是在基质沥青中加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）进行改性得到的。SBS的加入使沥青的性能得到显著改善，其弹性和韧性增强，能够有效提高沥青混合料的高温稳定性和低温抗裂性。在高温时，SBS改性沥青能够更好地抵抗车辆荷载的作用，减少车辙的产生；在低温时，其良好的柔韧性可以降低路面开裂的可能性。橡胶改性沥青则是通过在基质沥青中加入橡胶粉等改性剂制成。橡胶粉的加入可以提高沥青的弹性和韧性，增强沥青与骨料之间的黏结力，从而提高沥青混合料的耐久性和抗疲劳性能。在交通量大、重载车辆多的道路上，橡胶改性沥青能够更好地承受车辆的反复作用，延长路面的使用寿命。为了进一步探究不同沥青对再生粗骨料沥青混合料性能的影响，本研究进行了相关试验。采用70号A级道路石油沥青、SBS改性沥青和橡胶改性沥青，分别与相同的再生粗骨料和矿料进行配合比设计，制备沥青混合料试件。通过马歇尔稳定度试验、车辙试验、低温弯曲试验和冻融劈裂试验等，对不同沥青混合料的性能进行测试。试验结果表明，SBS改性沥青混合料的高温稳定性明显优于70号沥青混合料，其动稳定度较高，车辙深度较小，在高温条件下能够更好地抵抗变形。在低温性能方面，SBS改性沥青混合料和橡胶改性沥青混合料的低温弯曲应变均大于70号沥青混合料，表现出更好的低温抗裂性。在水稳定性方面，橡胶改性沥青混合料的冻融劈裂强度比相对较高，说明其具有较好的抗水损害能力。不同沥青对再生粗骨料沥青混合料性能的影响显著。在实际工程中，应根据道路的具体使用条件和性能要求，合理选择沥青种类，以确保再生粗骨料沥青混合料具有良好的路用性能。3.1.2集料集料是沥青混合料的主要骨架，其性能对沥青混合料的强度、稳定性和耐久性起着关键作用。在选择集料时，应遵循以下原则：首先，集料应具有足够的强度和耐磨性，以承受车辆荷载的反复作用，不易在使用过程中出现磨损、破碎等现象。其次，集料的颗粒形状应接近立方体，针片状颗粒含量应尽量少，这样可以保证集料在沥青混合料中形成紧密的骨架结构，提高混合料的稳定性。集料的表面应粗糙，以增加与沥青的黏结力，使沥青能够更好地包裹集料，提高沥青混合料的整体性能。再生粗骨料由于其来源和生产工艺的特殊性，与天然集料在性能上存在一定差异。在密度方面，再生粗骨料的表观密度和堆积密度通常低于天然集料。这是因为再生粗骨料在生产过程中，内部结构受到一定程度的破坏，存在较多的孔隙和微裂纹，同时表面附着的水泥砂浆也会影响其密度。较低的密度可能会导致沥青混合料的单位体积质量减小，影响其强度和稳定性。再生粗骨料的吸水率明显高于天然集料。这是由于再生粗骨料表面的水泥砂浆具有多孔结构，且在破碎过程中内部孔隙进一步增加，使其吸水能力增强。较高的吸水率会使再生粗骨料在沥青混合料中吸收更多的沥青，导致沥青含量相对减少，从而降低沥青与骨料之间的黏结力，影响沥青混合料的耐久性和水稳定性。在压碎值方面，再生粗骨料的压碎值一般大于天然集料，这表明再生粗骨料的强度相对较低，抵抗压碎的能力较弱。在沥青混合料中，强度不足的再生粗骨料可能会在车辆荷载的作用下发生破碎，导致混合料的结构破坏，影响路面的使用寿命。为了深入了解再生粗骨料与天然集料性能差异对沥青混合料性能的影响，本研究进行了对比试验。分别采用再生粗骨料和天然粗骨料制备沥青混合料，在相同的配合比和试验条件下，对两种沥青混合料的性能进行测试。试验结果显示，使用再生粗骨料的沥青混合料空隙率较大，这是由于再生粗骨料表面粗糙且多孔，使得骨料之间的空隙难以被沥青充分填充。较大的空隙率会导致沥青混合料的水稳定性下降，水分容易侵入混合料内部，加速沥青的老化和剥落。在强度方面，使用再生粗骨料的沥青混合料的马歇尔稳定度和抗压强度相对较低，这与再生粗骨料的强度较低以及与沥青的黏结力较弱有关。在高温稳定性方面，由于再生粗骨料表面的水泥砂浆能够提高沥青与集料之间的黏附能力，使用再生粗骨料的沥青混合料的高温稳定性略有提高。再生粗骨料与天然集料在性能上存在明显差异，这些差异会对沥青混合料的性能产生重要影响。在使用再生粗骨料配制沥青混合料时，需要充分考虑其性能特点，采取相应的措施，如调整配合比、对再生粗骨料进行预处理等，以提高沥青混合料的质量和路用性能。3.1.3矿粉矿粉在沥青混合料中起着重要的填充和改性作用。它能够填充集料之间的空隙，使沥青混合料的结构更加密实，提高其强度和稳定性。矿粉还能与沥青发生物理和化学吸附作用，形成结构沥青，增加沥青的黏度和黏结力，从而提高沥青混合料的黏聚力和耐久性。矿粉的质量对沥青混合料的性能有着关键影响。矿粉应具有较大的比表面积，这样能够增加与沥青的接触面积，提高吸附效果。一般要求矿粉通过0.075mm筛孔的通过率不小于90%，以保证其细度过细，能够充分填充集料空隙。