应力吸收层热再生混合料力学性能与路用性能试验研究

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DOI: 10.13379/j.issn.1003-8825.202112056 开放科学（资源服务）标识码（OSID）

应力吸收层热再生混合料力学性能

与路用性能试验研究

彭冬青

（中铁十八局集团有限公司天津国际工程分公司，天津　300222）

摘要：RAP中细集料的老化沥青含量大，再生利用价值高，将RAP应用于应力吸收层混合

料，可最大资源化提升RAP再生利用价值，降低应力吸收层混合料建设成本。采用车辙试验、小梁

弯曲试验、预切缝半圆弯拉试验、复合梁试件扭剪试验、拉拔试验、扭剪疲劳试验、Over Test评价

热再生应力吸收层混合料的高低温性能、层间抗剪切性能、抗剪切疲劳性能和抗反射裂缝性能。结果

表明：随着RAP掺配比例增大，热再生应力吸收层混合料的油石比降低、高温性能增强，但增大

RAP掺量导致热再生应力吸收层混合料低温弯曲应变、断裂能、扭剪强度、拉拔强度、扭剪疲劳寿命

和抗反射裂缝性能均降低。在50 %RAP掺量下，热再生应力吸收层混合料的动稳定度3 604次/mm，

低温弯曲应变4 890 με，且Over Test（OT）加载达到了1 200周期，聚合物胶粉复合改性沥青热再生

料应力吸收层混合料具有优异的高温韧性和低温延展性与抗反射裂缝性能。

关键词：路面工程；聚合物胶粉复合改性沥青；应力吸收层；热再生混合料；RAP掺量；力学

性能

中图分类号：TU502+.6 文献标志码：A文章编号：1003 − 8825(2022)04 − 0107 − 07

0 引言

目前，我国各等级公路普遍采用无机结合料稳

定类基层底基层，以水泥稳定级配碎石为典型代表

的半刚性基层虽然便于就地取材、强度高、成本

低、施工便捷、技术成熟，但由于其自身温缩、干

缩变形会导致沥青路面产生反射裂缝[1

3]。若灌缝

不及时或处治失效，会导致水沿裂缝渗入基层，在

行车动荷载作用下产生基层冲刷、面层啃蚀、沥青

混凝土脱落病害，尤其是在我国北方地区，在融雪

盐-荷载-冻融循环交替作用下，因半刚性基层反射

裂缝而诱发的开裂及病害迅速扩大产生的次生病

害[4

7]。为了解决这一问题，目前成熟的抗裂措施

有：一是设置改性沥青稳定密级配混凝土应力吸收

层或（纤维）改性沥青碎石应力吸收层，利用沥青

的自愈合性能和延展性来延缓裂缝的产生与发展，

同时起到了防水、防止反射裂缝等作用；二是铺设

土工格栅（土工布），利用土工材料优异的抗拉性

能来阻止裂缝发展至沥青混凝土面层；三是采用大

厚度沥青混凝土面层。研究表明：应力吸收层由大

量的细集料、矿料和特殊的高含量、高性能改性沥

青组成[8

11]。其中，新添加改性沥青用量一般在

6 %～10 %，所占比重较大，相当于形成一层富油

沥青混合料层，这既保证了沥青层与基层之间的黏

结，也保证了应力吸收层有突出的低温延展性、柔

韧性及抗疲劳性能，可极大程度缓和行车荷载的冲

击振动，起着黏结、密封、防水、抗Top-Down

反射裂缝和Down-Top疲劳裂缝作用[12

14]。

在我国大量沥青路面养护维修工程中，既要延

缓设置组织Top-Down反射裂缝继续发生、发展，

又要解决铣刨回收的沥青路面材料（RAP）再生利

用问题。沥青路面材料的再生包含两方面含义[15]，

即RAP中老化沥青的再生与利用和RAP中集料的

再利用，RAP中0～5 mm的再生料粒径小、沥青含

量高，RAP细料中包含有丰富的老化沥青，因此，0～

5 mm粒径再生料颗粒单独使用尤为重要。研究表

明[4

7]：RAP分级越细，RAP的掺配比例越小，级

配变异性越小，相应的热再生混合料性能越稳定，

RAP掺量越高，热再生混合料的经济效益越好，

收稿日期：2022 − 01 − 27

作者简介：彭冬青（1982 −），女，山东临沂人。工程师，主要从

事建筑业经营数据统计分析及工程投标等方面的工作。

E-mail：sxrsxr1999@126.com。

彭冬青：应力吸收层热再生混合料力学性能与路用性能试验研究 · 107 ·

但同时因RAP变异性大和RAP自身缺陷导致热再

生混合料性能衰减越明显，热再生混合料制备难度

也就越大。

结合应力吸收层混合料沥青用量大的特点，

本文将RAP筛分后的细集料掺入应力吸收层混

合料中，基于室内试验探讨RAP掺量对应力吸

收层混合料高低温性能、层间抗剪切性能、剪切

疲劳性能和抗反射裂缝性能的影响，研究成果为

铣刨回收再生料应用于新铺应力吸收层混合料提

供参考。

