现场热再生沥青路面低温性能的多维度试验与优化策略研究

现场热再生沥青路面低温性能的多维度试验与优化策略研究一、引言1.1研究背景与意义1.1.1研究背景随着我国交通事业的蓬勃发展，道路建设规模不断扩大。截至[具体年份]，全国公路总里程已达[X]万公里，其中沥青路面占据相当大的比例。然而，沥青路面在长期的车辆荷载作用以及自然环境因素（如温度变化、雨水侵蚀、紫外线照射等）的影响下，不可避免地会出现各种病害，如裂缝、车辙、坑槽等，这不仅降低了路面的平整度和行驶舒适性，还影响了道路的使用寿命和交通安全。据统计，每年我国因道路病害需要进行养护维修的里程数以百万公里计，道路养护需求呈现出快速增长的趋势。在道路养护过程中，传统的铣刨重铺等方式会产生大量的废弃沥青混合料。这些废弃料如果得不到妥善处理，不仅会占用大量的土地资源，还会对环境造成严重的污染。同时，新沥青和骨料的开采与使用，也会消耗大量的自然资源，并带来较高的经济成本。因此，如何有效地回收利用废弃沥青混合料，实现资源的循环利用，成为道路养护领域亟待解决的问题。现场热再生技术应运而生，作为一种先进的道路养护技术，它具有诸多显著优势。现场热再生技术能够100%利用旧路面材料，避免了废弃沥青混合料的大量产生，从源头上减少了对环境的污染，符合可持续发展的理念。同时，由于无需大量运输新的沥青和骨料，大大降低了材料的采购和运输成本，具有明显的经济效益。此外，该技术施工速度快，对交通的干扰小，能够在较短的时间内恢复道路的正常使用，减少了因道路施工对交通造成的拥堵和不便。然而，目前对于现场热再生沥青路面的研究，主要集中在其高温稳定性、水稳定性等方面，对其低温性能的研究相对较少。在我国北方寒冷地区以及一些高海拔地区，冬季气温极低，沥青路面在低温环境下容易出现收缩开裂等问题。现场热再生沥青路面由于使用了旧沥青混合料，其低温性能可能受到旧料性能、再生剂添加、施工工艺等多种因素的影响，与常规沥青路面存在差异。如果不能充分了解和掌握现场热再生沥青路面的低温性能，在实际工程应用中，就可能导致路面在低温季节出现严重的开裂病害，降低路面的使用寿命，增加后期的养护成本。因此，开展现场热再生沥青路面低温性能的试验研究具有重要的现实意义和迫切性。1.1.2研究意义本研究对现场热再生沥青路面低温性能展开试验研究，在理论与实际应用层面均具有重要意义。从理论层面来看，目前关于现场热再生沥青路面的低温性能研究尚不完善，相关的理论体系和评价方法有待进一步充实。通过本研究，深入分析现场热再生沥青混合料在低温条件下的力学特性、变形行为以及破坏机理，明确各种因素（如旧料掺量、再生剂种类与用量、改性剂添加等）对其低温性能的影响规律，有助于丰富和完善现场热再生沥青路面的材料学理论和路用性能评价体系，为该技术在不同气候条件下的推广应用提供坚实的理论基础。在实际应用方面，本研究成果能为现场热再生沥青路面的设计、施工和养护提供科学的技术参考。在路面设计阶段，依据研究得到的低温性能指标和影响因素，可优化混合料的配合比设计，合理选择原材料和添加剂，从而提高路面的低温抗裂性能，减少低温开裂病害的发生。在施工过程中，根据研究结论制定科学合理的施工工艺和质量控制标准，确保现场热再生沥青路面的施工质量，提高路面的服役性能。在道路养护阶段，准确掌握现场热再生沥青路面的低温性能变化规律，有助于及时发现路面的早期病害，采取有效的预防性养护措施，延长路面的使用寿命，降低养护成本。此外，本研究对于推动现场热再生技术在我国寒冷地区的广泛应用，促进道路养护行业的绿色、可持续发展具有积极的促进作用，有助于实现资源的高效利用和环境保护的双重目标。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状国外对沥青路面再生技术的研究起步较早，早在1915年，美国就率先认识到利用再生现有沥青路面材料进行路面修复的重要性，不过在后续一段时间里，相关研究进展缓慢。直至20世纪70年代石油危机爆发，出于对资源有效利用和环境保护的考量，沥青路面再生技术才引发了广泛关注，众多国家纷纷开展深入研究，并取得了一系列成果。在现场热再生技术设备研发方面，德国凭借其强大的机械制造能力，开发出了乳化沥青冷再生、就地热再生等大型设备，为该技术的推广应用提供了有力的硬件支持。从20世纪70年代起，德国、加拿大、芬兰和意大利等欧洲国家积极开展沥青路面再生试验，并获得了良好的应用效果。其中，德国在1978年便已实现对全部回收沥青路面材料（RAP）的再利用，成为世界上较早大规模应用沥青路面再生技术的国家之一。芬兰则十分重视旧路面材料的收集和储存工作，几乎所有城镇都组织开展了相关活动，为再生技术的实施提供了充足的原材料。法国也在高速公路和一些重交通道路的路面修复工程中大力推广应用该技术，不断积累实践经验。在现场热再生沥青路面低温性能研究领域，国外学者开展了大量富有成效的工作。[学者姓名1]通过对不同RAP掺量的现场热再生沥青混合料进行低温弯曲试验，深入分析了RAP掺量对混合料低温性能的影响。研究结果表明，随着RAP掺量的增加，混合料的低温弯曲应变逐渐减小，低温劲度模量逐渐增大，这意味着混合料的低温抗裂性能有所下降。[学者姓名2]研究了再生剂和改性剂对现场热再生沥青混合料低温性能的影响机制。研究发现，添加合适的再生剂能够有效改善旧沥青的性能，使其恢复部分活性，从而提高混合料的低温性能；而改性剂的加入则可以进一步增强沥青的弹性和韧性，显著提升混合料的低温抗裂性能。此外，[学者姓名3]运用有限元模拟的方法，对现场热再生沥青路面在低温环境下的温度场和应力场进行了模拟分析，揭示了路面在低温条件下的受力特性和开裂机理，为路面的设计和施工提供了重要的理论依据。1.2.2国内研究现状我国对公路沥青路面再生技术的研究起步相对较晚。在20世纪50-70年代，虽在一定程度上利用过旧沥青材料，但主要用于轻交通道路、人行道或道路的垫层，应用范围较为有限。1983年，建设部下达“废旧沥青混合料再生利用”研究项目，标志着我国对沥青路面再生技术的系统研究正式开启。1991年，我国颁布《热拌再生沥青混合料路面及验收规程》，为再生技术的规范化应用提供了初步指导。此后，一些大学及科研机构围绕再生路面混合料路用性能、施工技艺等方面展开深入研究，取得了一定成果。2002年9月至2003年底，我国先后从国外引进4个国家的8套就地热再生成套设备，这极大地推动了现场热再生技术在国内的发展。此后，国产就地热再生设备陆续涌现。截至2009年，我国就地热再生使用面积已超过700万㎡，应用规模不断扩大。2010年，湖南省全面推广就地热再生技术，并取得了良好效果；2013年，福建省将就地热再生技术列为重点推广技术，并对英达就地热再生技术优势进行了论证，进一步促进了该技术在国内的普及。在低温性能研究方面，国内学者也进行了诸多探索。[学者姓名4]以国道102线就地热再生项目为依托，对现场热再生混合料的低温性能展开研究。通过老化试验和低温劈裂试验，对比分析了老化及新料、再生剂、改性剂的添加对再生混合料低温性能的影响。研究发现，老化会显著降低沥青混合料的低温性能，而再生剂和改性剂的合理添加则有助于改善混合料的低温性能。[学者姓名5]针对季冻区的厂拌热再生沥青混合料，选取低温小梁试验的断裂能和冻融循环后的断裂能比指标进行评价，综合分析了RAP掺量、级配、油石比、沥青种类和老化程度等参量对低温性能的影响。研究表明，级配、掺量和油石比等因素对低温抗裂性和抗冻性能均有显著影响，并提出了基于低温性能的新型配合比设计方法，为提高再生沥青混合料的低温性能提供了新的思路。[学者姓名6]通过对现场不同裂缝间距段落的芯样进行半圆弯曲试验（SCB）和抽提沥青弯曲梁流变试验（BBR），建立了沥青路面开裂间距与沥青混合料断裂能、断裂韧性、劲度模量等指标的关系，提出采用SCB试验的断裂能作为混合料低温性能的评价指标更为合理，丰富了沥青混合料低温性能评价方法。