论文总字数：31683字

摘 要

随着我国道路建设近些年的高速发展，早期修建的高速公路及道路相继进入维修、改扩建阶段。再生沥青混合料（RAP）在热拌沥青混合料中已经有了多年的使用，并且由于旧料填埋场场地的限制，高质量新料的减少，沥青高昂的价格等原因，再生料的使用受到了越来越多的关注。

本文先介绍了沥青混合料再生技术的几大种类以及国内外的研究现状，然后简述了沥青路面的老化再生机理。本文对研究所用的旧料进行了研究，通过燃烧法、抽提法和筛分确定了旧料的级配、油石比以及再生剂合理掺量；合理然后应用马歇尔配合比设计方法对再生混合料进行了设计；总结了现有的高温性能的评价方法，选取了本文所用的动态蠕变试验方法；对试验获得的数据进行分析整理，结合已有的研究结论，分析高掺量厂拌热再生混合料现有试验方法是否能合理评价其高温性能。

本文应用动态蠕变试验方法研究了三个不同的旧料掺量（30%、50%、85%）和全新料（旧料掺量为0%）在未冻融、一次冻融和多次冻融情况下的高温性能，并且还以未添加再生剂的四种同样的混合料进行对比得到相关结论。

最后，综合动态蠕变试验的结果，本文认为：为了保证热再生沥青混合料的高温性能，其旧料掺量不宜过高；再生剂具有良好的软化效果。

关键词：热再生，配合比设计，高温稳定性，动态蠕变试验

Abstract

With China's rapid development of road construction in recent years, highway and road construction have entered service stage, expansion stage. Recycling asphalt pavement(RAP) in hot mix asphalt mixture has been used for many years, and due to limitations of the old material landfill site,the reduced high-quality new material, the high price of asphalt, etc., the use of recycled materials received more attention.

This article first introduces the research status of several species and asphalt recycling technology at home and abroad, and then outlines the regeneration mechanism of aging asphalt pavement. In this paper, the study uses the old material has been studied by the combustion method, Extraction Method and screening to determine the old material gradation,aggregate ratio and regenerated catalyst reasonable dosage; then Marshall Mix Design Method for recycled mixtures is applied to design; summarizes the existing high temperature performance evaluation method, selects the dynamic creep test method used herein; the data obtained were analyzed, combined with the existing findings, analysis of whether the existing test methods for high volume hot Mixed recycled mixtures can reasonably evaluate the high-temperature performance.

Dynamic creep test studied high temperature performance for three different old material content (30%, 50%, 85%) and new materials (old material content of 0%) without thawing, freezing and thawing, and many times for freezing and thawing .

Finally, the results of a comprehensive dynamic creep test, the paper said: In order to ensure thermal regeneration temperature asphalt mixture performance, its old material content should not be too high, regenerated agent has a good softening effect.

Key word：hot recycling, mix design, high temperature stability, dynamic creep test

绪论

研究背景

从上世纪50年代至今，全世界开始大量修建沥青路面，其里程数急剧增长并且在公路中占据相当大的比例。最近20年，我国也开始修建了大量的沥青路面，其主要用于高等级公路和城市道路。在我国已经建成并运营的高速公路中，沥青混凝土路面大约占了总公路里程的80%，随着我国国民经济快速建设和现代化的道路交通运输需求的急剧增长，沥青路面在今后必将有更广阔的发展前景。。

但是，沥青路面在长期的使用过程中容易产生各种病害，诸如车辙、裂缝、表面磨光以及松散剥落等。这是因为沥青路面在使用过程中会受到温度、氧、紫外线照射、雨水冲刷等自然环境因素作用和行车荷载作用两部分因素的综合作用，这会在一定程度上使沥青路面的路用性能恶化，从而严重缩短沥青路面的使用寿命，使其还没达到设计的使用年限就要进行大规模的路面养护和维修。随着大量的沥青路面进入维修或扩建期，关于如何处理每年产生的大量沥青路面废料，是我们即将要面临并解决的问题，这也是当前节能环保一个重要课题。

