摘 要：
为了研究储存时间对再生冷补沥青混合料（Ｒｅｃｌａｉｍｅｄ Ｃｏｌｄ Ｐａｔｃｈ Ａｓｐｈａｌｔ Ｍｉｘｔｕｒｅ，ＲＣＰＡＭ）性能的影响，文章基于红外光谱、扫描电镜测试，评价了不同储存时间下旧沥青和冷补沥青（Ｃｏｌｄ Ｐａｔｃｈｉｎｇ Ａｓｐｈａｌｔ，ＣＰＡ）的扩散规律，量化验证了 ＣＰＡ 对旧沥青性能恢复的促进作用；并采用冷补法，以 １００％的铣刨料设计了 ＲＣＰＡＭ，采用车辙试验、浸水马歇尔稳定度试验、汉堡车辙试验和小梁弯曲试验评价了不同储存时间下 ＲＣＰＡＭ 的路用性能。结果表明：储存时间有利于 ＣＰＡ 对旧沥青的性能恢复及 ＲＣＰＡＭ 压实度的提高，储存期内 ＣＰＡ 对旧沥青的扩散有利于提高 ＲＣＰＡＭ 的高温性能和水稳定性；ＲＣＰＡＭ 中建议的 ＣＰＡ 掺量为 ２．８％。
关键词：再生冷补沥青混合料；微观分析；储存时间；性能评价
坑槽是沥青路面使用过程中的常见病害［１］，若不及时修补，不仅会降低路面的使用寿命，也会危及行车安全［２］沥青网sinoasphalt.com。 因此，及时有效的坑槽修补就显得尤为重要［３］。 目前的坑槽修补工艺中，根据修补材料和工艺的不同，分为热补法和冷补法两种。 热补法技术成熟，但材料制备和修补施工需要在高温条件下进行，可维修时间受气候条件限制，且存在环境污染、能源浪费和余料浪费问题，难以实现坑槽的及时有效修补［４］。 冷补法采用预制的冷补沥青混合料（Ｃｏｌｄ Ｐａｔｃｈ Ａｓｐｈａｌｔ Ｍｉｘｔｕｒｅ，ＣＰＡＭ）进行坑槽修补，具有材料随时取用、可全天候施工、无余料浪费等优势，但如何提升其使用性能、延长修补部位寿命是学者们目前广泛关注的问题［５］。
同时，在路面养护过程中会产生大量的沥青混合料回收料（Ｒｅｃｌａｉｍｅｄ Ａｓｐｈａｌｔ Ｐａｖｅｍｅｎｔ， ＲＡＰ）。
虽然 ＲＡＰ 整体无法满足沥青混合料的使用要求，但经过破碎、筛分处理后，可在道路建设中重复使用，从而减少新沥青和新集料的使用，符合低碳环保和绿色可持续发展理念［６－７］。 厂拌热再生是目前各种再生技术中性能最佳、应用最普遍的技术，但在应用过程中仍存在诸多技术问题，如 ＲＡＰ 加热效率低、旧沥青过度老化或性能恢复时间不足、再生沥青混合料性能不佳等［８－９］。 将 ＲＡＰ 用于冷补沥青混合料，具有以下优势互补潜力：（１） 冷补沥青混合料制备完成后将经历一个较长的储存期，具备冷补沥青（Ｃｏｌｄ Ｐａｔｃｈｉｎｇ Ａｓｐｈａｌｔ，ＣＰＡ）和旧沥青充分混溶的时间条件，使得较高的 ＲＡＰ 利用率成为可能；（２）ＲＡＰ 中旧沥青与集料的粘结性优异，可弥补冷补沥青混合料粘结性能差的缺陷［１０］；（３） 冷补沥青混合料采用常温制备和施工工艺，可避免旧沥青的二次老化［１１］，为旧沥青的高效利用提供保证。基于上述原因，论文结合冷补技术与再生技术，开展再生冷补沥青混合料 （ Reclaimed Cold PathAsphalt Ｍixtyre，ＲＣＰＡＭ） 的制备与性能评价研究。
（１） 基于混溶试验设计和微观测试手段研究了ＲＡＰ 中旧沥青与冷补沥青之间的扩散规律，验证了存储期对旧沥青性能恢复的促进作用；（２） 利用１００％的 ＲＡＰ 制备了RCPAM，基于拌和试验和析漏试验提出了合理的 ＣＰＡ 用量；（３） 通过简易搓条试验、车辙试验、小梁弯曲试验、浸水马歇尔稳定度试验、汉堡车辙试验等评价了不同存储时长RCPAM的路用性能。
１ 原材料