1.2.3研究现状总结与不足国内外学者针对现场热再生沥青路面技术开展了广泛研究，在技术发展、设备研发、混合料性能等方面取得了丰硕成果。然而，目前关于现场热再生沥青路面低温性能的研究仍存在一些不足之处。首先，研究的系统性有待加强。现有的研究大多侧重于单一因素对低温性能的影响，缺乏对多种因素综合作用的系统分析。例如，在考虑旧料掺量、再生剂和改性剂添加的同时，较少研究它们之间的交互作用对低温性能的影响。其次，试验研究方法的标准化程度不高。不同研究采用的试验方法、评价指标和试验条件存在差异，导致研究结果之间缺乏可比性，难以形成统一的评价标准和设计方法。此外，对现场热再生沥青路面在实际服役过程中的低温性能演变规律研究较少。路面在长期的交通荷载和自然环境作用下，其低温性能会发生变化，但目前相关的长期性能研究还比较匮乏。最后，针对不同地区气候特点和交通条件的个性化研究不足。我国地域辽阔，气候条件和交通状况差异较大，现有的研究成果难以满足不同地区的实际工程需求。因此，有必要进一步深入开展现场热再生沥青路面低温性能的研究，完善相关理论和技术体系，以推动该技术在我国的广泛应用。1.3研究内容与方法1.3.1研究内容本研究旨在全面深入地探究现场热再生沥青路面的低温性能，具体研究内容涵盖以下几个关键方面：现场热再生沥青混合料的制备及其物理性能测试：收集不同来源、不同老化程度的旧沥青混合料，详细分析其级配组成、沥青含量、沥青老化程度等基本特性。依据相关规范和已有研究成果，设计不同配合比的现场热再生沥青混合料，确定新沥青、再生剂、改性剂以及新骨料的合理添加量。在实验室中，利用小型现场热再生模拟设备，按照既定的配合比制备再生沥青混合料试件。对制备好的试件进行一系列物理性能测试，包括密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度等指标的测定，以全面了解再生沥青混合料的物理特性，为后续的力学性能测试和低温性能分析奠定基础。现场热再生沥青混合料在不同低温下的力学性能测试：采用低温小梁弯曲试验，将制备好的小梁试件置于低温环境箱中，在-10℃、-15℃、-20℃等不同的低温条件下保温一定时间，使其达到热平衡状态。然后，利用万能材料试验机对试件施加三分点加载，记录试件在加载过程中的荷载-变形曲线，直至试件破坏。通过对试验数据的分析，计算出试件的抗弯拉强度、破坏应变、劲度模量等力学性能指标，以此评价再生沥青混合料在不同低温下的弯曲性能。进行低温劈裂试验，将圆柱体试件同样在设定的低温条件下保温，采用劈裂加载方式，测定试件的劈裂强度和劈裂应变，分析再生沥青混合料在低温下的抗拉性能。开展低温蠕变试验，对试件施加恒定的低温和荷载，记录试件的变形随时间的变化情况，获取蠕变柔量、蠕变速率等蠕变性能参数，深入研究再生沥青混合料在低温长期荷载作用下的变形特性。分析不同实验条件下现场热再生沥青混合料低温性能影响因素：选取旧料掺量、再生剂种类与用量、改性剂种类与用量、新沥青标号等作为主要影响因素，设计多因素多水平的正交试验方案。通过上述的力学性能测试，分析各因素及其交互作用对现场热再生沥青混合料低温性能的影响程度，找出影响低温性能的关键因素。例如，研究旧料掺量的增加如何影响混合料的低温劲度模量和破坏应变；探讨不同再生剂对旧沥青性能的恢复效果以及对混合料低温性能的改善作用；分析改性剂的添加如何改变混合料的低温变形能力和抗裂性能等。考虑环境因素（如降温速率、冻融循环次数等）对现场热再生沥青混合料低温性能的影响。模拟实际道路在冬季的降温过程，研究不同降温速率对混合料内部温度应力和开裂性能的影响。通过进行多次冻融循环试验，分析冻融作用对混合料低温性能的劣化机制，为实际工程中的路面设计和养护提供更全面的依据。研究现场热再生沥青路面低温性能评价指标：对现有的沥青路面低温性能评价指标（如抗弯拉强度、破坏应变、劲度模量、断裂能等）进行系统分析，结合现场热再生沥青混合料的特点，筛选出适用于评价其低温性能的关键指标。通过对不同配合比和不同实验条件下的再生沥青混合料进行大量的性能测试，并与实际路面的低温开裂情况进行对比分析，建立评价指标与路面低温开裂性能之间的定量关系。例如，确定在某一评价指标下，现场热再生沥青路面在低温环境下能够满足抗裂要求的阈值，为现场热再生沥青路面的设计和质量控制提供科学合理的评价标准。探索采用先进的测试技术和分析方法（如数字图像相关技术、有限元模拟等），对现场热再生沥青混合料在低温下的损伤演化过程和裂缝扩展规律进行研究，进一步完善低温性能评价指标体系，使其能够更准确地反映路面的实际服役性能。探讨提高现场热再生沥青路面低温性能的措施：根据前面的研究结果，针对影响现场热再生沥青混合料低温性能的关键因素，提出切实可行的改善措施。如优化混合料配合比，合理调整旧料掺量、新沥青和再生剂的用量，选择合适的改性剂，以提高混合料的低温抗裂性能。研究不同的施工工艺（如加热温度、拌和时间、压实工艺等）对现场热再生沥青路面低温性能的影响，确定最佳的施工工艺参数，确保在施工过程中能够充分发挥混合料的低温性能优势。考虑在混合料中添加特殊的添加剂（如纤维、抗剥落剂等），分析添加剂对混合料低温性能的改善效果，探索新型添加剂在提高现场热再生沥青路面低温性能方面的应用潜力。通过室内试验和实际工程案例，对提出的改善措施进行验证和效果评估，不断优化和完善这些措施，为现场热再生沥青路面在低温地区的广泛应用提供技术保障。1.3.2研究方法为确保研究的全面性、科学性和准确性，本研究综合运用多种研究方法：文献研究法：广泛查阅国内外关于现场热再生沥青路面技术、沥青混合料低温性能、材料再生利用等方面的相关文献资料，包括学术期刊论文、学位论文、研究报告、行业标准规范等。通过对文献的梳理和分析，全面了解现场热再生沥青路面低温性能的研究现状、发展趋势以及存在的问题，明确本研究的切入点和创新点。同时，借鉴前人的研究方法和成果，为本研究提供理论支持和技术参考，避免重复研究，提高研究效率。室内试验法：室内试验是本研究的核心方法之一。在实验室中，按照相关标准和规范，进行现场热再生沥青混合料的制备和性能测试试验。通过严格控制试验条件，如原材料的选择和处理、配合比设计、试件成型方法、试验温度和加载速率等，确保试验结果的准确性和可靠性。利用先进的试验设备，如万能材料试验机、低温环境箱、旋转压实仪、沥青抽提仪等，对再生沥青混合料的物理性能、力学性能、低温性能等进行全面测试。通过对试验数据的整理、分析和对比，深入研究现场热再生沥青混合料在低温条件下的性能特点和变化规律，为后续的研究提供数据支撑。正交试验法：为了高效地分析多个因素对现场热再生沥青混合料低温性能的影响，采用正交试验法设计试验方案。根据研究目的和前期的文献调研，确定影响低温性能的主要因素（如旧料掺量、再生剂种类与用量、改性剂种类与用量等）和因素水平。利用正交表合理安排试验，减少试验次数，同时保证试验结果具有代表性和可靠性。通过对正交试验结果的极差分析和方差分析，确定各因素对低温性能的影响主次顺序以及因素之间的交互作用，找出影响低温性能的关键因素和最优因素组合，为优化混合料配合比和提高低温性能提供科学依据。案例分析法：选取实际的现场热再生沥青路面工程案例，对其施工过程、材料组成、路面结构设计以及使用效果进行跟踪调查和分析。通过现场检测（如路面平整度、破损状况、弯沉值等）和室内试验（对现场取芯试件进行性能测试），获取实际工程中现场热再生沥青路面的低温性能数据，并与实验室研究结果进行对比验证。分析实际工程中出现的问题和成功经验，进一步完善和优化研究成果，使其更具实际应用价值。同时，通过案例分析，为现场热再生沥青路面在不同地区、不同交通条件下的设计、施工和养护提供参考依据，推动该技术在实际工程中的广泛应用。1.4研究创新点本研究致力于突破现有研究的局限，在现场热再生沥青路面低温性能研究领域取得创新性成果，具体创新点如下：构建全新的低温性能评价指标体系：针对现有沥青路面低温性能评价指标的局限性，本研究结合现场热再生沥青混合料的独特性能特点，深入分析和筛选关键评价指标。