不同工况对温拌再生沥青混合料性能的影响

交 通 节 能 与 环 保
Transport Energy Conservation ＆Environmental Protection
第18卷 第89期2022年06月V ol.18 No.3June. 2022
doi:10.3969/j.issn.1673-6478.2022.03.026
不同工况对温拌再生沥青混合料性能的影响
吴志刚1
（福建省高速公路养护工程有限公司，福建 福州 350000）
摘要：为研究不同因素（RAP 掺量、压实温度、温拌剂掺量）对温拌再生沥青混合料性能的影响，设计3种RAP 掺量（0、20%、40%），压实温度（100℃、120℃、140℃），温拌剂掺量（0、2%、4%）的正交试验，采用极差、方差分析法计算了不同因素对再生沥青混合料性能的影响程度，分析了影响因素与性能指标之间的显著性。

结果表明：压实温度对再生沥青混合料空隙率影响较为显著，RAP 掺量、温拌剂掺量影响程度次之；三种因素对再生沥青混合料的性能影响具有差异，应根据不同的控制目标确定因素水平；再生沥青混合料空隙率、劈裂抗拉强度受RAP 掺量、压实温度、温拌剂掺量的影响更显著，稳定度与这些因素之间关系不显著。

关键词：道路工程；再生沥青混合料；正交试验；极差分析；方差分析
中图分类号：U416.2 文献标识码：A 文章编号：1673-6478（2022）03-0110-04
Effects of Different Working Conditions on the Performance of Warm Mix
Recycled Asphalt Mixtures
WU Zhigang
（Fujian Expressway Maintenace Engineering Co.，Ltd ，Fuzhou Fujian 350000，China ）
Abstract ：To investigate the effects of different factors （RAP content ，compaction temperature ，warm mix agent content ） on the performance of warm mix recycled asphalt mixtures. Three kinds of RAP content （0，20%，40%），compaction temperature （100℃，120℃，140℃） and warm mix agent content （0，2%，4%） were designed by orthogonal tests. In addition ，the influence degree of different factors on the performance of recycled asphalt mixes was calculated by using range and ANOV A analysis ，and the significance between the influencing factors and performance indexes was analyzed. The results showed that the impact of compaction temperature on the air voids of recycled asphalt mixture is more significant ，RAP content and warm mix agent content is the second influence degree. The three factors have different effects on the performance of recycled asphalt mixture ，and the factor level should be determined according to different control objectives. The air voids and splitting tensile strength of recycled asphalt mixture are more significantly affected by RAP content ，compaction temperature and warm mix agent content ，but the relationship between stability and these factors is not significant.
Key words ：road engineering ；recycled asphalt mixture ；orthogonal test ；range analysis ；ANOV A analysis
收稿日期：2021-08-10
作者简介：吴志刚（1979-），湖北蕲春人，高级工程师，从事高速公路施工和管理工作.（********************）
0 引言
温再生技术是将温拌沥青混合料技术与沥青混
合料再生技术相结合形成的技术。

它以一个较低的温度拌和再生沥青混合料，避免了沥青短期老化，还对沥青废物进行了二次利用。

然而温拌沥青混合
吴志刚，不同工况对温拌再生沥青混合料性能的影响
第3期111 料在加工中是否比热拌沥青混合料在加工中具有更
好的稳定性与和易性，是否更容易被压实，仍然还
需要经过试验来加以验证[1]。

围绕温再生沥青混合料的性能研究，Guo等[2]
研究发现温拌再生沥青混合料的水稳定性、低温抗裂
性较不含有RAP的温拌沥青混合料低。

Marisa等[3]
研究发现100% RAP的温拌再生沥青混合料可用于
替代热拌沥青混合料用于路面铺筑。

姜轩等[4]研究
了不同沥青混合料回收料掺量的再生沥青混合料性
能。

韩永强等[5]设计不同RAP掺量的温拌再生沥青
混合料，并研究了再生混合料的最佳沥青用量、拌
和压实温度以及路用性能，分析了温拌再生混合料
的性能变化规律。

左锋等[6]使用沥青路面性能试验
评价了不同RAP掺量的再生沥青混合料性能的变化
趋势。

李达[7]采用冻融劈裂试验、水损害敏感试验
评价了RAP掺量对温拌再生沥青混合料水损害的影
响，发现RAP掺量增加在一定程度上降低了沥青混
合料的抗开裂能力。

季节等[8]研究发现温拌再生沥
青混合料水稳定性较热拌再生沥青混合料低，且热
拌及温拌再生沥青混合料水稳定性随RAP掺量的增
加而降低。

朱小刚[9]探究了高RAP掺量的再生沥青
混合料性能的变化趋势。

为此，本研究设计正交试验，研究不同RAP掺
量、不同压实温度以及不同温拌剂掺量对温再生沥
青混合料性能的影响，并采用极差与方差分析，研
究各影响因素对性能的影响程度。

