摘要：目前的热再生技术在混合料设计阶段，大部分以在机械搅拌的过程中RAP的老化沥青能够完全与再生剂或新沥青混溶为目标进行设计；然而，相关研究表明在工程实践的过程中这一前提是很难实现的。所以，在热再生混合料制备过程中，有多少老化沥青发生了转移是影响热在生混合料设计的一个重要因素。由于微观试验的复杂性及不便易性，采用宏观试验对RAP中老化沥青的转移进行表征成为了研究的重点。国内学者对有效再生率的研究比较多，但多数学者是从微观角度进行研究，也有部分学者采用特定粒径的集料对老化沥青的转移进行宏观试验，但该方法与实际生产中RAP的集料组差异较大，同时，由于旧矿料的迁移导致新集料与老化沥青混合料不能完全分离，从而导致试验结果产生一定误差。因此，急需一种更加准确、便易、贴近工程实际的宏观试验方法对老化沥青转移的实际状态进行表征。
关键词：热再生；沥青混合料；再生率；影响
一、设计思路
老化沥青混合料在热再生过程中，如果老化沥青与新沥青或再生剂不能充分混溶，则旧集料表面的再生沥青膜将会产生分层现象，如图1所示。由图1不难看出，老化沥青层紧贴集料的表面，而外层老化沥青与再生剂或新沥青混溶充分而形成了有效沥青层。老化沥青层的存在不仅会影响混合料设计的准确性，而且在一定程度上影响混合料的性能。
图1再生沥青胶浆内外分层示意图
为分析有效沥青层中老化沥青的转移程度，本文在考虑集料迁移所产生误差的情况下定义了有效再生率的指标P。有效再生率为老化沥青的实际转移量与老化沥青完全再生（新沥青或添加再生剂的新沥青完全混溶）情况下转移量的质量比，即为有效再生率。但是，沥青胶浆的微观分布过于复杂，很难以宏观的方式得到老化沥青的转移质量。因此，现通过设计宏观试验以间接的方法测得老化沥青的有效再生率。
试验设计的思路为：
（1）按沥青膜厚度h1确定沥青含量，准确称量矿粉质量（确保此处矿粉为混合料中矿粉的唯一来源），室内制备RAP并测矿粉与沥青质量比（以下简称粉油比）a1。
（2）根据沥青膜有效厚度h2计算再生后混合料所需沥青质量，计算粉油比a2。
（3）根据沥青膜厚度为h2计算新集料黏附沥青质量，并根据a2计算出对应矿粉质量。由于矿粉分布在老化沥青中，由a1即可计算出转移的老化沥青质量ma，即为理想状态下，完全混溶后老化沥青转移到新集料的质量。
（4）采用同质量新沥青、新集料、RAP充分拌合，拌合后进行新集料分离并抽提，测得转移到新集料上的矿粉质量mk。
（5）由于试验中除RAP中矿粉外并无外加矿粉，所以新集料所含矿粉均为RAP转移而来，即新集料表面老化沥青质量为mk/a1，有效再生率即可表示为
（1）
为更加准确地实现上述设计思路，有以下几个问题需要解决：首先，新集料拌合后分离难度大；其次，分离后由于矿料的迁移可能会黏附其他粒径的集料，从而影响试验结果。为减少上述问题所引起的数值偏离，采取以下试验方法缩小误差：
（1）试验用新集料选用磁铁矿石。长安大学陈忠达、赵华等对磁铁矿作为掺料的沥青混合料进行了研究，磁铁矿的主要成分Fe3O4及SiO2，由于其铁元素含量高，可被磁铁吸引，这为拌合后的集料分离提供了较好的便易性和准确性，同时磁铁矿具有较高的耐磨耗性，相较于普通石料可以降低磨耗产生的粉状填料对矿粉质量的干扰，使试验结果更加贴近真实值。
（2）再生过程中的矿料迁移是不可避免的，为将其误差影响降到最低，试验假定迁移部分集料沥青膜厚度与混合料设计沥青膜厚度相同，可根据有效沥青膜厚度计算迁移部分混合料的沥青含量。由于该部分集料的有效再生率的上下限分别0和100%，其对应的粉油比分别为沥青膜厚度为h1时的a1以及厚度为h2时的a2，由质量关系可分别得出两种情况下对应所包含的矿粉质量，取二者的平均值作为矿粉的修正值K，将其从矿粉总重中去除以降低试验误差。