沥青路面的再生技术不仅仅只是一项技术，它是有关沥青路面再生技术大类的总称。一般来讲，沥青路面的再生技术大致分成五大类，包括了就地热再生、厂拌热再生、就地冷再生、厂拌冷再生、全深式再生。其中厂拌热再生技术是这几种再生技术中应用最为广泛的，其基本理念是在不影响混合料性能的条件下合理使用一定比例的旧沥青混合料。总的来说，目前针对旧料比例为20%-30%的再生技术相对更完善，而对于高掺量的RAP再生沥青混合料的设计与施工来说，目前还缺少一定的理论依据和参考。因此，结合厂拌热再生技术自身的特点，在实验室研究高掺量厂拌热再生混合料的配合比设计方法，提升其路用性能，使其具有良好的工程适用性，是我们目前迫切需要解决的问题。

本论文对国内外使用较为广泛的沥青路面热再生技术进行研究，着重评价其高温性能，对我国沥青路面热再生技术评价体系和性能指标的建立提供一些参考，对其实际应用来说具有积极的意义

再生方法概述

就地热再生

就地热再生技术是一种使用专用的就地热再生机械设备，在现场对沥青路面加热、翻松，并且同时加入一定量的新集料、新沥青、再生剂等，经搅拌、摊铺、碾压等工序，一次性实现对路表下一定深度范围（一般不超过6cm）的旧沥青混凝土路面再生的技术。

就地热再生技术的施工简单，常常用于路面基层承载力较好但面层因疲劳作用而产生开裂的路段，特别适用于老化程度较轻，但较不平整的路面。沥青路面就地热再生具有以下几个有点：不须运送沥青混合料、工效较高、对公路的运营影响小。但是，就地热再生技术由于其技术特点而存在局限性，对于高速公路的路面再生不适用。

图1.1 就地热再生

厂拌热再生

厂拌热再生技术首先对对旧沥青混凝土路面进行铣刨并将铣刨得到的旧沥青混合料运送拌和厂，对混合料进行破碎、筛分等操作，同时检测旧料中的沥青含量及其老化程度，并根据集料级配等情况，掺入一定量的新集料、新沥青、再生剂等再在加热条件下拌和。混合料达到规定要求的技术指标后，最后使用热拌沥青混合料的施工工艺重新修筑路面。

厂拌热再生技术适用于各类路面，各种类型的路面破坏均可以使用该技术。经过严格的配合比设计和调整，确保再生混合料的各项技术指标不低于全部由新料拌制而成的全新混合料，并且其路用性能可以满足高等级路面的要求；这种技术既可以将原路废旧材料回收利用来修筑路面，也可以将回收得到的旧料再生后用于除道路之外的工程，从而最大程度地利用废旧的沥青混合料。

图1.2 厂拌热再生

就地冷再生

就地冷再生技术首先对沥青路面进行现场冷铣刨，并且使用专业的仪器设备。随后对其进行混合、摊铺、碾压等操作，同时加入一定量的新集料、再生结合料（乳化沥青、泡沫沥青、水泥、石灰等），必要时加入再生剂，对路表面以下一定厚度内（一般是路面基层或下面层）的旧沥青路面进行一次性再生。

就地冷再生技术的优势主要是其在保证路面结构完整性的同时节约了成本和工期，但是就地冷再生形成的路面质量有待提高。所以目前该技术在低等级道路的修建工程中使用的比较多。

图1.3 就地冷再生

厂拌冷再生

厂拌冷再生技术首先把从旧沥青路面铣刨得到后的旧料运到拌和厂，集中对其进行破碎、筛分等操作，并根据旧料中的沥青含量和老化情况、集料级配等情况，加入一定量的新集料、再生结合料（乳化沥青、泡沫沥青、水泥、石灰等）、必要时加入再生剂。然后在常温下拌和，混合料的各项指标达到规定的要求后，按常温铺筑沥青混凝土的工艺重新进行路面施工，一般用该技术铺筑路面基层或下面层。