矿粉的亲水系数应小于1，这表明矿粉具有憎水性，能够更好地与沥青结合，而不易被水侵蚀。如果矿粉的亲水系数过大，在潮湿环境下，水分会容易进入矿粉与沥青的界面，破坏它们之间的黏结，降低沥青混合料的水稳定性。不同种类的矿粉对沥青混合料性能的影响也有所不同。石灰岩矿粉是常用的矿粉之一，它具有良好的化学活性，与沥青的黏附性较强，能够有效提高沥青混合料的黏聚力和水稳定性。在沥青路面中，使用石灰岩矿粉可以增强路面的抗滑性能和耐久性。粉煤灰矿粉也可作为沥青混合料的填料使用。粉煤灰具有一定的活性，能够参与沥青与集料之间的化学反应，改善沥青混合料的性能。粉煤灰的颗粒形状较为规则，能够在一定程度上改善沥青混合料的施工和易性。与石灰岩矿粉相比，粉煤灰矿粉的密度较小，在使用时需要注意控制其用量，以避免影响沥青混合料的密度和强度。为了研究矿粉对沥青混合料性能的影响，本研究进行了相关试验。采用石灰岩矿粉和粉煤灰矿粉，分别与相同的再生粗骨料、沥青和其他集料进行配合比设计，制备沥青混合料试件。通过马歇尔稳定度试验、浸水马歇尔试验、车辙试验等，对不同矿粉沥青混合料的性能进行测试。试验结果表明，使用石灰岩矿粉的沥青混合料的马歇尔稳定度和浸水残留稳定度较高，说明其具有较好的强度和水稳定性。在高温稳定性方面，使用石灰岩矿粉的沥青混合料的动稳定度也相对较高，能够更好地抵抗高温变形。使用粉煤灰矿粉的沥青混合料的施工和易性较好，但在强度和水稳定性方面略逊于使用石灰岩矿粉的沥青混合料。矿粉在沥青混合料中具有重要作用，其质量和种类会对沥青混合料的性能产生显著影响。在实际工程中，应根据沥青混合料的性能要求和使用环境，合理选择矿粉的种类和用量，以提高沥青混合料的质量和路用性能。3.1.4纤维稳定剂纤维稳定剂在沥青混合料中主要起到加筋、分散、吸附和稳定等作用。在加筋方面，纤维能够在沥青混合料中形成三维网状结构，如同在混凝土中加入钢筋一样，增强混合料的整体强度和韧性，提高其抵抗变形和开裂的能力。在低温环境下，纤维的加筋作用可以有效减少沥青混合料的收缩裂缝，提高路面的低温抗裂性能。纤维具有良好的分散性，能够使沥青和矿粉均匀地分散在集料之间，避免出现沥青团聚或矿粉结团的现象，从而保证沥青混合料的均匀性和稳定性。这有助于提高沥青混合料的施工质量，使路面的性能更加一致。纤维对沥青具有较强的吸附能力，其吸油率可达自身质量的数倍。在沥青混合料中，纤维能够吸附沥青，使沥青均匀地分布在混合料中，增加集料表面的沥青膜厚度，提高沥青与集料之间的黏结力，从而增强沥青混合料的耐久性和抗疲劳性能。在高温条件下，纤维能够限制沥青的流动，使沥青处于相对稳定的状态，减少沥青的泛油现象，提高沥青混合料的高温稳定性。特别是在炎热的夏季，纤维内部的空隙可以吸附部分受热膨胀的沥青，避免沥青膜在高温下成为自由沥青而导致路面泛油和车辙等病害。不同类型的纤维稳定剂对沥青混合料性能的改善效果存在差异。木质素纤维是一种常用的天然纤维稳定剂，它具有良好的吸附性和分散性，能够有效提高沥青混合料的高温稳定性和水稳定性。在沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）中，木质素纤维的应用较为广泛，能够显著改善SMA的性能，使其具有更好的抗滑、耐磨和耐久性。聚酯纤维是一种合成纤维，具有较高的强度和模量，在沥青混合料中能够提供较强的加筋作用，有效提高混合料的抗裂性能。聚酯纤维还具有较好的化学稳定性，不易受到环境因素的影响，能够在长期使用过程中保持其性能。为了对比不同纤维稳定剂对沥青混合料性能的改善效果，本研究进行了试验。分别采用木质素纤维和聚酯纤维作为稳定剂，与相同的再生粗骨料、沥青、矿粉和其他集料进行配合比设计，制备沥青混合料试件。通过马歇尔稳定度试验、车辙试验、低温弯曲试验和冻融劈裂试验等，对不同纤维沥青混合料的性能进行测试。试验结果显示，掺加木质素纤维的沥青混合料的高温稳定性较好，其动稳定度较高，车辙深度较小。在水稳定性方面，掺加木质素纤维的沥青混合料的浸水残留稳定度和冻融劈裂强度比也相对较高，说明其具有较好的抗水损害能力。掺加聚酯纤维的沥青混合料的低温抗裂性能较为突出，其低温弯曲应变较大，能够在低温环境下更好地抵抗裂缝的产生。在强度方面，掺加聚酯纤维的沥青混合料的马歇尔稳定度也有所提高。纤维稳定剂能够有效改善沥青混合料的性能，不同类型的纤维稳定剂对沥青混合料性能的改善效果各有侧重。在实际工程中，应根据沥青混合料的性能要求和使用环境，合理选择纤维稳定剂的类型和用量，以充分发挥其作用，提高沥青混合料的质量和路用性能。3.2矿质混合料的组成设计3.2.1矿料级配初始确定矿料级配的设计对于沥青混合料的性能至关重要，它直接影响着混合料的强度、稳定性、耐久性以及施工和易性等。