１．１ 沥青混合料回收料
所使用的 ＲＡＰ 取自某公路使用 ９ 年的沥青路面面层，原混合料类型为 ＳＭＡ－ １３，沥青结合料为ＳＢＳ 改性沥青。 利用抽提试验对 ＲＡＰ 分离集料与旧沥青，采用旋转蒸发试验回收旧沥青后，并分析ＲＡＰ 及其所含旧沥青的技术特性，结果见表 １。 可以看出，ＲＡＰ 中旧沥青的针入度仅为 １７，表明其老化严重，已无法满足热再生沥青混合料应用的技术要求。
１．２ 冷补沥青
采用基质沥青、添加剂和柴油稀释剂混合工艺进行 ＣＰＡ 制备。 基质沥青采用齐鲁 ７０＃道路石油沥青，技术性能见表 ２。 其中， （ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｇｒａｄｅ，ＰＧ）分级为沥青胶结料性能等级。
所用添加剂为乙烯基类硅氧烷类材料，由反应装置合成获得，作用在于改善 ＣＰＡ 与集料的黏附性，提高冷补沥青混合料的抗水能力及其与原沥青路面的粘结效果。 所用稀释剂为 ０＃柴油，其作用和优势在于：（１） 降低沥青黏度，并可补充旧沥青的轻组分；
（２） 与基质沥青和添加剂具有良好相容性；（３） 挥发速度适中，可为 ＣＰＡＭ 提供良好的储存性能，施工后可较快形成强度。 基于前期经验［１２］，制备 ＣＰＡ 的基质沥青、稀释剂和添加剂的质量比为 ７５∶２２∶３；制备工艺是将基质沥青加热至（１３５±５） ℃后加入稀释剂搅拌 ０．５ ｈ，控制混合物温度至（９０±５） ℃后加入添加剂搅拌 １．５ ｈ。
2 CPA 和旧沥青的扩散规律分析
为获得不同储存时间的 ＣＰＡ 和旧沥青混溶样品，设计了图 １ 所示的样品制备方案。先将 ２５ ｇ 经抽提、回收所得的旧沥青加热至流动状态，倒入 ３０ ｍｍ×１５０ ｍｍ 的试管中并冷却至室温。 然后，向试管中注入 １０ ｇ 的 ＣＰＡ，在室温下密封并垂直存放至不同的储存时间。 测试前，倒掉表层的 ＣＰＡ 后，在－１０ ℃ 环境下冷冻 １ ｈ 后，从顶端界面处切取 １ ｃｍ 厚的试样，用于微观测试分析。
２．１ 红外光谱分析
红外光谱分析可根据不同特征吸收峰的变化，获取测试对象官能团的种类和含量［１３］。 采用傅里叶红外光谱仪检测扩散 ０、７ 和 １４ ｄ 的样品及 ＣＰＡ，以研究储存时间对 ＣＰＡ－旧沥青扩散程度的影响。具体的测试条件为：扫描次数为 ３２ 次，分辨率为４ ｃｍ－１，采集间隔为 ４００ ～ ４ ０００ ｃｍ－１。 图 ２ 为 ＣＰＡ及不同存储时长混溶样品的透光率红外光谱图，可以看出，在波数 ３ ３９４ ｃｍ－１处有 Ｏ Ｈ 的振动吸收峰，并 且 在 ２ ９２３ 和 ２ ８５１ ｃｍ－１ 处 也 有—ＣＨ３ 和—ＣＨ２—的对称和反对称伸缩振动峰，表明 ＣＰＡ 和混溶样品中均含有非极性甲基和亚甲基；此外，波数９６８ 和 ７００ ｃｍ－１处分别出现了丁二烯中 Ｃ Ｃ 的振动吸收峰和苯乙烯中 Ｃ Ｈ 的弯曲振动吸收峰，是旧沥青中 ＳＢＳ 改性剂的体现。
由朗伯－比尔定律可知，官能团的含量应与吸收峰面积成正比，据此可定量研究储存时间对 ＣＰＡ－旧沥青扩散规律的影响。 吸光度、羰基指数和亚砜基指数由式（１） ～ （３）表示为
２．２ 扫描电镜分析