1 热再生应力吸收层混合料力学性能试验

1.1 原材料

1.1.1 RAP

采用云南昆明某高速公路大中修工程铣刨的表

面层沥青混凝土，原路面已经服役10年，旧路表

面层采用SBS（5 %SBS，PG76-22）改性AC-13

沥青混凝土。根据实体工程经验和AC-10矿料级

配要求，将RAP烘干后筛除大于9.5 mm颗粒备

用，0～9.5 mmRAP共分为0～0.3 、0.3～2.36 、

2.36～4.75 、4.75～9.5 mm四档。经检测，

RAP各项性能满足《公路沥青路面再生技术规

范》（JTG/T 5521—2019）要求，具备热再生的条

件。RAP技术性能与指标要求，见表1。

表1RAP技术性能与指标要求

材料检测项目检测结果 JTG/T 5521—2019

技术要求

RAP

沥青含量/%4.76 ≥3.8

最大颗粒粒径/mm 9.5 ≤10

砂当量/%64.5 ≥60

RAP中

粗集料

针片状含量/%11.8 ≤15

最大颗粒粒径/mm 6.0 ≤9.5

压碎值/%19.7 ≤26

RAP中

的沥青

25 ℃针入度/（0.1mm）46.7 ≥10

软化点/℃82.7 实测

15 ℃延度/cm 8.6 实测

0～0.30 mm沥青含量/%7.9 实测

0.30～2.36 mm沥青含量/%6.6 实测

2.36～4.75 mm沥青含量/%4.9 实测

4.75～9.50 mm沥青含量/%3.7 实测

1.1.2 再生剂

采用RA-1型再生剂，符合JTG/T 5521—2019

技术要求。不同再生剂掺量老化沥青针入度指标性

能，见表2。根据不同再生剂掺量下老化沥青针入

度指标变化趋势，确定最佳再生剂掺量为8 %。

表2不同再生剂掺量老化沥青针入度指标性能

试验指标 0 %RA-1 4 %RA-1 6 %RA-1 8 %RA-1 10 %RA-1

针入度/（0.1 mm）46.7 53.6 58.5 61.5 63.21

软化点/℃82.7 76.8 74.4 71.6 69.8

5 ℃延度/cm 0 8.6 14.8 19.8 21.3

15 ℃延度/cm 8.6 36.8 67.8 ＞100 ＞100

1.1.3 聚合物胶粉复合改性沥青

自制聚合物胶粉复合改性沥青，原材料主要

有A-#70基质沥青，货车轮胎胎面胶粉、星型

YH-791SBS改性剂和橡胶油。原材料均满足相关

规范要求。聚合物胶粉复合改性沥青主要技术指

标，见表3，符合《路用废胎胶粉橡胶沥青》

（JT/T 798—2019）要求。

表3聚合物胶粉复合改性沥青主要技术指标

试验指标聚合物胶粉

复合改性沥青

JT/T 798—2019

技术指标

针入度/（0.1 mm）55 40～60

软化点/℃73 ≥65

5 ℃延度/cm 37 ≥20

25 ℃弹性恢复率/%91.7 ≥80

135 ℃黏度/（Pa·s）2.86 2.0～3.5

离析软化点差/℃2.1 ＜3

1.1.4 集料

0～5 、5～10 mm两档新集料采用石灰岩机制

砂、石灰岩磨细矿粉，各项性能满足《公路沥青路

面养护设计规范》（JTG 5421—2018）要求。

1.2 试验方案

设计4组（20 %、30 %、40 %、50 %）RAP

掺量热再生应力吸收层混合料AC-10，以空隙率和

马歇尔稳定度为主要设计指标，确定不同RAP掺

量AC-10应力吸收层混合料的最佳沥青用量。采

用车辙试验、小梁弯曲试验和预切缝半圆弯拉试验

评价热再生应力吸收层混合料的高低温性能，采用

复合梁试件剪切试验和扭剪试验，评价应力吸收层

混合料的层间抗剪切性能和抗剪切疲劳性能。基

于Over Test评价热再生应力吸收层混合料的抗反

射裂缝性能。

1.3 试验方法

第一，车辙试验温度60 ℃，低温小梁弯曲试

验温度−10 ℃，试验方法按照JTG 5421—2018相

关要求进行。

第二，预切缝半圆弯拉试验温度−10 ℃，半圆

试件直径150 mm，试件厚50 mm，预切口10 mm×

10 mm，试验加载条件同低温弯曲试验。

路基工程

· 108 ·Subgrade Engineering 2022年第4期（总第223期）

第三，制备C40混凝土板，表层拉毛6 mm后

养生7 天，在混凝土板上轮碾法铺筑3 cm厚

AC-10应力吸收层混合料+5 cmAC-16沥青混合料

（油石比4.5 %），室温放置2 天后钻取100 mm

直径圆柱体试样。剪切试验时将试件在25 ℃水浴

中放置6 小时，在UTM-30液压伺服疲劳机上进

行扭剪试验、拉拔试验、扭剪疲劳试验，扭剪试验