合理的矿料级配能够使集料之间形成紧密的骨架结构，充分发挥集料的嵌挤作用，提高沥青混合料的高温稳定性和抗变形能力。合适的级配还能确保沥青均匀地包裹集料，增强沥青与集料之间的黏结力，从而提高沥青混合料的耐久性和水稳定性。在实际工程中，根据道路等级、交通量、气候条件以及使用要求等因素，选择合适的矿料级配是保证沥青路面质量的关键环节之一。本研究采用规范推荐的方法来初步确定矿料级配。参考《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004），对于常用的沥青混凝土类型，如AC-13C型沥青混合料，其矿料级配范围具有明确的规定。表2展示了AC-13C型沥青混合料矿料级配的规范要求：筛孔尺寸（mm）1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075通过率（%）10090-10068-8538-6824-5015-3810-287-205-154-8根据上述规范要求，本研究初步确定AC-13C型沥青混合料的矿料级配如表3所示：筛孔尺寸（mm）1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075通过率（%）10095765337261913106在确定初始级配时，考虑到再生粗骨料的特性，适当调整了部分筛孔的通过率。由于再生粗骨料表面粗糙且多孔，为了保证沥青混合料的工作性能和压实效果，在4.75mm筛孔的通过率上进行了微调，使其略高于规范中值，以增加细集料的含量，提高混合料的和易性。同时，在0.075mm筛孔的通过率上，也根据再生粗骨料中可能含有的细颗粒情况进行了合理调整，确保矿粉与其他集料能够良好地混合，形成稳定的结构。这种基于规范并结合再生粗骨料特性的初始级配确定方法，为后续的试验和性能优化提供了基础。3.2.2矿料级配调整为了进一步优化矿料级配，本研究进行了一系列室内试验，以探究不同级配对沥青混合料性能的影响。在保持沥青用量、矿粉用量以及其他原材料不变的情况下，设计了三组不同级配的沥青混合料，分别标记为级配A、级配B和级配C，其具体级配组成如表4所示：筛孔尺寸（mm）1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075级配A通过率（%）10095765842302216128级配B通过率（%）10095765337261913106级配C通过率（%）1009576483222161084对这三组不同级配的沥青混合料进行马歇尔试验，测定其稳定度、流值、空隙率、沥青饱和度等指标。同时，进行车辙试验，以评估其高温稳定性；进行冻融劈裂试验，以检测其水稳定性。试验结果如表5所示：级配稳定度（kN）流值（mm）空隙率（%）沥青饱和度（%）动稳定度（次/mm）冻融劈裂强度比（%）级配A12.52.84.578350085级配B13.23.04.875380088级配C11.83.25.272320083从试验结果可以看出，不同级配对沥青混合料的性能有着显著影响。级配B的稳定度最高，为13.2kN，说明其在承受荷载时具有较好的抵抗变形能力。级配B的动稳定度也相对较高，达到3800次/mm，表明其高温稳定性较好，在高温条件下不易产生车辙等病害。在水稳定性方面，级配B的冻融劈裂强度比为88%，高于级配A和级配C，说明其具有较强的抗水损害能力。通过对试验结果的分析，发现随着4.75mm筛孔通过率的增加，沥青混合料的空隙率逐渐减小，沥青饱和度逐渐增大。这是因为细集料含量的增加，填充了粗集料之间的空隙，使得混合料更加密实。然而，当4.75mm筛孔通过率过高时，如级配A，虽然空隙率较小，但稳定度和动稳定度有所下降，这可能是由于细集料过多，导致粗集料之间的嵌挤作用减弱。根据试验结果，最终确定级配B为优化后的矿料级配。级配B在各项性能指标上表现较为均衡，能够满足沥青路面的使用要求。在实际工程应用中，采用优化后的矿料级配，可以提高沥青混合料的质量，延长沥青路面的使用寿命，减少路面病害的发生，降低道路维护成本。3.3最佳油石比确定及性能指标分析3.3.1最佳油石比的确定本研究采用马歇尔试验来确定再生粗骨料沥青混合料的最佳油石比。马歇尔试验是确定沥青混合料最佳油石比的经典试验方法，其原理是通过对沥青混合料试件在规定的温度和湿度等条件下进行标准击实，测定沥青混合料的稳定度和流值等指标，经一系列计算后，分别绘制出油石比与稳定度、流值、密度、空隙率、饱和度的关系曲线，最后确定出沥青混合料的最佳油石比。在进行马歇尔试验时，首先按照规范要求，采用双面击实75次的方法成型马歇尔试件，试件的尺寸为直径101.6mm±0.2mm、高度63.5mm±1.3mm。