利用扫描电镜 ＳＵ５０００ 研究了扩散 ０、７ 和 １４ ｄ样品的微观形貌，放大倍数为 ５００ 倍，如图 ５ 所示。由图 ５（ａ）可知，旧沥青样品中含有密集的网状褶皱和光亮点， 这是沥青质和胶质聚集和交联的结果［１４］，与沥青轻组分挥发和发生缩合反应、沥青质和胶质含量增加的老化状态相符［１５］。 由图 ５（ｂ）可知，当样品储存 ７ ｄ 后，表面褶皱和亮点明显减少，这表明 ＣＰＡ 中的轻组分扩散到旧沥青中后，旧沥青中的沥青质和胶质物质比例逐渐降低。 当存放 １４ ｄ后，如图 ５（ｃ）所示，样品表面变得更光滑，亮点急剧减少、颜色变暗，也即轻组分得到了明显补充。 由此可见，随着储存时间的增加，ＣＰＡ 和旧沥青的扩散程度亦提高，旧沥青性能得以恢复。
3 再生冷补沥青混合料的制备与性能评价
３．１ ＲＣＰＡＭ 的制备
鉴于冷补技术与再生技术的互补优势，采用１００％的 ＲＡＰ 制备 ＲＣＰＡＭ。 其制备工艺是在 ＲＡＰ中加入一定量的 ＣＰＡ 后，常温搅拌 １８０ ｓ，即获得ＲＣＰＡＭ。 进 而， 根 据 表 ４ 中 的 不 同 储 存 时 间 的ＲＣＰＡＭ 外观等级控制最小 ＣＰＡ 掺量［１２］，利用析漏试验结果控制最大 ＣＰＡ 掺量，确定合理的 ＣＰＡ 掺量范围后，再利用简易搓条试验初步判定其施工和易性，优选 ＣＰＡ 掺量。
不同 ＣＡＰ 掺量、不同储存时间的 ＲＣＰＡＭ 的外观等级结果，以及其析漏试验结果见表 ５。 当 ＣＰＡ掺量为 ２．０％时，混合物表面油性差、色泽发暗，说明ＣＰＡ 掺量不足；当 ＣＰＡ 掺量为 ３．６％时，混合物表面非常油润，说明该 ＣＰＡ 掺量偏大。 因此，根据混合物的外观等级，ＣＰＡ 掺量以 ２．４％ ～３．６％为宜。
ＲＣＰＡＭ 的析漏损失随储存时间的增加而增大，这是 ＣＰＡ 中 的 轻 组 分 扩 散 至 旧 沥 青 之 中 后，ＲＣＰＡＭ 表面 ＣＰＡ 的黏度增加所致。 当 ＣＰＡ 掺量为 ３． ６％ 时， 析 漏 损 失 达 ０．２２％， 超 过 了 析 漏 损失＜０．２０％的要求。 结合外观等级评定结果与析漏损失结果可知，ＲＣＰＡＭ 合理的 ＣＰＡ 含量范围为２．４％ ～３．２％。
坑槽冷补料具有施工和易性的客观要求，即存储期内易于分散、施工环节易于压实。 参照施工现场测试土壤最佳含水率的方法，检验 ＲＣＰＡＭ 的压实性和疏松性，以判定其施工和易性。 测试方法为：将 ＲＣＰＡＭ 用手攥握搓条，再松开观察，如果成团，则它的压实性较好；如果成团的 ＲＣＰＡＭ 经拍打后可分散开，则其具有较好的疏松性。 对 ＲＣＰＡＭ 存放 ０、７ 和 １４ ｄ 后进行测试，并将 ＲＣＰＡＭ 的压实性和疏松性分为优、良、差 ３ 个等级，如图 ６、７ 所示。
表 ６ 给出了不同 ＣＰＡ 掺量的 ＲＣＰＡＭ 经历不同储存时间后的施工和易性测试结果。 可以看出，储存时间提高了 ＲＣＰＡＭ 的压实性，但对疏松性几乎无影响。 综合压实性和疏松性测试结果，ＣＰＡ 的优选含量为 ２．８％，后续以此含量的 ＲＣＰＡＭ 开展路用性能分析。
３．２ ＲＣＰＡＭ 的路用性能评价
参考对热拌沥青混合料路用性能的评价方法，分别以车辙试验、浸水马歇尔稳定度试验、汉堡车辙试验和弯曲试验，评价 ＲＣＰＡＭ 的高温性能、水稳定性和低温性能等路用性能［１６］。 ＲＣＰＡＭ 的 ＣＰＡ 含量取 ２．８％，取 ４ 个存储工况后进行试件制备，即常温储存 ０、７ 和 １４ ｄ，以及 １１０ ℃ 烘箱养护至恒重后（模拟稀释剂完全挥发状态）。
ＲＣＰＡＭ 车辙试验及变形曲线分别如图 ８、９ 所示。 ６０ ℃车辙试验得到的 ０、７、１４ ｄ 以及稀释剂挥发后的动稳定度分别为 ５０２、７２０、８１６ 和 ５ ７２７ ｍｍ。