1 原材料试验
再生沥青混合料使用的新集料为石灰岩，并采
用水洗分档筛分的方法分别测试新集料的基本性能
指标，结果见表1。

表1 新集料性能指标
Tab. 1 Performance indexes of new aggregate
集料类型试验项目技术要求试验结果
粗集料
表观相对密度≥ 2.5 2.703针片状含量/%≤ 1813.7压碎值/%≤ 2811.4洛杉矶磨耗值/%≤ 3018吸水率/%≤ 3.00.8
细集料表观相对密度≥ 2.5 2.711砂当量/%≥ 6063.2
矿粉毛体积密度/（g·cm-3）≥2.5 2.732
再生沥青混合料中使用的新沥青为SBS改性沥青，而RAP中的老化沥青则采用阿布森法将其与三氯乙烯溶剂分离，并测试老化沥青的基本性能，得到新老沥青的性能试验结果见表2。

温拌剂采用Evotherm温拌添加剂，再生剂采用RA-102型，再生剂用量为RAP质量比的0.1%，温拌剂用量为沥青的质量比。

表2 沥青性能指标
Tab. 2 Performance indexes of asphalt
沥青类型25℃针入度/0.1mm软化点/℃5℃延度/cm SBS改性沥青55.264.732.9
老化沥青32.856.514.1
RAP来自福建省福银高速将乐段，对路面进行铣刨处理，将铣刨出来的RAP进行筛分分别得到0 ~ 6 mm、6 ~ 12 mm、12 ~ 16 mm三种粒径规格，并采用抽提仪对不同粒径的RAP进行抽提得到沥青含量与级配，结果见表3。

表3 RAP级配与沥青含量
Tab. 3 RAP gradation and asphalt content 集料粒径/mm0 ~ 6 mm 6 ~ 12 mm12 ~ 16 mm
16.010*******
13.210010078.5
9.599.992.232.6
4.7596.82618.4
2.3662.917.41
3.3
1.1845.814.910.9
0.636.412.39.5
0.326.19.67.4
0.1519.27.5 5.7
0.07514.96 4.5
沥青含量/%7.22 3.11 2.21
2 试验设计
2.1 正交试验设计
采用正交试验设计方法，选取RAP掺量（A）、压实温度（B）、温拌剂掺量（C）作为影响因子，选取合适的水平进行三因素三水平正交试验，研究不同压实温度（100℃、120℃、140℃）、不同RAP掺量（0、20%、40%）以及不同温拌剂掺量（0、2%、
交 通 节 能 与 环 保第18卷
112
4%）对温再生沥青混合料的水稳定性的影响。

正交试验的因素水平见表4，具体正交试验方案见表5。

表4 因素水平表Tab. 4 Factors level
水平因素
A/%B /℃C/%10100022012023
40
140
4
表5 正交试验方案Tab. 5 Orthogonal test scheme
组别A/%B /℃C/%101000201202301404420100252012046201400740100484012009
40
140
2
2.2 级配设计
为尽量避免不同RAP 掺量的再生沥青混合料级配对性能产生影响，研究设计三种RAP 掺量的再生沥青混合料的级配基本一致，结果如图1
所示。

图1 设计级配曲线Fig. 1 Design grading curve
2.3 试件制备与测试方法
再生沥青混合料在拌和过程中，首先将RAP 及再生剂预拌60 s ，然后添加新集料及新沥青拌和
60 s ，最后添加矿粉拌和60 s 。

不同阶段的再生沥青混合料材料组成按照设计方案进行拌和，并采用马歇尔击实法制备再生沥青混合料试件。

根据规范中的测试步骤测定不同设计方案的再生沥青混合料试件的空隙率、稳定度、劈裂抗拉强度，计算残留稳定度及冻融劈裂抗拉强度比，评价再生沥青混合料的水稳定性。

此外，采用极差与方差分析法评价测试指标。

3 结果分析与讨论
采用上述方法测试不同方案的再生沥青混合料空隙率（VV ）、稳定度（MS ）、浸水稳定度（MS 1）、劈裂抗拉强度（RT 1）、冻融劈裂抗拉强度（R T2），计算残留稳定度（M S0）、冻融劈裂抗拉强度比（TSR ）指标，得到试验结果见表6。