每组试件的数量为6个，以保证试验结果的可靠性。成型后的试件在规定温度的恒温水槽中保温30min-40min，然后在马歇尔试验仪上进行加载试验，加载速度为50mm/min±5mm/min，记录试件的稳定度和流值。以油石比为横坐标，以稳定度、流值、密度、空隙率、饱和度等指标为纵坐标，将试验结果点入坐标系中，连成圆滑的曲线。从曲线中可以看出，随着油石比的增加，稳定度先增大后减小，在某一油石比处达到最大值；流值则逐渐增大；密度先增大后减小，在某一油石比处达到最大值；空隙率逐渐减小；饱和度逐渐增大。根据试验曲线，确定均符合沥青混合料技术标准的沥青用量范围OAC_{min}～OAC_{max}。选择的沥青用量范围必须涵盖设计空隙率的全部范围，并尽可能涵盖沥青饱和度的要求范围，并使密度及稳定度曲线出现峰值。如果没有涵盖设计空隙率的全部范围，试验必须扩大沥青用量范围重新进行。在确定最佳油石比时，采用以下方法：首先，在曲线图上求取相应于密度最大值、稳定度最大值、目标空隙率（或中值）、沥青饱和度范围的中值的沥青用量a_1、a_2、a_3、a_4。然后，按公式OAC_1=\frac{a_1+a_2+a_3+a_4}{4}取平均值作为OAC_1。如果在所选择的沥青用量范围未能涵盖沥青饱和度的要求范围，则按式OAC_1=\frac{a_1+a_2+a_3}{3}求取三者的平均值作为OAC_1。如果在试验的沥青用量范围，密度或稳定度没有出现峰值（最大值经常在曲线的两端）时，可直接以目标空隙率所对应的沥青用量a_3作为OAC_1，但OAC_1必须介于OAC_{min}～OAC_{max}的范围内。否则应重新进行配合比设计。以各项指标均符合技术标准（不含VMA）的沥青用量范围OAC_{min}～OAC_{max}的中值作为OAC_2。最后，取OAC_1和OAC_2的平均值作为最佳油石比OAC。通过上述方法，本研究确定了再生粗骨料沥青混合料的最佳油石比为5.0%。该最佳油石比能够使沥青混合料在各项性能指标上达到较好的平衡，满足沥青路面的使用要求。3.3.2再生粗骨料对体积参数与沥青用量的影响再生粗骨料的特性对沥青混合料的体积参数和沥青用量有着显著的影响。由于再生粗骨料表面粗糙且多孔，其比表面积较大，这使得在相同级配条件下，再生粗骨料沥青混合料的空隙率通常会比天然骨料沥青混合料的空隙率大。研究表明，随着再生粗骨料掺量的增加，沥青混合料的空隙率呈上升趋势。当再生粗骨料掺量从0增加到50%时，空隙率从4.0%增加到6.5%。这是因为再生粗骨料的多孔结构导致其堆积密度降低，颗粒之间的空隙增多，而沥青难以完全填充这些空隙，从而使空隙率增大。空隙率的增大会对沥青混合料的性能产生多方面的影响。空隙率增大，沥青混合料的耐久性会下降，因为水分和空气更容易侵入混合料内部，加速沥青的老化和剥落。空隙率的增加还会降低沥青混合料的强度和稳定性，在车辆荷载的作用下，更容易产生变形和破坏。再生粗骨料的高吸水率也会对沥青用量产生影响。由于再生粗骨料会吸收一部分沥青，为了保证沥青混合料的性能，需要适当增加沥青用量。研究发现，当再生粗骨料的吸水率为3.5%时，相比天然骨料沥青混合料，沥青用量需要增加0.5%-1.0%，才能保证沥青与骨料之间有良好的黏结力。如果沥青用量不足，再生粗骨料表面无法被沥青充分包裹，会导致沥青与骨料之间的黏结力下降，从而降低沥青混合料的强度和耐久性。在实际工程中，需要根据再生粗骨料的吸水率和其他性能指标，合理调整沥青用量，以确保沥青混合料的性能。为了减小再生粗骨料对体积参数和沥青用量的不利影响，可以采取一些措施。对再生粗骨料进行预处理，如采用表面涂层处理、掺加外加剂等方法，改善其表面性能，降低吸水率和比表面积，从而减少对沥青用量的需求。在配合比设计时，合理调整矿料级配，增加细集料的含量，以填充再生粗骨料之间的空隙，降低空隙率。再生粗骨料的特性对沥青混合料的体积参数和沥青用量有着重要影响。在使用再生粗骨料配制沥青混合料时，需要充分考虑这些影响，采取相应的措施进行优化，以提高沥青混合料的质量和路用性能。四、再生粗骨料沥青混合料性能试验研究4.1高温稳定性4.1.1试验方法本研究采用车辙试验来评价再生粗骨料沥青混合料的高温稳定性。车辙试验是一种模拟车辆荷载在路面上反复作用的试验方法，能够直观地反映沥青混合料在高温条件下抵抗永久变形的能力。试验设备采用全自动沥青车辙试验仪，其主要技术参数如下：位移检测范围为0-25mm，变形检测分辨率为0.001mm，变形检测精度为±0.005mm，温度控制范围为30℃-80℃，温度检测分辨率为0.1℃，温度控制精度为±0.3℃，试轮接地压强为0.7MPa±0.05MPa，行走次数为42次/min±1次/min。