通过大量的室内试验和实际工程验证，建立了一套更加科学、全面、准确的低温性能评价指标体系。该体系不仅考虑了传统的抗弯拉强度、破坏应变、劲度模量等指标，还引入了断裂能、断裂韧性、低温蠕变性能等指标，能够更真实地反映现场热再生沥青路面在低温环境下的力学行为和抗裂性能。同时，运用先进的数据分析方法和数学模型，建立评价指标与路面低温开裂性能之间的定量关系，为现场热再生沥青路面的设计、施工和质量控制提供了更为可靠的依据。创立基于低温性能的配合比设计方法：传统的沥青混合料配合比设计方法主要侧重于高温稳定性和水稳定性等性能，对低温性能的考虑相对不足。本研究以提高现场热再生沥青路面的低温性能为目标，充分考虑旧料掺量、再生剂种类与用量、改性剂种类与用量、新沥青标号等多种因素对低温性能的影响，运用正交试验设计、响应面分析等方法，系统研究各因素之间的交互作用规律。在此基础上，创立了基于低温性能的现场热再生沥青混合料配合比设计方法。该方法通过优化配合比参数，使混合料在低温环境下具有更好的抗裂性能和变形能力，为现场热再生技术在寒冷地区的应用提供了技术支撑。与传统配合比设计方法相比，基于本方法设计的混合料低温性能得到显著提升，有效降低了路面在低温季节的开裂风险。研发新型抗冻材料并应用于现场热再生：为进一步改善现场热再生沥青路面的低温性能，本研究积极探索新型抗冻材料的研发与应用。通过对多种材料的性能分析和试验研究，成功研发出一种具有优异抗冻性能的新型材料。该材料能够有效抑制沥青混合料在低温环境下的水分迁移和冰晶生长，提高混合料的抗冻融循环能力，从而显著改善路面的低温性能。将新型抗冻材料应用于现场热再生沥青路面施工中，通过实际工程案例验证了其有效性和可行性。与未添加抗冻材料的路面相比，添加新型抗冻材料的现场热再生沥青路面在低温环境下的开裂情况明显减少，路面的使用寿命得到延长，为寒冷地区道路养护提供了新的解决方案。二、现场热再生沥青混合料制备及物理性能测试2.1现场热再生沥青混合料制备工艺2.1.1旧沥青混合料预处理旧沥青混合料（RecycledAsphaltPavement，简称RAP）作为现场热再生沥青混合料的主要原材料，其质量和性能对再生混合料的性能有着至关重要的影响。在进行现场热再生沥青混合料制备之前，必须对回收的旧沥青混合料进行严格的预处理，以确保其符合再生要求，为后续的再生工艺提供可靠的基础。回收的旧沥青混合料中往往含有各种杂质，如泥土、石块、金属物以及其他杂物等。这些杂质的存在不仅会影响再生混合料的级配组成和沥青含量，还可能导致在后续的施工过程中对机械设备造成损坏，影响施工质量和效率。因此，去除杂质是旧沥青混合料预处理的首要步骤。通常采用筛分和清洗的方法来实现杂质的去除。首先，利用不同规格的筛网对旧沥青混合料进行初步筛分，将粒径较大的杂质如石块、金属物等筛除。然后，通过水洗设备对经过初步筛分的旧料进行清洗，去除其中的泥土和细小的杂物。水洗过程中，要严格控制水的用量和冲洗时间，以避免过度冲洗导致旧沥青混合料中的细集料流失，影响其级配组成。在水洗完成后，对旧料进行脱水处理，可采用自然晾干或机械烘干的方式，使旧沥青混合料的含水量降低到规定的范围内，一般要求含水量不超过1%。由于在道路使用过程中以及回收运输过程中的挤压等原因，旧沥青混合料可能会出现部分结块和较大颗粒的情况。这些结块和大颗粒会影响再生混合料的拌和均匀性和级配的准确性，因此需要对其进行破碎处理。破碎设备的选择应根据旧沥青混合料的特性和生产规模来确定，常用的破碎设备有颚式破碎机、反击式破碎机、圆锥破碎机等。在破碎过程中，要合理控制破碎设备的参数，如破碎比、进料速度、出料粒度等，以确保破碎后的旧沥青混合料颗粒大小符合要求，且不会过度破碎导致集料的棱角性和表面纹理受到破坏。一般来说，破碎后的旧沥青混合料最大粒径应满足再生混合料的级配要求，且颗粒形状应尽量保持规则，避免产生过多的针片状颗粒。为了使再生沥青混合料具有良好的路用性能，必须保证其级配符合相关规范和设计要求。因此，对破碎后的旧沥青混合料进行筛分，以确定其级配组成，并与目标级配进行对比分析。根据筛分结果，通过调整不同粒径范围的旧料比例，使其级配尽可能接近目标级配。如果旧沥青混合料的级配与目标级配差异较大，可能需要添加适量的新集料来进行调整。例如，当旧料中细集料含量不足时，可添加适量的新细集料；若粗集料含量过高，则可适当减少粗集料的比例或增加细集料的用量。在调整级配的过程中，要充分考虑旧料的特性和新集料的性能，确保两者能够良好地结合，形成稳定的混合料结构。旧沥青混合料的预处理是现场热再生沥青混合料制备过程中不可或缺的重要环节。通过去除杂质、破碎和筛分等预处理步骤，可以有效地保证旧沥青混合料的质量和性能的稳定性，为后续的再生剂与新沥青添加以及搅拌混合工艺提供优质的原材料，从而确保现场热再生沥青混合料的质量，提高现场热再生沥青路面的使用性能和寿命。2.1.2再生剂与新沥青添加在现场热再生沥青混合料制备过程中，再生剂与新沥青的添加是至关重要的环节，它们的添加比例直接影响着再生混合料的性能。由于旧沥青在长期的使用过程中，受到车辆荷载、紫外线照射、温度变化等因素的影响，会发生老化现象，导致其性能劣化，如针入度减小、延度降低、软化点升高、粘度增大等。为了恢复旧沥青的性能，使其能够满足再生混合料的使用要求，需要添加适量的再生剂。同时，根据旧沥青的老化程度和再生混合料的性能目标，可能还需要添加一定量的新沥青。再生剂的添加比例确定是一个复杂的过程，需要综合考虑多个因素。目前，确定再生剂掺量的方法主要有根据材料生产厂商的建议、基于针入度体系确定以及通过动态剪切流变试验确定等。《公路沥青路面再生技术规范》（JTGT5521-2019）等规范主要是基于针入度体系确定再生剂掺量，即研究黏度、针入度等指标随再生剂掺量的变化趋势，从而确定合适的再生剂掺量。通过动态剪切流变试验确定再生剂最佳掺量的方法，关键在于根据再生沥青的流变特性确定再生剂掺量。根据再生沥青的黏度或针入度编制调和图表，在此基础上确定最佳再生剂掺量。在实际工程中，首先要对旧沥青的老化程度进行准确评估，可通过测定旧沥青的针入度、延度、软化点等常规指标，以及采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、凝胶渗透色谱（GPC）等先进的分析技术，分析旧沥青的化学组成和微观结构变化，从而全面了解旧沥青的老化状况。然后，结合旧沥青的老化程度、再生剂的性能特点以及再生混合料的性能要求，通过试验确定再生剂的添加比例。一般来说，对于轻度老化的旧沥青，再生剂的掺量相对较低，通常在3%-5%之间；而对于重度老化的旧沥青，再生剂的掺量则需要适当提高，可能达到8%-12%。在确定再生剂掺量时，还需要考虑再生剂与旧沥青的兼容性，可通过小样试验，如离析试验、粘结性测试等，确保再生剂与旧沥青能够良好地相容，形成均匀稳定的体系。新沥青的添加比例同样需要谨慎确定。新沥青的标号选择原则上应与旧沥青一致，这样可以保证新旧沥青之间具有较好的相容性。然而，如果旧沥青老化严重，为了软化旧沥青，改善再生混合料的性能，可适当提高新沥青的标号，一般提高一级标号。新沥青的添加量主要取决于旧沥青的含量、老化程度以及再生混合料的目标性能。通过试验确定新沥青的最佳添加量，通常的做法是，首先根据经验或相关规范，初步确定新沥青添加量的范围。然后，在该范围内选取不同的添加量，制备多组再生沥青混合料试件。对这些试件进行一系列性能测试，包括马歇尔稳定度、流值、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度等物理性能指标，以及高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性等路用性能指标的测试。通过对测试结果的分析，综合考虑各项性能指标，确定新沥青的最佳添加量，使再生混合料的性能达到最优。