剪切角度为1 °/min，拉拔试验拉伸速率为

5 mm/min，剪切疲劳试验加载疲劳10 Hz，应力水

平为0.1～0.4。

第四，Over Test（OT）试验根据美国TEX-

248-F《Over Test》）（2009）进行，采用旋转压实

成型试样，切割厚38 mm，宽76 mm，长150 mm，

两端呈半圆状（直径76 mm）试件。试验温度为

25 ℃，试验时首先施加4.5 N竖向力保持8 小时，试

件底部钢膜留有2～3 mm间隙，试验荷载为三角

波，循环周期10 秒，控制裂缝的目标位移0.625 mm，

以应力吸收层混合料达到目标位移时的循环波加载

次数为评价指标，同时设定最大加载波周期为

1 200次。Over Test（OT）试验，见图1。

环氧黏结剂

可移动端固定端

底板

沥青混合料

（a）试验示意（b）试验结束后破坏的试件

图1OverTest（OT）试验

2 不同RAP掺量热再生应力吸收层混合料配合比

不同RAP掺量AC-10矿料级配，见表4。

20 %～50 %RAP掺量下热再生混合料的矿料级配

满足悬浮密实型沥青混合料级配要求，并且各

RAP掺量下矿粉含量、粗细集料比均差异不大，

矿料级配对热再生应力吸收层混合料性能的影响可

忽略。

表4不同RAP掺量AC-10矿料级配

筛孔尺

寸/mm 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075

0 %RAP 100 99.4 71.4 53.5 38.6 24.6 16.8 10.8 7.1

20 %RAP 100 99.1 70.1 52.9 37.8 24.1 15.9 10.6 6.9

30 %RAP 100 98.2 69.9 51.8 37.2 23.8 14.8 10.1 6.7

40 %RAP 100 97.6 68.1 49.8 36.9 23.2 14.2 9.9 6.5

50 %RAP 100 96.8 67.8 49.3 36.6 22.9 13.9 9.8 6.4

规范要求 100 90～

100

45～

30～

20～

13～

9～

6～

16 4～8

按照目标空隙率和马歇尔指标设计AC-10应

力吸收层混合料的最佳沥青用量。初选的油石比

为5 %～9 %，不同RAP掺量AC-10沥青混合料

的马歇尔稳定度与空隙率随油石比的变化，见图2。

随着油石比增大，AC-10改性沥青混合料应力吸收

层的马歇尔稳定度先增大后减小、空隙率线性下

降，以马歇尔稳定度峰值确定最佳改性沥青用量，

同时兼顾目标空隙率2 %～4 %，对最佳沥青用量

进行修整。确定0 %、20 %、30 %、40 %、50 %

RAP掺量AC-10改性沥青混合料应力吸收层混合

料最佳油石比分别为8.9 %、7.8 %、7.1 %、6.6 %、

6.0 %，对应的马歇尔稳定度分别为14.8、13.9、

12.3、11.7、10.4 kN，空隙率分别为2.0 %、2.1 %、

2.6 %、2.5 %、2.1 %，满足马歇尔稳定度大于8.0 kN

和空隙率2 %～4 %要求。增大RAP后，AC-10

改性沥青应力吸收层混合料的最佳油石比减小，这

主要是，再生剂主要成分为轻质油，RAP表面老

化沥青主要成分为沥青质、胶质，轻质组分的缺失

使得老化沥青丧失黏结强度，添加再生剂后，根据

新旧沥青调和理论，再生剂作用下，老化沥青吸收

再生剂的轻质组分，新沥青与老化沥青融合后老化

沥青可起到部分新沥青的作用，因此，新掺加的胶

粉复合改性沥青用量降低。

5 6 7 8 9

马歇尔稳定度/kN

油石比/%

56789

0 %20 %30 %40 %50 %

空隙率/%

油石比/%

（a）马歇尔稳定度（b）空隙率

图2不同RAP掺量马歇尔稳定度与空隙率随油石比的变化

3 不同RAP掺量热再生应力吸收层混合料性能评价

3.1 高低温性能

AC-10应力吸收层混合料高低温性能（车辙试

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标签： #应力吸收层 #再生 #混合料

摘要：

作者通过车辙试验、小梁弯曲试验等多种试验，探究了 RAP 掺配比例对热再生应力吸收层混合料性能的影响。结果显示，RAP 掺量增大能增强混合料高温性能，但会降低其低温延展性、抗剪切性能和抗反射裂缝性能；并得出在 50% RAP 掺量下，该混合料仍具备优异的高低温性能和抗反射裂缝性能的结论。

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