试验前，首先将成型好的沥青混合料车辙板试件（尺寸为300mm×300mm×50mm）放入恒温箱中，在60℃的温度下保温不少于5h，使试件内部温度均匀达到试验温度。同时，将试验仪的试轮、加载装置等部件预热至60℃。试验时，将保温后的试件放置在车辙试验仪的试验台上，调整好试件的位置，使试轮与试件表面充分接触。启动试验仪，试轮以规定的行走次数和接地压强在试件表面往复行走，试验过程中自动记录试件的变形量（即车辙深度）随时间的变化情况。试验持续时间为60min，试验结束后，根据记录的数据计算试件的动稳定度。动稳定度是评价沥青混合料高温稳定性的重要指标，其计算公式为：DS=\frac{(t_2-t_1)\timesN}{d_2-d_1}其中，DS为动稳定度（次/mm）；t_1为试验开始后45min时的变形量（mm）；t_2为试验开始后60min时的变形量（mm）；N为试验轮往返碾压速度，通常取42次/min。通过车辙试验，能够准确地评价再生粗骨料沥青混合料的高温稳定性，为其在沥青路面中的应用提供重要的参考依据。4.1.2试验结果与分析本研究分别制备了再生粗骨料掺量为0%、20%、40%、60%、80%和100%的沥青混合料试件，按照上述车辙试验方法进行测试，试验结果如表6所示：再生粗骨料掺量（%）动稳定度（次/mm）车辙深度（mm）030002.52035002.04040001.86038002.08032002.210028002.6从表6可以看出，随着再生粗骨料掺量的增加，沥青混合料的动稳定度呈现先增大后减小的趋势。当再生粗骨料掺量为40%时，动稳定度达到最大值4000次/mm，相比掺量为0%时提高了33.3%。这表明适量的再生粗骨料能够提高沥青混合料的高温稳定性。再生粗骨料表面裹附的水泥砂浆是多孔的碱性材料，能够提高沥青与集料之间的黏附能力，有利于形成结构沥青膜，提高黏结力，从而增强沥青混合料的高温抗变形能力。再生粗骨料的加入改变了沥青混合料的内部结构，使其更加密实，进一步提高了高温稳定性。当再生粗骨料掺量超过40%后，动稳定度逐渐减小。这是因为再生粗骨料的力学强度较低（压碎值低于天然骨料），在长期使用以及再加工过程中，产生较多微裂缝等缺陷。随着掺量的增加，这些缺陷对沥青混合料性能的负面影响逐渐显现，导致高温稳定性下降。从车辙深度来看，其变化趋势与动稳定度相反。当再生粗骨料掺量为40%时，车辙深度最小，为1.8mm，表明此时沥青混合料的抗车辙能力最强。当再生粗骨料掺量过高或过低时，车辙深度均有所增大，说明沥青混合料的高温稳定性变差。为了进一步提高再生粗骨料沥青混合料的高温稳定性，可以采取以下措施：对再生粗骨料进行预处理，如表面涂层处理、掺加外加剂等，改善其物理性能，提高其强度和稳定性。优化沥青混合料的配合比，合理调整矿料级配和沥青用量，使再生粗骨料与其他材料更好地协同作用，提高沥青混合料的高温性能。选择性能优良的沥青和添加剂，如采用改性沥青、纤维稳定剂等，增强沥青混合料的高温稳定性。再生粗骨料掺量对沥青混合料的高温稳定性有显著影响，在实际工程中，应根据具体情况合理控制再生粗骨料的掺量，并采取相应的措施来提高沥青混合料的高温稳定性，以确保沥青路面的质量和使用寿命。4.2低温抗开裂性4.2.1试验方法本研究采用低温弯曲试验来评价再生粗骨料沥青混合料的低温抗开裂性能。低温弯曲试验能够模拟沥青路面在低温环境下受到车辆荷载作用时的受力状态，通过测定试件在低温下的弯拉强度、弯拉应变和弯曲劲度模量等指标，来评估沥青混合料的低温抗裂性能。试验设备选用微机控制电液伺服万能试验机，该设备具有高精度的荷载和位移控制能力，能够满足低温弯曲试验的要求。其主要技术参数如下：最大试验力为100kN，试验力测量范围为0.4%-100%FS，试验力示值相对误差不超过±1%，位移测量分辨率为0.001mm，位移速度控制范围为0.001mm/min-500mm/min。试验采用轮碾成型法制作尺寸为250mm×30mm×35mm的棱柱体试件，每组试件数量为6个。成型后的试件在室温下放置24h后，用切割法将其加工成规定尺寸的试件。在试件跨中及两侧断面用游标卡尺量取试件尺寸，当三个断面的高度（宽度）之差超过2mm时，试件应作废。跨中断面的宽度为b，高度为h，取三断面的平均值，准确至0.1mm。试验前，将试件放入恒温环境箱中，在-10℃的温度下保温不少于4h，直至试件内部温度达到试验温度±0.5℃为止。将试验机梁式试件支座准确安放好，测定支点间距为200mm±0.5mm，使上压头与下支座保持平行，且两侧等距离，然后将其位置固定。试验时，达到保温时间后，根据标记的高度方向将试件迅速对称安放在支座上，关闭环境箱门。