表6 试验结果Tab. 6 Test results
组别VV/%MS/kN MS 1/kN MS 0/%R T1/MPa R T2/MPa TSR/%1 5.848.397.39880.430.26612 4.278.028.621070.550.581043 2.498.587.94930.70.881254 4.689.787.63780.530.50935
3.039.699.791010.730.881206 2.248.448.1396 1.12 1.03927 5.1812.4812.25980.840.52628 5.598.087.9198 1.220.95789
2.90
10.31
8.76
85
1.37
1.07
78
3.1 极差分析
根据表6试验结果，分别进行RAP 掺量（A ）、压实温度（B ）、温拌剂掺量（C ）与再生沥青混合料空隙率（VV ）、稳定度（MS ）、浸水稳定度（MS 1）、残留稳定度（MS 0）、劈裂抗拉强度（R T1）、冻融劈裂抗拉强度（R T2）、冻融劈裂抗拉强度比（TSR ）指标的极差分析，结果如表7 ~ 13所示。

其中，因素极差越大，说明该因素对试验结果的影响越大，反之则越小。

由表7可知，再生沥青混合料的空隙率会随着RAP 掺量的增加呈现先减小后增大的趋势；随着压实温度的升高，空隙率降低以及随着温拌剂用量的增加空隙率减小。

计算各个影响因素的极差并比较它们的大小得到各因素对试件空隙率影响程度顺序为：压实温度>RAP 掺量>温拌剂掺量。

吴志刚，不同工况对温拌再生沥青混合料性能的影响
第3期113
表7 空隙率极差结果
Tab. 7 Range results of air voids
因素A/%B/℃C/%水平1 4.20 5.24 4.56水平2 3.32 4.30 3.95水平3 4.56 2.55 3.57极差 1.24 2.690.99优先顺序 B > A > C
优先水平A2B3C3最优组合201404
表8 稳定度极差结果
Tab. 8 Range results of stability
因素A/%B/℃C/%水平18.3310.228.30水平29.308.609.37水平310.299.1110.25极差 1.96 1.62 1.95优先顺序 A > C > B
优先水平A3B1C3最优组合401004
表9 浸水稳定度极差结果
Tab. 9 Range results of immersion stability
因素A/%B/℃C/%水平17.989.097.81水平28.528.778.34水平39.648.289.99极差 1.660.81 2.18优先顺序 C > A > B
优先水平A3B1C3最优组合401004
表10 残留稳定度极差结果
Tab. 10 Range results of residual stability
因素A/%B/℃C/%水平10.96 0.88 0.94 水平20.92 1.02 0.90 水平30.94 0.91 0.97 极差0.04 0.14 0.07 优先顺序 B > C > A
优先水平A1B2C3最优组合01204
表11 劈裂抗拉强度极差结果
Tab. 11 Range results of splitting tensile strength
因素A/%B/℃C/%
水平10.56 0.60 0.92
水平20.79 0.83 0.82
水平3 1.14 1.06 0.76
极差0.58 0.46 0.16
优先顺序 A > B > C
优先水平A3B3C1
最优组合401400
表12 冻融劈裂抗拉强度极差结果
Tab. 12 Range results of freeze-thaw splitting tensile strength 因素A/%B/℃C/%
水平10.57 0.43 0.75
水平20.80 0.80 0.71
水平30.85 0.99 0.76
极差0.28 0.57 0.05
优先顺序 B > A > C
优先水平A3B3C3
最优组合401404
表13 冻融劈裂抗拉强度比极差结果
Tab. 13 Range results of freeze-thaw splitting tensile strength ratio 因素A/%B/℃C/%
水平10.97 0.72 0.77
水平2 1.02 1.01 0.92
水平30.73 0.98 1.02
极差0.29 0.29 0.26
优先顺序 B = A > C
优先水平A2B2C3
最优组合201204
再生沥青混合料稳定度变化趋势方面，由表8可知，再生沥青混合料的稳定度随着RAP掺量、温拌剂掺量的增加而增加，随着压实温度的升高而先降低后增加。

各因素对试件稳定度的影响程度基本一致。

由表9可知，再生沥青混合料的浸水稳定度随着RAP掺量、温拌剂掺量的增加而增加，随着压实温度的升高而降低。

各因素对试件浸水稳定度的影响程度为：温拌剂>RAP掺量>压实温度。

由表10可知，再生沥青混合料的残留稳定度与RAP掺量、温拌剂掺量相关较低，说明RAP掺量、温拌剂
掺量对残留稳定度的影响不明显。

然而，残留稳定度随着压实温度的升高呈先增加后减小的趋势，说明适宜的碾压温度将有利于改善再生沥青混合料的水稳定性。

不同因素对再生沥青混合料的残留稳定度的影响程度为：压实温度 > 温拌剂掺量 > RAP 掺量。

再生沥青混合料劈裂抗拉强度方面，由表11可知，再生沥青混合料的劈裂抗拉强度受到温拌剂掺量影响较小；随着RAP掺量及压实温度的升高呈增加的趋势。

不同因素对再生沥青混合料劈裂抗拉强度的影响程度为：RAP掺量>压实温度>温拌剂掺量。

由表12可知，再生沥青混合料的冻融劈裂抗拉强度受到温拌剂掺量影响较小；随着RAP掺量及压实温度的升高呈增加的趋势；不同因素对再生沥青混合料的冻融劈裂抗拉强度的影响程度为：压实温度>RAP掺量>温拌剂掺量。