综上所述，修正后的有效再生率为
（2）
二、试验材料及方案
1、试验材料
1.1RAP
为了保证计算结果的精确度的同时减小不均匀引起的试验误差，试验根据工程实际中RAP的级配室内制备RAP。沥青选用70#道路石油沥青，集料为石灰岩，矿粉为石灰岩矿粉，合成级配如表1所示。
表1RAP合成级配
RAP及热再生混合料的沥青用量确定方法均以沥青膜有效厚度为指标，根据规范所规定公式进行计算，见式（3）～式（5）。其中，RAP沥青油膜厚度采用6μm。表面积计算采用规范推荐表面积系数见表2。
（3）
（4）
（5）
式中：SA为集料比表面积，m2·kg－1；Pi为各种粒径的通过百分率，%；FAi为各种粒径集料的表面积系数，m2·kg－1；Pbe为有效沥青含量，%；DA为有效沥青膜厚度，μm；γ为沥青相对密度（25℃/25℃），kg·m－3；mb为沥青用量，kg。
表2表面积系数
1.2新集料及新沥青
试验用新沥青选用70#（A）道路石油沥青。新集料选用大冶磁铁矿石，经破碎后过标准筛后得到规格为4.75～9.5mm的试验用集料。经试验
检测，其各项技术指标均符合规范规定技术要求，检测值可见表3。
表3磁铁矿集料指标检验结果
2、试验方案
基于正交试验分析不同因素对RAP有效再生率的影响，选择RAP预热温度、拌合时间、沥青膜厚度3个因素。因素水平如表4所示。
表4正交试验因素水平
试验新集料总质量为750g、RAP250g。RAP放入烘箱调制对应温度预热5h，新集料预热温度为180℃预热4h，拌合温度160℃，拌合后的混合料在70℃时用磁铁将新旧集料分离。混合料分离后进行抽提筛分，测得沥青质量、不同粒径规格矿料的质量以及矿粉质量。回收RAP的道路使用年限接近9年，根据老化试验比对选择室内老化时间为15h的RAP作为试验用旧料。
结束语
（1）老化沥青的转移程度是影响沥青路面热再生混合料设计性能的一个重要因素，借助于宏观试验所得出的有效再生率对老化沥青的转移程度进行了定量分析，从老化沥青转移的角度为优化热再生混合料的再生工艺提供了试验依据。
（2）试验中对迁移集料的表面积进行计算，并根据其设计有效沥青膜厚度对试验结果造成的误差进行计算，按照完全再生和未再生两种情况所对应的矿粉质量的均值作为修正常数K，在一定程度上降低了旧集料迁移所造成的误差，使宏观试验量化分析的结果更准确，为优化热再生混合料设计提供了方法。
（3）基于正交试验及MATLAB预测分析，试验研究了RAP预热温度、拌合时间、沥青膜厚度3个因素对有效再生率的影响规律，得到如下结论：以有效再生率值为指标的老化影响因素的排序为，沥青膜厚度＞拌合时间＞RAP预热温度；热再生和混合料的预热温度应控制在120℃左右，拌合时间适当延长至140s，沥青膜厚度在9μm时，对于老化15h的RAP有效再生率提升最大。
参考文献：
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论文作者:刘超,王刚
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/19
标签：沥青论文; 厚度论文; 质量论文; 矿粉论文; 误差论文; 表面积论文; 粒径论文; 《基层建设》2019年第6期论文;