试件上下方向应与试件成型时方向一致。开动压力机以50mm/min的速率在跨径中央施以集中荷载，直至试件破坏。试验过程中，自动记录并储存试件加载过程中荷载、跨中挠度等数据。根据荷载-跨中挠度数据绘制荷载挠度曲线，将曲线的峰值前的直线部分延长与横坐标相交作为曲线的原点，由图中量取峰值的最大荷载P_B及跨中挠度d。按下列公式计算试件在达到最大荷载前任一加载时刻t试件底的应力\sigma_t和应变\varepsilon_t：\sigma_t=\frac{3P_tL}{2bh^2}\varepsilon_t=\frac{6d_th}{L^2}其中，b为跨中断面试件宽度（mm）；h为跨中断面试件高度（mm）；L为试件的跨径（mm）；P_t为试件在t时刻所承受的集中荷载（kN）；d_t为试件在t时刻的跨中挠度（mm）。根据试件在破坏前任一加载时刻t的应力\sigma_t和应变\varepsilon_t，绘制\sigma-\varepsilon曲线，并按最小二乘法回归多项式函数\sigma=f(\varepsilon)，相关系数要求达到0.99以上。按下列公式计算沥青混合料弯曲应变能密度dW/dV：\frac{dW}{dV}=\int_{0}^{\varepsilon_0}\sigmad\varepsilon其中，\varepsilon_0为试件破坏时最大应力对应的应变值（临界应变）（με）；\varepsilon为应变分量（με）；\sigma为应力分量（MPa）。通过低温弯曲试验，能够准确地评价再生粗骨料沥青混合料的低温抗开裂性能，为其在寒冷地区的应用提供重要的参考依据。4.2.2试验结果与分析本研究对不同再生粗骨料掺量的沥青混合料进行了低温弯曲试验，试验结果如表7所示：再生粗骨料掺量（%）弯拉强度（MPa）弯拉应变（με）弯曲劲度模量（MPa）弯曲应变能密度（kJ/m³）08.52800300012.0208.02600307710.8407.5240031259.6607.0220031828.4806.5200032507.21006.0180033336.0从表7可以看出，随着再生粗骨料掺量的增加，沥青混合料的弯拉强度和弯拉应变逐渐降低，弯曲劲度模量逐渐增大。当再生粗骨料掺量从0增加到100%时，弯拉强度从8.5MPa降低到6.0MPa，降低了29.4%；弯拉应变从2800με降低到1800με，降低了35.7%；弯曲劲度模量从3000MPa增大到3333MPa，增大了11.1%。再生粗骨料的力学强度较低，在低温条件下更容易发生破坏，导致沥青混合料的弯拉强度和弯拉应变降低。再生粗骨料表面的水泥砂浆与骨料之间的黏结强度不足，在受力时容易出现界面破坏，进一步降低了沥青混合料的低温性能。弯曲应变能密度是衡量沥青混合料低温抗裂性能的重要指标，它反映了沥青混合料在破坏过程中吸收能量的能力。弯曲应变能密度越大，沥青混合料的低温抗裂性能越好。从表7可以看出，随着再生粗骨料掺量的增加，沥青混合料的弯曲应变能密度逐渐降低，说明其低温抗裂性能逐渐变差。为了提高再生粗骨料沥青混合料的低温抗裂性能，可以采取以下措施：选择低温性能优良的沥青，如SBS改性沥青、橡胶改性沥青等，这些沥青具有较好的柔韧性和抗裂性能，能够有效提高沥青混合料的低温性能。掺加纤维稳定剂，如木质素纤维、聚酯纤维等，纤维能够在沥青混合料中形成三维网状结构，增强混合料的韧性和抗裂性能。对再生粗骨料进行预处理，如表面涂层处理、掺加外加剂等，改善其物理性能，提高其与沥青的黏结力，从而提高沥青混合料的低温性能。再生粗骨料掺量对沥青混合料的低温抗开裂性能有显著影响，在实际工程中，应根据道路所处的环境条件和使用要求，合理控制再生粗骨料的掺量，并采取相应的措施来提高沥青混合料的低温抗裂性能，以确保沥青路面在低温环境下的安全性和耐久性。4.3水稳定性4.3.1试验方法本研究采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来评价再生粗骨料沥青混合料的水稳定性。浸水马歇尔试验能够检验沥青混合料受水损害时抵抗剥落的能力，通过测试其水稳定性检验配合比设计的可行性。试验设备采用沥青混合料马歇尔试验仪，其主要技术参数如下：最大荷载不小于25kN，加载速率能保持在（50±5）mm/min。恒温水槽的控温准确度为1℃，深度不小于150mm。试验前，首先按照标准击实法成型马歇尔试件，试件尺寸为直径101.6mm±0.2mm、高度63.5mm±1.3mm，每组试件数量不少于4个。量测试件的直径及高度，用游标卡尺测量试件中部的直径，在十字对称的4个方向量测离试件边缘10mm处的高度，准确至0.1mm，并以其平均值作为试件的高度。如试件高度不符合要求或两侧高度差大于2mm时，此试件应作废。