厂拌冷再生技术的优点是整个再生过程不必使用大量专用的机械设备；其缺点是废旧沥青混合料中的旧沥青没有得到充分的利用，并且通过这种技术得到的沥青混合料只能用于铺筑道路的基层或底基层。

图1.4 厂拌冷再生

全深式再生

在进行全深式再生的过程中，沥青层材料和部分基层材料同时进行就地冷再生，从而成为新的路面基层。全深式再生技术属于就地冷再生，区别是其再生厚度扩大至部分基层。在我国全深式再生技术的大部分工程中，水泥是使用最多的再生结合料，也有少量的工程会使用乳化沥青或者泡沫沥青。

图1.5 全深式再生

国内外研究现状

国内研究现状

20世纪七八十年代开始，我国就开始回收沥青混合料并用其来重新修筑道路。在当时，只有轻交通道路、道路垫层或者人行道会使用再生沥青混合料铺筑。从八十年代后期开始，随着高等级公路建设的规模和需求的不断扩大，当时新建公路工程全部使用全新的原材料，有关路面材料的再生技术的研究未受到足够多的关注，进展非常缓慢。路面维护或重新修建而产生的废旧路面材料基本都被当做建筑垃圾处理或弃置，在很大程度上造成了资源的浪费，同时也污染了环境。

时至今日，我国高等级公路的建设高峰期已经过去了十余年，这些公路将相继进入维修、改扩建阶段，废旧路面材料的再生和利用逐渐成为了社会和学术界关心的热点。科研机构、高等院校等对有关路面再生技术的进行了深入的研究，与此同时有关公路部门也应用相关成果在一些高等级公路上进行尝试和推广，成效显著。

国外研究现状

国外有关沥青路面再生的研究，最早是美国从1915年前后开始。而其后美国进行了大规模的全国公路建设，有关路面再生的研究有所停滞。1973年发生的石油危机又让美国重新重视路面再生技术，从此之后，美国进行了大范围的研究且研究成果巨大且具有一定实用价值。截止到上个世纪八十年代末，美国道路上使用的再生沥青混合料大约和全新的沥青混合料数量持平，重新得到利用的废旧沥青混合料比例超过了80%。

另一个非常重视再生技术研究的国家是日本，众所周知，日本的资源非常匮乏。目前在日本，70%的废旧沥青混合料都进行了再生并重新得到了利用。

欧洲许多国家也十分重视沥青路面再生技术的研究。最早将再生沥青混合料应用于高速公路建设的国家是德国。德国目前已经能够将废旧沥青路面材料进行100%的再生利用。在芬兰，绝大部分的城市和乡村会对废旧路面材料进行回收和贮存。过去只能用于低等级公路的路面和基层的再生材料目前己经可以应用于重交通道路的面层。在法国，再生技术研究的受重视程度也有了不少的提高，法国的高速公路、部分重交通道路的路面维修工程中已经逐渐开始应用沥青路面再生技术。

从美国、日本、欧洲等国家和地区的沥青路面再生利用技术的研究发展的现状可以看到，他们都非常重视再生的实际应用。他们在实际工程中的挖掘、铣刨、破碎、拌和等阶段使用的机械设备的研究和生产、研制再生剂等方面都取得了非常大的成果，一套完整实用的再生技术体系已经形成，可以说非常规范化、标准化。对于再生沥青混合料的研究，国外在其路用性能方面拥有大量的经验，但是相比之下，有关沥青路面再生的内在机理研究较少。

近年来，美国等国家为提高旧沥青混合料（RAP）的使用比例和经济效益，日益关注沥青再生微观方面的研究，开始注重再生沥青混合料再生微观机理研究，并采用直接的测试方法研究再生沥青微观状态和结构，整体上此类研究刚刚起步。