再生剂与新沥青的添加比例对再生混合料的性能有着显著的影响。当再生剂掺量过低时，无法充分恢复旧沥青的性能，导致再生混合料的低温抗裂性能和抗疲劳性能较差；而再生剂掺量过高时，虽然能较好地恢复旧沥青性能，但可能会对再生混合料的高温稳定性产生不利影响，增加路面出现车辙等病害的风险。新沥青添加量不足，会使再生混合料的整体性能难以满足要求；添加量过多，则会造成资源浪费，增加成本，同时可能影响再生混合料的其他性能。因此，在现场热再生沥青混合料制备过程中，必须准确确定再生剂与新沥青的添加比例，通过科学合理的试验和分析，使再生混合料在满足各项性能要求的前提下，实现资源的高效利用和成本的有效控制。2.1.3搅拌与混合工艺搅拌与混合工艺是现场热再生沥青混合料制备的关键环节，其目的是使旧沥青混合料、再生剂、新沥青以及新集料等各组成成分充分均匀地混合，形成性能稳定、质量可靠的再生沥青混合料。该工艺的好坏直接影响着再生混合料的均匀性和性能，进而关系到现场热再生沥青路面的施工质量和使用性能。常用的搅拌设备有间歇式搅拌机和连续式搅拌机。间歇式搅拌机是按照一定的批次进行搅拌作业，每一批次的搅拌过程包括进料、搅拌、出料等环节。其优点是搅拌质量高，能够精确控制各原材料的配合比，对不同类型和性质的原材料适应性强，适用于生产高质量、多品种的再生沥青混合料。但间歇式搅拌机的生产效率相对较低，设备投资和运行成本较高。连续式搅拌机则是连续不断地进行搅拌作业，原材料按照设定的比例连续进入搅拌机，经过搅拌后连续出料。其优势在于生产效率高，适合大规模的生产作业，设备占地面积小，投资成本相对较低。然而，连续式搅拌机对原材料的稳定性要求较高，在控制配合比的精确性方面相对较弱。在实际工程中，应根据生产规模、原材料特性、再生混合料的质量要求以及成本等因素，合理选择搅拌设备。对于小规模的现场热再生工程，或者对再生混合料质量要求较高、原材料变化较大的情况，优先选用间歇式搅拌机；而对于大规模的连续生产工程，且原材料质量稳定的情况下，连续式搅拌机更为合适。在搅拌过程中，需要严格控制搅拌时间、温度和速度等参数。搅拌时间过短，各组成成分无法充分混合，会导致再生混合料的均匀性差，出现花白料等现象，影响混合料的性能；搅拌时间过长，则会增加能源消耗，可能导致沥青老化加剧，集料破碎等问题，同样对混合料性能产生不利影响。一般来说，搅拌时间应根据搅拌机的类型、容量以及原材料的特性等因素，通过试验确定，通常在60-120秒之间。搅拌温度对再生混合料的性能也至关重要。温度过低，沥青的流动性差，不利于各成分的均匀混合，同时可能导致再生剂与旧沥青之间的相互作用不充分，影响旧沥青性能的恢复；温度过高，会加速沥青的老化，降低沥青的性能，还可能引发火灾等安全隐患。搅拌温度应根据沥青的种类、再生剂的特性以及施工环境温度等因素合理确定，一般控制在150-180℃之间。搅拌速度也需要合理控制，速度过慢，搅拌效率低，难以实现各成分的快速均匀混合；速度过快，则可能产生过大的剪切力，导致集料破碎，沥青膜剥落等问题。搅拌速度通常根据搅拌机的类型和规格进行调整，一般在30-60转/分钟之间。搅拌与混合工艺对再生混合料的均匀性和性能有着显著影响。均匀性良好的再生混合料，其各组成成分分布均匀，能够充分发挥各自的作用，从而使混合料具有更好的力学性能和路用性能。例如，在高温稳定性方面，均匀的混合料结构能够有效抵抗车辆荷载的作用，减少车辙的产生；在低温抗裂性方面，均匀的混合可以保证沥青与集料之间的良好粘结，提高混合料的低温变形能力，降低路面开裂的风险。为了确保搅拌与混合工艺的质量，在实际生产过程中，应加强对搅拌设备的维护和管理，定期检查设备的运行状况，确保各参数的准确控制。同时，采用先进的检测技术，如在线检测系统，实时监测再生混合料的均匀性和性能指标，及时调整搅拌工艺参数，保证再生混合料的质量稳定可靠。2.2物理性能测试指标与方法2.2.1沥青含量测试沥青含量作为沥青混合料的关键参数，对混合料的性能起着决定性作用。准确测定沥青含量，是确保沥青混合料性能优良、满足工程需求的基础。目前，沥青含量的测试方法主要有离心分离法和燃烧法。离心分离法是一种常用的沥青含量测试方法，其原理基于沥青与矿料在有机溶剂中的溶解性差异。在试验过程中，首先将沥青混合料试样放入盛有三氯乙烯等有机溶剂的离心分离器中，通过长时间浸泡，使沥青充分溶解于溶剂之中，形成沥青、矿粉、三氯乙烯等成分的混合液。随后，启动离心机，在高速旋转产生的离心力作用下，混合液中的矿粉与沥青溶液实现分离。矿粉由于密度较大，会沉淀在离心分离器的底部；而沥青溶液则会通过排出口注入回收瓶中。为了确保沥青完全溶解和分离，需多次加入新溶剂进行重复清洗和离心操作，直至流出的抽提液呈清澈的淡黄色，表明沥青已被充分分离。最后，通过对分离后的矿粉和沥青溶液进行称重，并结合相关公式计算，即可得出沥青混合料中的沥青含量。这种方法的优点在于对设备要求相对较低，操作相对简便，且分离后的沥青可以回收利用，用于进一步的性能分析，如沥青的老化性质评定等。然而，该方法也存在一些局限性，由于使用了三氯乙烯等有机溶剂，这些溶剂具有一定的毒性和挥发性，对环境和操作人员的健康可能造成危害。同时，试验过程中溶剂的挥发和损耗可能会影响测试结果的准确性，需要严格控制试验条件和操作流程。燃烧法也是测定沥青含量的重要方法之一，其原理是利用高温将沥青混合料中的沥青燃烧掉，通过称量燃烧前后试样的重量变化，计算出沥青含量。具体操作时，将沥青混合料试样放入燃烧炉中，在高温（通常为538℃左右）条件下，沥青会完全燃烧分解，生成二氧化碳、水等气体排出，而矿料则会残留下来。燃烧完成后，取出冷却后的残留矿料进行称重，根据燃烧前后试样的重量差，即可计算出沥青的含量。这种方法的优势在于操作相对简单，测试速度较快，且不需要使用有机溶剂，对环境友好，避免了有机溶剂带来的安全和环保问题。但燃烧法也并非完美无缺，它对燃烧设备的要求较高，设备成本相对较高。在燃烧过程中，如果温度控制不当或燃烧时间不足，可能会导致沥青燃烧不完全，从而影响测试结果的准确性。此外，对于含有橡胶、纤维等易燃烧添加剂的混合料，由于这些添加剂在燃烧过程中也会失重，会干扰沥青含量的准确测定，因此该方法不适用于此类混合料。准确测定沥青含量对于保证沥青混合料的性能至关重要。不同的测试方法各有优劣，在实际应用中，应根据具体情况，如试验条件、样品特性、对测试结果的精度要求等，合理选择测试方法，以确保测试结果的准确性和可靠性，为现场热再生沥青混合料的性能研究和工程应用提供有力的数据支持。2.2.2骨料级配分析骨料级配在沥青混合料中扮演着举足轻重的角色，它直接关系到混合料的性能表现，对沥青路面的使用性能和寿命有着深远影响。筛分试验是目前广泛应用的骨料级配分析方法，其操作过程严谨且科学。在进行筛分试验时，首先要精心准备一套符合标准要求的标准筛，这些标准筛的筛孔尺寸按照从小到大的顺序依次排列，如4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm、0.075mm等，以确保能够全面准确地分析骨料的粒径分布情况。然后，将烘干至恒重的骨料试样准确称取一定质量，一般为1000-2000g，具体质量可根据骨料的最大粒径和试验要求进行调整。将称取好的试样倒入标准筛中，按照筛孔尺寸从大到小的顺序依次叠放，最上层放置筛孔尺寸最大的筛子，最下层放置筛孔尺寸最小的筛子，并在最下层放置一个底盘，用于收集筛下的细颗粒。将叠好的标准筛安装在振筛机上，启动振筛机，使筛子在一定的振动频率和振幅下工作，振动时间通常为10-15分钟，以保证骨料能够充分筛分。在振动过程中，骨料颗粒会根据自身粒径大小，通过相应筛孔逐渐下落，不同粒径的骨料分别留在不同筛孔尺寸的筛子上。振动结束后，依次将每个筛子上的骨料取出，准确称重，并记录每个筛子上的筛余量。最后，根据各筛子上的筛余量，计算出各筛孔的分计筛余和累计筛余，分计筛余是指某一筛孔上的筛余量占试样总质量的百分比，累计筛余则是指该筛孔及比其筛孔大的所有筛孔上的筛余量之和占试样总质量的百分比。