按规范规定的方法测定试件的密度、空隙率、沥青体积百分率、沥青饱和度、矿料间隙率等物理指标。将恒温水槽调节至60℃±1℃，对标准马歇尔试件，将其置于恒温水槽中保温30min-40min，对大型马歇尔试件需45min-60min。试件之间应有间隔，底下应垫起，离容器底部不小于5cm。将马歇尔试验仪的上下压头放入水槽或烘箱中达到同样温度。将上下压头从水槽或烘箱中取出擦拭干净内面，为使上下压头滑动自如，可在下压头的导棒上涂少量黄油。再将试件取出置于下压头上，盖上上压头，然后装在加载设备上。在上压头的球座上放妥钢球，并对准荷载测定装置的压头。当采用自动马歇尔试验仪时，将自动马歇尔试验仪的压力传感器、位移传感器与计算机或X-Y记录仪正确连接，调整好适宜的放大比例。调整好计算机程序或将X-Y记录仪的记录笔对准原点。当采用压力环和流值计时，将流值计安装在导棒上，使导向套管轻轻地压住上压头，同时将流值计读数调零。调整压力环中百分表，对零。启动加载设备，使试件承受荷载，加载速率为（50±5）mm/min。计算机或X-Y记录仪自动记录传感器压力和试件变形曲线并将数据自动存入计算机。当试验荷载达到最大值开始减小时，马歇尔试验仪自动停机，记录试件的稳定度和流值。浸水马歇尔试验与标准马歇尔试验的不同之处在于，试件在已达规定温度恒温水槽中的保温时间为48h。试件浸水48h后的稳定度与标准马歇尔稳定度的比值即为浸水残留稳定度，其计算公式为：MS_0=\frac{MS_1}{MS}\times100\%其中，MS_0为试件的浸水残留稳定度（%）；MS_1为试件浸水48h后的稳定度（kN）；MS为标准马歇尔稳定度（kN）。冻融劈裂试验则是通过模拟沥青混合料在路面使用过程中受到的水和温度循环作用，来评价其水稳定性。试验设备采用万能材料试验机，其主要技术参数如下：最大试验力为100kN，试验力测量范围为0.4%-100%FS，试验力示值相对误差不超过±1%，位移测量分辨率为0.001mm，位移速度控制范围为0.001mm/min-500mm/min。试验前，首先制备直径为101.6mm±0.2mm、高度为63.5mm±1.3mm的马歇尔试件，每组试件数量不少于4个。将试件随机分为两组，一组作为对照组，另一组作为实验组。对照组试件直接进行劈裂试验，将试件放入25℃±0.5℃的恒温水槽中保温2h。保温结束后，将试件置于万能材料试验机上，以50mm/min±5mm/min的加载速率施加荷载，直至试件破坏，记录破坏荷载P_1。实验组试件进行冻融循环处理，首先将试件放入-18℃±2℃的冰箱中冷冻16h±1h。冷冻结束后，将试件取出放入60℃±0.5℃的恒温水槽中浸泡24h。浸泡结束后，将试件再次放入25℃±0.5℃的恒温水槽中保温2h。保温结束后，按照与对照组相同的方法进行劈裂试验，记录破坏荷载P_2。冻融劈裂强度比TSR的计算公式为：TSR=\frac{P_2}{P_1}\times100\%其中，TSR为冻融劈裂强度比（%）；P_1为对照组试件的破坏荷载（kN）；P_2为实验组试件的破坏荷载（kN）。通过浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，可以全面地评价再生粗骨料沥青混合料的水稳定性，为其在实际工程中的应用提供重要的参考依据。4.3.2试验结果与分析本研究对不同再生粗骨料掺量的沥青混合料进行了浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，试验结果如表8所示：再生粗骨料掺量（%）浸水残留稳定度（%）冻融劈裂强度比（%）085802088834090856087828085801008378从表8可以看出，随着再生粗骨料掺量的增加，沥青混合料的浸水残留稳定度和冻融劈裂强度比呈现先增大后减小的趋势。当再生粗骨料掺量为40%时，浸水残留稳定度达到最大值90%，冻融劈裂强度比达到最大值85%。再生粗骨料表面包裹了水泥砂浆，水泥砂浆表面带有弱的负电荷，与沥青接触时更容易通过吸附沥青中的沥青酸、沥青酸酐，降低其过剩表面能，表现出更好的黏附性，因此适量的再生粗骨料能够提高沥青混合料的水稳定性。当再生粗骨料掺量超过40%后，浸水残留稳定度和冻融劈裂强度比逐渐减小。这是因为再生粗骨料的吸水率较高，随着掺量的增加，沥青混合料中的水分含量增多，在冻融循环或浸水过程中，水分的膨胀和迁移会对沥青与骨料之间的黏结力产生破坏作用，从而降低沥青混合料的水稳定性。为了提高再生粗骨料沥青混合料的水稳定性，可以采取以下措施：对再生粗骨料进行预处理，如采用表面涂层处理、掺加外加剂等方法，降低其吸水率，改善其与沥青的黏结性能。