沥青老化再生机理

沥青的老化

沥青的老化主要是指沥青路面中的沥青混合料在长期的使用过程中，受到疲劳损伤和环境损伤，其各方面性能显著降低，主要表现为材料中沥青结合料的老化和骨料的细化，从而导致了路用性能的降低，从而降低了公路的使用质量。沥青在长期使用过程中产生挥发、氧化、聚合等变化，即沥青的化学组成和结构发生了变化，从而致使沥青的结构、性质和性能发生不可逆的变化。沥青再生指的是老化后的沥青通过采用合适的方法，其性能能够部分恢复甚至超过原本的性能。

沥青老化的基本表现如下：软化点升高，针入度下降，延度减小，粘度增大，分子量增大。沥青最终变硬变脆，原有的流动性、柔性和粘附性大大降低，失去了发挥其原有作用的能力。沥青路面的破坏或者路用性能的下降很大程度上是因为沥青老化后，沥青失去了原有的胶结能力并且延度降低，即变硬变脆，裂缝、松散等病害随即产生，最终导致的结果是路面的路用性能降低。

沥青的老化过程一般由两个阶段组成，即施工过程中加热老化和路面使用过程中的长期老化。

沥青的短期老化可分为三个阶段：

（1）运输和贮存过程的老化

沥青从炼油厂运送至拌和厂时的温度大约为70℃，沥青的温度在其装入贮油罐或池中时会降低。有关调查显示，油罐的密封环境以及与空气接触面积小导致沥青的技术性能在该阶段只发生了细微的变化，可以忽略。所以，沥青在运输阶段的老化并不严重。

（2）拌和过程中的热老化

在与骨料加热拌和的过程中，沥青处于薄膜状态并被加热，此时的老化环境比前一过程严重很多。这是

沥青短期老化最主要的一个阶段。

（3）拌和后施工期的老化

沥青混合料经拌和再运输到施工现场进行摊铺、碾压，此后沥青温度降低至环境温度，此时裹覆石料的沥青膜的温度还是非常高。所以沥青的热老化会在混合料摊铺、碾压、降温等阶段持续发展。

沥青混合料的长期老化有以下四个特征：

（1）沥青路面使用性能在早期（大约1~4年），沥青的针入度急剧变小，而后持续变小，但变化非常慢。气候、交通量和沥青品种等都会影响沥青性能发生变化的时间。

（2）沥青老化主要发生在路表与大气接触部分。所以，路面表层沥青的老化比路面下方内部的沥青发展要更快，路表向下大约0.5cm厚度处的沥青针入度大大降低。

（3）影响沥青老化的一个主要因素混合料的空隙率。由于交通荷载作用，路面更加密实，空隙率变小，因此，相比于路中行车带，路面边缘沥青的老化程度更高。

（4）沥青针入度降低到35~50时，路面较易开裂，当针入度进一步降低至25或更低时，路面会产生龟裂。

沥青各老化阶段现总结如下表。

表2-1 沥青老化各阶段

再生机理

旧沥青再生，在某种意义上来说，是沥青老化的逆过程，通过对旧沥青添加再生剂，使其各项性能达到质量指标要求。目前，沥青再生机理的研究主要基于两种理论：沥青胶体结构理论和沥青溶液理论。

沥青胶体结构理论

现代胶体理论认为，沥青的胶体结构组成如下：沥青质的固态微粒是分散相，芳香分、饱和分是液体，组成了分散介质，半固态的胶质起着胶溶剂的作用。沥青胶体结构根据其中各组分的化学组成和相对含量可分为以下三类结构：溶胶结构、溶—凝胶结构和凝胶结构。沥青溶液包含了三种成分：憎液的沥青质颗粒；憎液颗粒周围的保护其不发生聚合反应的亲液颗粒胶质，胶质连同包围着的沥青质组成胶团；而芳香分和饱和分则组成悬浮胶团的油相，胶质因其极性强在颗粒和油相之间进行过渡。各组分的相对含量及其性质配伍时，胶体溶液就是一个比较稳定的体系。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：31683字

相关图片展示：