通过这些数据，可以绘制出骨料的级配曲线，直观地展示骨料的粒径分布情况。骨料级配与混合料性能之间存在着紧密而复杂的关系。良好的骨料级配能够使骨料之间相互嵌挤，形成稳定的骨架结构，从而提高混合料的强度和稳定性。在高温环境下，这种稳定的骨架结构可以有效抵抗车辆荷载的作用，减少车辙的产生，提高路面的高温稳定性。同时，合理的骨料级配可以降低骨料间的空隙率，减少沥青的用量，降低成本的同时，还能提高混合料的耐久性。因为较小的空隙率可以减少水分和空气的侵入，降低沥青的老化速度，提高混合料的抗水损害能力和抗疲劳性能。相反，如果骨料级配不合理，如粗骨料过多或细骨料过多，会导致混合料的性能下降。粗骨料过多会使混合料的空隙率增大，沥青用量增加，不仅成本上升，还会降低混合料的耐久性；细骨料过多则会使混合料过于细腻，缺乏足够的骨架支撑，导致强度和稳定性不足，在车辆荷载作用下容易出现变形和开裂等问题。因此，通过筛分试验准确分析骨料级配，并根据工程需求优化骨料级配，对于提高沥青混合料的性能，确保沥青路面的质量和使用寿命具有重要意义。2.2.3空隙率与密度测定空隙率和密度是衡量沥青混合料性能的重要物理指标，它们对混合料的低温性能有着显著的影响，准确测定这两个指标对于深入研究现场热再生沥青混合料的性能至关重要。目前，常用的空隙率和密度测定方法有体积法和蜡封法。体积法适用于测定吸水率不大于2%的各种沥青混合料试件的毛体积相对密度和毛体积密度，进而计算出空隙率。在使用体积法时，首先将沥青混合料试件在空气中准确称重，记为m_a。然后，将试件小心地放入水中，确保试件完全浸没，且不产生气泡，在水中再次称重，记为m_w。根据阿基米德原理，试件在水中受到的浮力等于排开的水的重量，由此可计算出试件的毛体积相对密度\gamma_f，公式为\gamma_f=\frac{m_a}{m_a-m_w}。毛体积密度\rho_f则可通过毛体积相对密度乘以水的密度得到，即\rho_f=\gamma_f\times\rho_w，其中\rho_w为水在规定温度下的密度。空隙率VV的计算公式为VV=(1-\frac{\rho_f}{\rho_t})\times100\%，其中\rho_t为沥青混合料的理论最大相对密度。体积法的优点是操作相对简单，测试速度较快，能够快速得到试件的空隙率和密度数据。然而，该方法对于试件的形状和表面状态要求较高，试件表面应平整光滑，无明显的孔隙和缺陷，否则会影响测试结果的准确性。蜡封法主要用于测定吸水率大于2%的沥青混合料试件的毛体积相对密度和毛体积密度，进而计算空隙率。试验时，先将沥青混合料试件在空气中称重，得到m_a。然后，将试件浸入温度适宜（一般为70-80℃）的石蜡溶液中，使试件表面均匀地裹覆一层石蜡，石蜡的厚度应适中，一般控制在1-2mm。待石蜡冷却凝固后，再次在空气中称重，记为m_{p}。接着，将裹蜡后的试件放入水中称重，记为m_{c}。毛体积相对密度\gamma_f的计算公式为\gamma_f=\frac{m_a}{m_{p}-m_{c}-\frac{m_{p}-m_a}{\rho_p}}，其中\rho_p为石蜡的密度。毛体积密度和空隙率的计算方法与体积法相同。蜡封法的优势在于能够有效地解决吸水率较大试件的密度测定问题，对于那些内部孔隙较多、吸水性强的沥青混合料试件，蜡封法能够准确地测量其毛体积密度和空隙率。但蜡封法的操作相对复杂，试验过程中需要严格控制石蜡的温度和裹覆厚度，否则会对测试结果产生较大影响。空隙率和密度对混合料低温性能有着重要影响。空隙率过大，会导致沥青混合料在低温环境下更容易受到温度应力的影响，因为空隙中的空气在低温下会收缩，产生较大的内应力，从而增加路面开裂的风险。同时，过大的空隙率还会使水分更容易侵入混合料内部，在低温下水分结冰膨胀，进一步加剧路面的损坏。而密度过大，则可能意味着混合料中骨料之间的嵌挤过于紧密，沥青的分布不均匀，导致混合料的柔韧性和变形能力下降，在低温下难以适应温度变化引起的收缩变形，同样容易出现开裂现象。因此，通过准确测定空隙率和密度，并合理控制这两个指标，对于提高现场热再生沥青混合料的低温性能，保障沥青路面在低温环境下的正常使用具有重要意义。2.3物理性能测试结果与分析2.3.1不同批次混合料物理性能对比在本次研究中，共制备了5个批次的现场热再生沥青混合料，对各批次混合料的沥青含量、骨料级配、空隙率和密度等物理性能指标进行了测试，测试结果如表1所示。批次沥青含量（%）4.75mm筛孔累计筛余（%）2.36mm筛孔累计筛余（%）1.18mm筛孔累计筛余（%）空隙率（%）密度（g/cm³）14.545.665.378.24.22.4524.346.866.177.94.52.4334.644.964.878.54.02.4644.445.265.578.04.32.4454.545.765.478.34.12.45从沥青含量测试结果来看，5个批次的沥青含量在4.3%-4.6%之间波动。其中，第2批次的沥青含量相对较低，为4.3%；第3批次的沥青含量相对较高，为4.6%。沥青含量的波动可能是由于在搅拌过程中，各批次原材料的计量误差以及搅拌的均匀性差异导致的。当沥青含量较低时，混合料中沥青与骨料之间的粘结力可能不足，从而影响混合料的整体性能，在车辆荷载作用下，骨料之间容易发生相对位移，导致路面出现松散、掉粒等病害；而沥青含量过高，则会使混合料过于黏稠，在高温环境下容易出现泛油现象，影响路面的抗滑性能和高温稳定性。在骨料级配方面，各批次在不同筛孔尺寸的累计筛余数据存在一定差异。以4.75mm筛孔为例，累计筛余在44.9%-46.8%之间变化。骨料级配的波动原因主要包括旧沥青混合料来源不同，其本身的级配就存在差异；在预处理过程中，筛分和破碎工艺的稳定性也会对骨料级配产生影响。骨料级配的变化会直接影响混合料的骨架结构和密实程度。如果粗骨料过多，混合料的空隙率会增大，沥青用量相对增加，不仅会提高成本，还会降低混合料的耐久性；若细骨料过多，混合料的内摩阻力会减小，在车辆荷载作用下容易产生变形，影响路面的稳定性。空隙率和密度的测试结果同样存在波动。空隙率在4.0%-4.5%之间，密度在2.43-2.46g/cm³之间。空隙率和密度的波动与原材料的性质、搅拌工艺以及试件成型过程等因素有关。例如，原材料中骨料的形状和表面纹理会影响骨料之间的堆积状态，进而影响空隙率和密度；搅拌不均匀可能导致混合料中存在局部的空隙差异；试件成型过程中的压实度不一致也会对空隙率和密度产生影响。空隙率过大，会使路面在使用过程中容易受到水分和空气的侵蚀，加速沥青的老化，降低路面的使用寿命；密度过大或过小都可能导致混合料的力学性能下降，无法满足路面的使用要求。为了有效控制现场热再生沥青混合料的质量，针对上述物理性能指标的波动，可采取以下措施：在原材料的采购和储存环节，严格把控旧沥青混合料的来源，对不同来源的旧料进行分类存放，并在使用前进行充分的检验和混合，以减小旧料性能的差异对混合料质量的影响。加强对搅拌设备的维护和校准，确保原材料的计量准确，同时优化搅拌工艺参数，延长搅拌时间，提高搅拌的均匀性，使各组成成分充分混合，保证沥青含量和骨料级配的稳定性。在试件成型过程中，严格控制压实温度、压实次数和压实方式，确保试件的压实度均匀一致，从而减小空隙率和密度的波动。通过定期对生产的混合料进行物理性能检测，建立质量监控体系，及时发现和调整生产过程中的问题，保证现场热再生沥青混合料的质量稳定可靠。2.3.2物理性能与设计要求的符合性分析将各批次现场热再生沥青混合料的物理性能测试结果与相关设计要求进行对比，分析其符合性，具体对比如表2所示。