由表13可知，再生沥青混合料的冻融劈裂抗拉强度比会随着RAP掺量、压实温度的增加呈先增大后减小的趋势，随着温拌剂用量的增加而增加，说明较低的RAP掺量将有利于改善再生沥青混合料的冻融抗水损性能，而较低的碾压温度将会降低沥青混合料中的沥青老化程度，增强沥青混合料之间的黏结性。

然而，较高的RAP 掺量以及碾压温度将会导致再生沥青混合料中老化沥青含量/沥青混合料中的沥青老化，降低再生沥青混合料的抗冻融水损性能。

此外，不同因素对再生沥青混合料的冻融劈裂抗拉强度比的影响程度为：压实温度 = RAP掺量 > 温拌剂掺量。

3.2 方差分析
为进一步判断影响因素对再生沥青混合料性能的影响程度，采用软件计算不同设计方案的再生沥青混合料的方差，结果见表14。

此外，为判断影响因素的显著性，根据各因素的显著性水平，采用F0.1（n1，n2），F0.05（n1，n2），F0.01（n1，n2）划分显著性水平（n1，n2分别为各个影响因素以及误差的自由度，本次研究的影响因素和误差的自由度均为2）。

因此，若F > F0.01（2，2），认为该因素对结果影响极为显著，记为“+++”；若F0.01（2，2） > F > F0.05（2，2），认为该因素对结果影响较为显著，记为“++”；若F0.05（2，2） > F > F0.1（2，2），则认为该因素对结果影响显著，记为“+”；若F < F0.1（2，2），则认为该因素对结果影响不显著，记为“-”。

其中F0.01（2，2） = 99.01，F0.05（2，2）= 19.0，F0.1（2，2） =9.0。

若R2 < 0.90，则认为这个模型的拟合程度较差，计算出来的方差结果参考意义较小[10]。

表14 水稳定性方差分析
Tab. 14 Variance analysis of moisture stability
源III 类平方和自由度均方F显著性VV
A/% 2.5972 1.29813.145+
B/℃12.0222 6.01160.859++
C/% 1.88020.9409.515+
误差0.19820.099R2 =0.988
MS
A/% 5.7622 2.881 5.008-
B/℃ 4.1132 2.056 3.574-
C/% 5.7022 2.851 4.956-
误差 1.15120.575R2 = 0.988
MS1
A/% 4.2912 2.1450.842-
B/℃ 1.00820.5040.198-
C/%7.7892 3.894 1.528-
误差 5.0982 2.549R2 =0.720
MS0
A/%0.00320.0010.143-
B/℃0.03220.016 1.624-
C/%0.00820.0040.409-
误差0.02020.010R2 = 0.685
R T1
A/%0.51720.259447.596+++
B/℃0.32220.161278.673+++
C/%0.04320.02137.000++
误差0.00120.001R2 =0.999
R T2
A/%0.12920.06519.168+++
B/℃0.49920.25073.878+++
C/%0.00320.0010.437-
误差0.00720.003R2 =0.989 TSR
A/%0.14420.072 4.612-
B/℃0.15220.076 4.864-
C/%0.09720.049 3.104-
误差0.03120.016R2 = 0.926由表14可知，浸水稳定度、浸水稳定度残留、冻融劈裂抗拉强度比的R2均小于0.95，拟合效果较差，不具备参考价值；压实温度对温再生沥青混合料的空隙率影响较为显著，而RAP掺量以及温拌剂掺量对其影响显著；三种因素对稳定度影响都不显著。

然而，RAP掺量、压实温度对未冻融及冻融劈裂抗拉强度影响极其显著，温拌剂用量对冻融劈裂抗拉强度影响较为显著，说明温拌再生沥青混合料在设计过程中需要重点关注其受冻融影响导致其性能不足的情况。

（下转第146页）
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4 结论
（1）温拌再生沥青混合料的空隙率受压实温度影响较为显著，而受RAP掺量、温拌剂掺量影响程度一般显著。

（2）极差分析结果表明，再生沥青混合料的性能受RAP掺量、压实温度、温拌剂掺量的综合影响，且不同因素对不同性能指标的影响程度不同。

（3）方差分析结果表明，再生沥青混合料空隙率、劈裂抗拉强度受RAP掺量、压实温度、温拌剂掺量的影响更显著，而三种因素对稳定度的影响不明显。

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