可以看出，随着储存时间的增加，ＲＣＰＡＭ 的车辙变形量减小、动稳定度增大，储存１４ ｄ后动稳定度已达到了普通热拌沥青混合料的技术要求；而稀释剂完全挥发后车辙变形量最小，此时动稳定度是储存 ０ ｄ 样品的 １１ 倍，说明储存期间 ＣＰＡ 与旧沥青的混溶有效提高了材料的抗车辙能力，而当稀释剂完全挥发后，抗车辙变形能力得到了明显提升。
水稳定性是评价 ＣＰＡＭ 的重要指标，采用浸水马歇尔稳定度试验［１７］ 和汉堡车辙试验评价其水稳定性。 其中，汉堡车辙试验试件采用旋转压实仪制备，其高度为 ６２ ｍｍ、测试温度为 ２５ ℃ ，并以浸水环境下碾压 ２０ ０００ 次为终止条件。 图 １０ 给出 了ＲＣＰＡＭ 浸水马歇尔试验的残留稳定度测试结果，由此可见，ＲＣＰＡＭ 存放 ０ ｄ 时的残留稳定度最小，经历不同时间的储存后，残留稳定度均有所增加，这表明存储期内 ＣＰＡ－旧沥青的混溶有利于提升 ＲＣＰＡＭ 的水稳定性。 汉堡车辙试验中，试件通常经历压实、蠕变和剥落 ３ 个阶段，并以蠕变阶段和剥落阶段拟合线的交点，即剥落拐点（Ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ Ｉｎｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｐｏｉｎｔ， ＳＩＰ）作为 水 稳 定 性 的 指 标［１８］。 图 １１ 为 储 存 ０ ｄ 的ＲＣＰＡＭ 的 ＳＩＰ 计算图示，表 ７ 列出了不同储存时间ＲＣＰＡＭ 的 ＳＩＰ 结果，该结果同样验证了储存时间的增加有利于其水稳定性的改善。
图 １２ 和表 ８ 给出了不同储存时间 （ ０、 ７ 和１４ ｄ及稀释剂完全挥发后） ＲＣＰＡＭ的低温性能测试结果。 需要指出的是，储存 ０、７、１４ ｄ 的样品发生了脱模后松散（如图 １２（ ａ）所示）、切割中断裂（如图 １２（ｂ）所示）、切割后过度变形（如图 １２（ｃ）所示）现象，无法完成弯曲测试。 这表明，储存时间较短时，ＲＣＰＡＭ 整体处于柔软状态，故无低温开裂隐患；稀释剂完全挥发后样品可切割成型，完成了低温弯曲试验，其最大弯拉应变值为 ３ ０３８με，仍可满足规范中不小于２ ８００με的要求。
4 结论
冷补技术与再生技术结合，制备了再生冷补沥青混合料 ＲＣＰＡＭ，评价了 ＣＰＡ 和旧沥青中的扩散程度，进而制备了 ＲＣＰＡＭ 并完成了性能评价，分析了不同储存时间对 ＲＣＰＡＭ 路用性能的影响，主要得出以下结论：
（１） 随着储存时间的延长，ＣＰＡ 和旧沥青的扩散程度增加，旧沥青性能得到恢复。
（２） 储存时间提高了 ＲＣＰＡＭ 的压实度，但对疏松性没有明显影响；ＣＰＡ 掺量为 ２．８％时，ＲＣＰＡＭ具有良好的施工和易性。
（３） 储存期内 ＣＰＡ 和旧沥青的扩散有利于提升 ＲＣＰＡＭ 的高温性能和水稳定性，特别是当稀释剂完全挥发后，提升幅度明显；储存时间较短时，ＲＣＰＡＭ 整体柔软，故无低温裂缝隐患，即使稀释剂完全挥发后，仍具有良好的低温性能。
原创作者：李磊１，赵忠言１，耿立涛２，∗，胡江海３，黄璞２，李依煌４,１．湖北樊魏高速公路有限公司，湖北 襄阳 ４４１１２３；２．山东建筑大学 交通工程学院，山东 济南 ２５０１０１；３．山东高速湖北发展有限公司，湖北 武汉 ４３００００；４．湖北联合交通投资开发有限公司，湖北 武汉 ４３００００。