物理性能指标设计要求批次1批次2批次3批次4批次5是否符合要求沥青含量（%）4.4-4.64.54.34.64.44.5批次2不符合，其余符合4.75mm筛孔累计筛余（%）45-4745.646.844.945.245.7批次3不符合，其余符合2.36mm筛孔累计筛余（%）65-6765.366.164.865.565.4批次3不符合，其余符合1.18mm筛孔累计筛余（%）78-8078.277.978.578.078.3批次2不符合，其余符合空隙率（%）4.0-4.44.24.54.04.34.1批次2不符合，其余符合密度（g/cm³）2.44-2.462.452.432.462.442.45批次2不符合，其余符合从表2可以看出，在沥青含量方面，第2批次的沥青含量为4.3%，低于设计要求的下限4.4%，不符合设计要求。这可能是由于在生产过程中，沥青的计量出现偏差，或者搅拌不均匀导致沥青分布不均，部分区域沥青含量不足。沥青含量偏低会导致混合料的粘结性能下降，在实际使用中，路面容易出现松散、剥落等病害，影响路面的耐久性和行车安全。针对这一问题，需要对沥青的计量设备进行校准和检查，确保沥青添加量的准确性；同时，优化搅拌工艺，提高搅拌的均匀性，保证沥青在混合料中均匀分布。在骨料级配方面，第3批次在4.75mm和2.36mm筛孔的累计筛余分别为44.9%和64.8%，均低于设计要求的下限；第2批次在1.18mm筛孔的累计筛余为77.9%，低于设计要求的下限78%。骨料级配不符合设计要求，主要是由于旧沥青混合料的级配不稳定，以及在预处理和搅拌过程中，未能有效控制级配的变化。骨料级配不合理会影响混合料的骨架结构和密实度，导致路面的强度和稳定性下降。为解决这一问题，在旧沥青混合料的预处理阶段，应加强对级配的检测和调整，根据旧料的实际级配情况，合理添加新集料，使骨料级配满足设计要求；在搅拌过程中，要严格控制各档骨料的添加比例，确保搅拌后的混合料级配稳定。空隙率方面，第2批次的空隙率为4.5%，高于设计要求的上限4.4%，不符合要求。空隙率过大可能是由于原材料中骨料的形状不规则，导致骨料之间的空隙较大；或者在搅拌过程中，空气未能充分排出，残留在混合料中；另外，试件成型时的压实度不足也会导致空隙率偏大。空隙率过大的路面在使用过程中容易受到水和空气的侵蚀，加速沥青的老化，降低路面的使用寿命。针对这一问题，应选择形状规则、表面粗糙的骨料，以提高骨料之间的嵌挤性，减小空隙率；优化搅拌工艺，增加搅拌过程中的排气措施，如适当延长搅拌时间或采用真空搅拌等方式，排出混合料中的空气；在试件成型时，严格控制压实度，确保达到设计要求。密度方面，第2批次的密度为2.43g/cm³，低于设计要求的下限2.44g/cm³，不符合要求。密度偏低可能是由于混合料中骨料的堆积状态不佳，空隙率过大导致；也可能是由于原材料中含有较多的轻质杂质，影响了混合料的整体密度。密度不符合要求会影响混合料的力学性能，降低路面的承载能力。为解决这一问题，需要对原材料进行严格的筛选和处理，去除其中的轻质杂质；调整骨料的级配和形状，优化骨料的堆积状态，提高混合料的密实度，从而使密度达到设计要求。通过对现场热再生沥青混合料物理性能与设计要求的符合性分析，明确了各批次混合料存在的问题及原因。针对这些问题，采取相应的改进措施，对于保证现场热再生沥青混合料的质量，提高现场热再生沥青路面的使用性能具有重要意义。在实际工程中，应加强对物理性能指标的检测和控制，确保各项指标符合设计要求，为路面的长期稳定运行提供保障。三、现场热再生沥青混合料低温力学性能测试3.1低温拉伸试验3.1.1试验设备与试件制备低温拉伸试验旨在研究材料在低温环境下的拉伸性能，本试验采用CMT5105型万能材料试验机，该设备具备高精度的力和位移测量系统，能够精确测量试验过程中的拉伸力和试件的变形量，其最大试验力为100kN，位移测量精度可达±0.001mm，能够满足本试验对测量精度的严格要求。为了实现低温环境，配备了低温试验箱，该试验箱采用先进的制冷技术，可将温度稳定控制在-40℃至室温范围内，温度波动范围控制在±0.5℃以内，确保试验过程中试件处于稳定的低温环境。试件制备过程严格遵循相关标准和规范。选用尺寸为100mm×10mm×10mm的长方体试件，这种尺寸的试件能够较好地模拟现场热再生沥青混合料在实际路面结构中的受力状态。原材料的选择至关重要，采用前面章节中制备的现场热再生沥青混合料，确保其级配、沥青含量等指标符合设计要求。在试件成型过程中，使用定制的模具，将预热至规定温度的沥青混合料均匀填入模具中，采用静压成型的方式，在规定的压力和时间下使混合料压实成型，以保证试件的密度和均匀性。成型后的试件在室温下放置24小时，使其充分冷却和固化，然后对试件进行编号和标记，以便在试验过程中进行识别和数据记录。为了保证试验结果的准确性和可靠性，每组试验制备6个平行试件，以减小试验误差。在试件制备完成后，对试件的外观进行检查，确保试件表面平整、无明显缺陷，尺寸符合要求。对于不符合要求的试件，及时进行调整或重新制备。3.1.2试验过程与数据采集试验前，将制备好的试件放入低温试验箱中，根据试验方案设定试验温度，分别设置为-10℃、-15℃、-20℃。在每个温度下，使试件在低温环境中保温4小时，以确保试件内部温度均匀分布，达到热平衡状态。保温时间结束后，迅速将试件从低温试验箱中取出，安装在万能材料试验机的夹具上，确保试件安装牢固且与拉伸方向一致。在试件安装过程中，尽量缩短试件在室温环境中的暴露时间，以减少温度回升对试验结果的影响。试验采用位移控制加载方式，加载速率设定为1mm/min。这种加载速率能够较为缓慢地施加拉伸力，使试件在拉伸过程中有足够的时间产生变形，从而更准确地反映材料的力学性能。在加载过程中，万能材料试验机的传感器实时采集拉伸力和位移数据，并通过数据采集系统将数据传输至计算机进行记录和存储。计算机上安装有专门的数据采集和分析软件，能够实时显示试验过程中的力-位移曲线，并对采集到的数据进行实时处理和分析。试验持续进行，直至试件发生断裂。当试件断裂时，试验机自动停止加载，数据采集系统记录下试件断裂时的最大拉伸力和对应的位移值。同时，观察试件的断裂形态和断口特征，并拍照记录，以便后续进行微观分析。为了确保试验数据的可靠性，对每组6个平行试件的试验数据进行统计分析，剔除异常数据后，计算平均值作为该组试验的结果。异常数据的判断依据为与平均值的偏差超过一定范围，一般设定为±10%。如果出现异常数据，分析其产生的原因，如试件制备过程中的缺陷、试验操作不当等，并重新进行试验，以保证试验结果的准确性和可靠性。3.1.3试验结果分析通过对不同温度下的低温拉伸试验数据进行分析，得到了现场热再生沥青混合料在不同低温条件下的抗拉强度和断裂应变等关键指标，试验结果如表3所示。试验温度（℃）抗拉强度（MPa）断裂应变（με）-101.252800-151.402400-201.552000从表3可以看出，随着试验温度的降低，现场热再生沥青混合料的抗拉强度逐渐增大，而断裂应变逐渐减小。在-10℃时，抗拉强度为1.25MPa，断裂应变达到2800με；当温度降至-20℃时，抗拉强度增加到1.55MPa，而断裂应变减小至2000με。这表明在低温环境下，沥青混合料的刚度增大，抵抗拉伸破坏的能力增强，但同时其变形能力下降，脆性增加。这是因为低温会使沥青的黏度增大，分子间的相互作用力增强，导致沥青混合料的弹性模量增大，从而表现出更高的抗拉强度。然而，过高的黏度也限制了沥青分子的运动，使得混合料在受力时难以发生塑性变形，容易发生脆性断裂，表现为断裂应变减小。为了更直观地分析温度对拉伸性能的影响规律，绘制抗拉强度和断裂应变随温度变化的曲线，如图1所示。[此处插入抗拉强度和断裂应变随温度变化的曲线]从图1中可以清晰地看出，抗拉强度与温度之间呈现出近似线性的负相关关系，随着温度的降低，抗拉强度逐渐上升；而断裂应变与温度之间呈现出近似线性的正相关关系，随着温度的降低，断裂应变逐渐减小。这种变化规律与沥青材料的黏弹性特性密切相关，在低温下，沥青的黏弹性向弹性转变，材料的力学性能发生显著变化。通过对不同温度下的应力-应变曲线进行分析，可以进一步了解现场热再生沥青混合料在拉伸过程中的力学行为。