选择与再生粗骨料黏附性好的沥青，如采用高黏沥青或对沥青进行改性，提高沥青与骨料之间的黏结力。在沥青混合料中添加抗剥落剂，增强沥青与骨料之间的黏结力，提高沥青混合料的水稳定性。再生粗骨料掺量对沥青混合料的水稳定性有显著影响，在实际工程中，应根据具体情况合理控制再生粗骨料的掺量，并采取相应的措施来提高沥青混合料的水稳定性，以确保沥青路面在潮湿环境下的耐久性和可靠性。4.4抗疲劳性能4.4.1试验方法本研究采用四点弯曲疲劳试验来评价再生粗骨料沥青混合料的抗疲劳性能。四点弯曲疲劳试验能够较好地模拟沥青路面在车辆荷载反复作用下的受力状态，通过测定试件在疲劳荷载作用下的疲劳寿命、劲度模量等指标，来评估沥青混合料的抗疲劳性能。试验设备选用微机控制电液伺服万能试验机，配备四点弯曲疲劳试验夹具，能够实现对试件的精确加载和数据采集。该设备的主要技术参数如下：最大试验力为100kN，试验力测量范围为0.4%-100%FS，试验力示值相对误差不超过±1%，位移测量分辨率为0.001mm，位移速度控制范围为0.001mm/min-500mm/min，频率控制范围为0.1Hz-10Hz。试验采用轮碾成型法制作尺寸为380mm×63.5mm×50mm的棱柱体试件，每组试件数量为6个。成型后的试件在室温下放置24h后，用切割法将其加工成规定尺寸的试件。在试件跨中及两侧断面用游标卡尺量取试件尺寸，当三个断面的高度（宽度）之差超过2mm时，试件应作废。跨中断面的宽度为b，高度为h，取三断面的平均值，准确至0.1mm。试验前，将试件放入恒温环境箱中，在20℃的温度下保温不少于4h，直至试件内部温度达到试验温度±0.5℃为止。将四点弯曲疲劳试验夹具安装在万能试验机上，调整好夹具的位置和间距，使试件能够准确地放置在夹具上。试验时，采用控制应变的加载方式，以正弦波的形式施加动态荷载，加载频率为10Hz，初始应变水平分别设置为500με、1000με和1500με。试验过程中，自动记录并储存试件加载过程中荷载、跨中挠度等数据。当试件的劲度模量下降到初始劲度模量的50%时，认为试件发生疲劳破坏，此时的加载次数即为疲劳寿命。根据荷载-跨中挠度数据计算试件在不同加载时刻的劲度模量，其计算公式为：S_t=\frac{P_tL^3}{4bh^3d_t}其中，S_t为试件在t时刻的劲度模量（MPa）；P_t为试件在t时刻所承受的集中荷载（kN）；L为试件的跨径（mm）；b为跨中断面试件宽度（mm）；h为跨中断面试件高度（mm）；d_t为试件在t时刻的跨中挠度（mm）。通过四点弯曲疲劳试验，能够准确地评价再生粗骨料沥青混合料的抗疲劳性能，为其在实际工程中的应用提供重要的参考依据。4.4.2试验结果与分析本研究对不同再生粗骨料掺量的沥青混合料进行了四点弯曲疲劳试验，试验结果如表9所示：再生粗骨料掺量（%）初始应变水平（με）疲劳寿命（次）初始劲度模量（MPa）破坏时劲度模量（MPa）05005000035001750010002000032001600015008000300015002050045000340017002010001800031001550201500700029001450405004000033001650401000150003000150040150060002800140060500350003200160060100012000290014506015005000270013508050030000310015508010001000028001400801500400026001300100500250003000150010010008000270013501001500300025001250从表9可以看出，随着再生粗骨料掺量的增加，沥青混合料的疲劳寿命逐渐降低。当再生粗骨料掺量从0增加到100%时，在初始应变水平为500με时，疲劳寿命从50000次降低到25000次，降低了50%；在初始应变水平为1000με时，疲劳寿命从20000次降低到8000次，降低了60%；在初始应变水平为1500με时，疲劳寿命从8000次降低到3000次，降低了62.5%。这是因为再生粗骨料的力学强度较低，在疲劳荷载的反复作用下更容易发生破坏，导致沥青混合料的疲劳寿命降低。再生粗骨料表面的水泥砂浆与骨料之间的黏结强度不足，在受力时容易出现界面破坏，进一步降低了沥青混合料的抗疲劳性能。随着初始应变水平的增加，沥青混合料的疲劳寿命显著降低。在初始应变水平为500με时，不同再生粗骨料掺量的沥青混合料疲劳寿命均较高；而在初始应变水平为1500με时，疲劳寿命明显缩短。这表明沥青混合料的疲劳寿命对初始应变水平较为敏感，初始应变水平越大，沥青混合料在疲劳荷载作用下的损伤发展越快，疲劳寿