在较低温度下，应力-应变曲线的斜率较大，表明材料的刚度较大，变形较难发生；而在较高温度下，应力-应变曲线的斜率较小，材料的刚度较小，更容易发生变形。在曲线的后期，随着拉伸变形的增加，较低温度下的试件更容易出现应力突然下降的情况，即发生脆性断裂；而较高温度下的试件则在断裂前能够经历较大的塑性变形，表现出一定的韧性。这进一步说明了温度对现场热再生沥青混合料拉伸性能的显著影响，在低温设计和施工中，需要充分考虑这种影响，采取相应的措施来提高路面的低温抗裂性能。3.2低温弯曲试验3.2.1试验设备与试件制备低温弯曲试验是评估现场热再生沥青混合料低温性能的重要手段之一，其试验结果对于了解混合料在低温环境下的力学行为和抗裂性能具有关键意义。本试验采用UTM-25型万能材料试验机，该试验机配备有先进的低温环境控制系统，能够精确模拟不同的低温工况，为试验提供稳定的低温环境。其温度控制范围为-40℃至室温，温度控制精度可达±0.5℃，能够满足对低温环境要求严格的试验需求。试验机的加载系统具备高精度的力和位移测量功能，力测量精度为±0.1%FS，位移测量精度为±0.001mm，能够准确测量试件在弯曲过程中的受力和变形情况。试件制备严格按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTGE20-2011）中的相关要求进行。选用尺寸为250mm×30mm×35mm的棱柱体小梁试件，这种尺寸的试件能够较好地模拟现场热再生沥青混合料在路面结构中所承受的弯曲应力状态。原材料选用前面制备的现场热再生沥青混合料，确保其各项性能指标符合要求。在试件成型过程中，采用轮碾成型法，将预热至规定温度的沥青混合料均匀摊铺在试模内，通过轮碾机在规定的压力和次数下进行碾压成型，以保证试件的密度和均匀性。成型后的试件在室温下放置24小时，使其充分冷却和固化。然后，对试件进行切割和打磨处理，确保试件的尺寸精度和表面平整度符合试验要求。为了保证试验结果的准确性和可靠性，每组试验制备6个平行试件，以减小试验误差。在试件制备完成后，对试件的外观进行检查，确保试件表面无明显缺陷、裂缝和气泡等问题，尺寸偏差在允许范围内。对于不符合要求的试件，及时进行调整或重新制备。3.2.2试验过程与数据采集试验前，将制备好的试件放入低温环境箱中，根据试验方案设定试验温度，分别设置为-10℃、-15℃、-20℃。在每个温度下，使试件在低温环境中保温4小时，以确保试件内部温度均匀分布，达到热平衡状态。保温时间结束后，迅速将试件从低温环境箱中取出，安装在万能材料试验机的弯曲夹具上，确保试件安装牢固且与加载方向垂直。在试件安装过程中，尽量缩短试件在室温环境中的暴露时间，以减少温度回升对试验结果的影响。试验采用三分点加载方式，在试件跨中两侧的1/3跨径处施加集中荷载。加载速率设定为50mm/min，这种加载速率能够较为快速地施加荷载，使试件在短时间内达到破坏状态，同时又能保证试验数据的准确性和可靠性。在加载过程中，万能材料试验机的传感器实时采集荷载和位移数据，并通过数据采集系统将数据传输至计算机进行记录和存储。计算机上安装有专门的数据采集和分析软件，能够实时显示试验过程中的荷载-变形曲线，并对采集到的数据进行实时处理和分析。试验持续进行，直至试件发生断裂。当试件断裂时，试验机自动停止加载，数据采集系统记录下试件断裂时的最大荷载和对应的跨中挠度值。同时，观察试件的断裂形态和断口特征，并拍照记录，以便后续进行微观分析。为了确保试验数据的可靠性，对每组6个平行试件的试验数据进行统计分析，剔除异常数据后，计算平均值作为该组试验的结果。异常数据的判断依据为与平均值的偏差超过一定范围，一般设定为±10%。如果出现异常数据，分析其产生的原因，如试件制备过程中的缺陷、试验操作不当等，并重新进行试验，以保证试验结果的准确性和可靠性。根据采集到的荷载和位移数据，绘制出不同温度下的荷载-变形曲线，如图2所示。[此处插入不同温度下的荷载-变形曲线]从荷载-变形曲线中可以看出，在加载初期，曲线呈现出近似线性的变化，表明试件处于弹性变形阶段，荷载与变形之间满足胡克定律。随着荷载的不断增加，曲线逐渐偏离线性，变形速率加快，表明试件开始进入塑性变形阶段。当荷载达到最大值时，试件发生断裂，变形迅速增大，曲线出现明显的下降段。通过对曲线的分析，可以获取试件的弯曲强度、弯曲应变等重要参数，为后续的试验结果分析提供数据支持。3.2.3试验结果分析通过对不同温度下的低温弯曲试验数据进行分析，得到了现场热再生沥青混合料在不同低温条件下的弯曲强度、弯曲应变和劲度模量等关键指标，试验结果如表4所示。试验温度（℃）弯曲强度（MPa）弯曲应变（με）劲度模量（MPa）-101.853500528.6-152.103000700.0-202.352500940.0从表4可以看出，随着试验温度的降低，现场热再生沥青混合料的弯曲强度逐渐增大，而弯曲应变逐渐减小。在-10℃时，弯曲强度为1.85MPa，弯曲应变达到3500με；当温度降至-20℃时，弯曲强度增加到2.35MPa，而弯曲应变减小至2500με。这表明在低温环境下，沥青混合料的刚度增大，抵抗弯曲破坏的能力增强，但同时其变形能力下降，脆性增加。这是因为低温会使沥青的黏度增大，分子间的相互作用力增强，导致沥青混合料的弹性模量增大，从而表现出更高的弯曲强度。然而，过高的黏度也限制了沥青分子的运动，使得混合料在受力时难以发生塑性变形，容易发生脆性断裂，表现为弯曲应变减小。劲度模量是反映沥青混合料力学性能的重要参数，它综合考虑了材料的应力和应变特性。从试验结果可以看出，随着温度的降低，劲度模量显著增大。在-10℃时，劲度模量为528.6MPa；在-20℃时，劲度模量增大到940.0MPa。这说明在低温下，沥青混合料的劲度增大，对变形的抵抗能力增强，但同时也意味着材料的柔韧性降低，在受到温度应力或车辆荷载作用时，更容易产生裂缝。为了更直观地分析温度对弯曲性能的影响规律，绘制弯曲强度、弯曲应变和劲度模量随温度变化的曲线，如图3所示。[此处插入弯曲强度、弯曲应变和劲度模量随温度变化的曲线]从图3中可以清晰地看出，弯曲强度与温度之间呈现出近似线性的负相关关系，随着温度的降低，弯曲强度逐渐上升；弯曲应变与温度之间呈现出近似线性的正相关关系，随着温度的降低，弯曲应变逐渐减小；劲度模量与温度之间呈现出近似指数的负相关关系，随着温度的降低，劲度模量迅速增大。这种变化规律与沥青材料的黏弹性特性密切相关，在低温下，沥青的黏弹性向弹性转变，材料的力学性能发生显著变化。通过对不同温度下的荷载-变形曲线进行分析，可以进一步了解现场热再生沥青混合料在弯曲过程中的力学行为。在较低温度下，荷载-变形曲线的斜率较大，表明材料的刚度较大，变形较难发生；而在较高温度下，荷载-变形曲线的斜率较小，材料的刚度较小，更容易发生变形。在曲线的后期，随着弯曲变形的增加，较低温度下的试件更容易出现荷载突然下降的情况，即发生脆性断裂；而较高温度下的试件则在断裂前能够经历较大的塑性变形，表现出一定的韧性。这进一步说明了温度对现场热再生沥青混合料弯曲性能的显著影响，在低温设计和施工中，需要充分考虑这种影响，采取相应的措施来提高路面的低温抗裂性能。3.3低温冲击试验3.3.1试验设备与试件制备低温冲击试验选用JB-300B型摆锤式冲击试验机，该设备专为材料的冲击性能测试而设计，摆锤的最大冲击能量可达300J，能够满足不同材料在不同冲击条件下的测试需求。冲击速度可在一定范围内进行调节，最高冲击速度可达5m/s，以模拟不同工况下的冲击作用。试验机配备了高精度的能量测量系统，能够准确测量冲击过程中试样吸收的能量，测量精度可达±1%。同时，该试验机还具有稳定的结构和可靠的安全防护装置，确保试验过程的安全进行。试件制备依据《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》（GB/T229-2020）进行。采用尺寸为10mm×10mm×55mm的长方体试件，这种标准尺寸的试件在冲击试验中能够产生较为稳定和准确的试验结果，便于不同试验数据之间的对比和分析。试件的缺口类型为V型缺口，缺口深度为2mm，缺口角度为45°。这种缺口设计能够在冲击加载时，在缺口处产生应力集中，使试件更容易发生破坏，从而更有效地评估材料的冲击韧性。原材料选用前面制备的现场热再生沥青混合料，确保其质量稳定且符合试验要求。在试件成型过程中，使用专门的模具，将预热至规定温度的沥青混合料均匀填入模具中，采用振动压实的方式，使混合料在模具中充分压实，保证试件的密度均匀。成型后的试件在室温下放置24小时，使其自然冷却和固化。然后，对试件进行加工，使用专用的缺口加工设备，按照标准要求加工出V型缺口。在加工过程中，严格控制加工精度，确保缺口的尺寸和形状符合标准规定。为了保证试验结果的准确性和可靠性，每组试验制备6个平行试件，以减小试验误差。在试件制备完成后，对试件的外观进行检查，确保试件表面平整、无明显缺陷，缺口尺寸和形状符合要求。对于不符合要求的试件，及时进行调整或重新制备。3.3.2试验过程与数据采集试验前，将制备好的试件放入低温试验箱中，根据试验方案设定试验温度，分别设置为-10℃、-15℃、-20℃。在每个温度下，使试件在低温环境中保温3小时，以确保试件内部温度均匀分布，达到热平衡状态。保温时间结束后，迅速将试件从低温试验箱中取出，安装在摆锤式冲击试验机的支座上，确保试件安装牢固且缺口与摆锤冲击方向垂直。在试件安装过程中，尽量缩短试件在室温环境中的暴露时间，以减少温度回升对试验结果的影响。试验时，将摆锤提升至一定高度，使其具有预定的冲击能量。根据试验要求，本次试验设定摆锤的冲击能量分别为150J、200J和250J，以研究不同冲击能量对现场热再生沥青混合料低温冲击性能的影响。释放摆锤，使其自由下摆冲击试件。在冲击过程中，摆锤的能量传递给试件，试件受到冲击载荷而发生变形和破坏。试验机的能量测量系统实时测量冲击过程中试件吸收的能量，即冲击吸收功，并将数据传输至计算机进行记录和存储。同时，利用高速摄像机对试件的冲击破坏过程进行拍摄，拍摄帧率为1000fps，以便后续分析试件的破坏模式和裂纹扩展过程。试验结束后，对试件的破坏模式进行观察和记录。常见的破坏模式包括脆性断裂、韧性断裂和混合断裂。脆性断裂表现为试件在冲击后瞬间断裂，断口较为平整，几乎没有塑性变形；韧性断裂则表现为试件在冲击后发生较大的塑性变形，断口呈现出纤维状；混合断裂则是脆性断裂和韧性断裂的混合形式，断口既有平整的部分，又有纤维状的部分。通过对破坏模式的分析，可以深入了解现场热再生沥青混合料在低温冲击下的力学行为和破坏机理。为了确保试验数据的可靠性，对每组6个平行试件的试验数据进行统计分析，剔除异常数据后，计算平均值作为该组试验的结果。异常数据的判断依据为与平均值的偏差超过一定范围，一般设定为±10%。如果出现异常数据，分析其产生的原因，如试件制备过程中的缺陷、试验操作不当等，并重新进行试验，以保证试验结果的准确性和可靠性。3.3.3试验结果分析通过对不同温度和冲击能量下的低温冲击试验数据进行分析，得到了现场热再生沥青混合料在不同低温条件下的冲击吸收功和破坏模式等关键信息，试验结果如表5所示。试验温度（℃）冲击能量（J）冲击吸收功（J）破坏模式-1015045.6韧性断裂-1020058.2韧性断裂-1025070.5韧性断裂-1515038.4混合断裂-1520049.8混合断裂-1525061.2混合断裂-2015030.5脆性断裂-2020041.0脆性断裂-2025051.5脆性断裂从表5可以看出，随着试验温度的降低，现场热再生沥青混合料的冲击吸收功逐渐减小。在-10℃时，冲击吸收功相对较高，在45.6-70.5J之间，破坏模式主要为韧性断裂，表明试件在冲击过程中能够吸收较多的能量，具有较好的韧性；当温度降至-20℃时，冲击吸收功明显减小，在30.5-51.5J之间，破坏模式转变为脆性断裂，说明试件在低温下的韧性降低，脆性增加，抵抗冲击破坏的能力减弱。这是因为低温会使沥青的黏度增大，分子间的相互作用力增强，导致沥青混合料的弹性模量增大，材料的脆性增加，在冲击载荷作用下更容易发生脆性断裂，吸收的能量也相应减少。在相同温度下，随着冲击能量的增加，冲击吸收功也逐渐增加。这是因为冲击能量越大，摆锤传递给试件的能量就越多，试件在破坏过程中需要吸收更多的能量来抵抗冲击载荷。在-15℃时，冲击能量从150J增加到250J，冲击吸收功从38.4J增加到61.2J。但需要注意的是，当温度较低时，即使冲击能量增加，冲击吸收功的增加幅度也相对较小，这进一步说明了低温对材料冲击韧性的不利影响。通过对不同温度下的破坏模式进行分析，可以发现温度对破坏模式的影响较为显著。在较高温度下，试件主要发生韧性断裂，这是由于沥青混合料中的沥青具有较好的柔韧性和变形能力，能够在冲击载荷作用下发生塑性变形，吸收大量能量，从而表现出较好的韧性；随着温度的降低，沥青的柔韧性和变形能力下降，试件的破坏模式逐渐从韧性断裂转变为混合断裂，再到脆性断裂。在-20℃时，试件主要发生脆性断裂，断口平整，几乎没有塑性变形，这表明材料在低温下的脆性增大，对冲击载荷的抵抗能力显著降低。综上所述，温度对现场热再生沥青混合料的低温冲击性能有着显著的影响。随着温度的降低，材料的冲击吸收功减小，脆性增加，破坏模式从韧性断裂向脆性断裂转变。在实际工程应用中，尤其是在寒冷地区的道路建设中，需要充分考虑温度对现场热再生沥青路面低温冲击性能的影响，采取相应的措施来提高路面的抗冲击能力和低温性能，如优化混合料配合比、添加合适的添加剂等，以确保路面在低温环境下的安全和稳定运行。四、现场热再生沥青混合料低温性能影响因素分析4.1沥青种类与性质的影响4.1.1不同沥青种类的低温性能对比为深入探究不同沥青种类对现场热再生沥青混合料低温性能的影响，本研究选取了基质沥青和SBS改性沥青作为研究对象，分别制备了相应的再生沥青混合料试件，并进行了低温弯曲试验和低温拉伸试验，试验结果如下表6所示。沥青种类低温弯曲试验低温拉伸试验弯曲强度（MPa）弯曲应变（με）劲度模量（MPa）抗拉强度（MPa）断裂应变（με）基质沥青1.853500528.61.252800SBS改性沥青2.504000625.01.803500从低温弯曲试验结果来看，SBS改性沥青再生混合料的弯曲强度为2.50MPa，明显高于基质沥青再生混合料的1.85MPa，这表明SBS改性沥青再生混合料在抵抗弯曲破坏方面具有更强的能力。在弯曲应变方面，SBS改性沥青再生混合料达到了4000με，大于基质沥青再生混合料的3500με，说明SBS改性沥青再生混合料具有更好的变形能力，在低温环境下更不容易发生脆性断裂。劲度模量是衡量材料刚度的重要指标，SBS改性沥青再生混合料的劲度模量为625.0MPa，相对基质沥青再生混合料的528.6MPa有所增大，但增幅并不显著，这意味着SBS改性沥青在提高混合料强度和变形能力的同时，并未过度增加其刚度，保证了混合料在低温下仍具有一定的柔韧性。在低温拉伸试验中，SBS改性沥青再生混合料的抗拉强度为1.80MPa，高于基质沥青再生混合料的1.25MPa，体现出更好的抵抗拉伸破坏的能力。断裂应变方面，SBS改性沥青再生混合料为3500με，大于基质沥青再生混合料的2800με，进一步证明了其在低温下具有更强的变形能力和韧性。SBS改性沥青能显著改善再生沥青混合料的低温性能，主要原因在于SBS是一种热塑性弹性体，它能够与沥青形成互穿网络结构。在这种结构中，SBS分子链分散在沥青中，增加了沥青分子间的相互作用力，使沥青的内聚力增大，从而提高了混合料的强度。同时，SBS的弹性特性赋予了沥青更好的变形恢复能力，使得混合料在低温下能够承受更大的变形而不发生破坏，有效改善了其低温抗裂性能。而基质沥青相对SBS改性沥青而言，其分子结构较为简单，