吳國雄，鄧娟，梁勝超

（1重慶交通大學 土木工程學院，重慶 400074；2重慶建筑工程職業(yè)學院，重慶 400039；3重慶市市政設計研究院，重慶 400020）

0 引言

瀝青路面溫拌再生技術能極大限度降低結(jié)合料的拌合溫度，避免傳統(tǒng)熱拌再生施工溫度過高及冷拌再生施工溫度較低對路面性能產(chǎn)生不利影響[1]，確保瀝青混合料的路用特性，并大幅度節(jié)省燃料、降低生產(chǎn)過程中的老化和減少排放[2]。

目前，國內(nèi)針對WRAM路用性能的影響因素研究主要集中在單因素影響方面。 季節(jié)[3]、韓永強[4]及湯文[5]主要研究了RAP摻量對WRAM高溫性能、低溫性能和水穩(wěn)定性的影響。鄧昌中[6]研究了溫拌劑摻量對WRAM的高溫、低溫及水穩(wěn)定性能的影響規(guī)律。劉振丘[7]通過試驗研究了RAP摻量及RAP顆粒組成等單因素對HRAM路用性能的影響。針對RAP顆粒組成對WRAM各路用性能的影響以及關鍵因素 （溫拌劑用量、RAP摻量及其顆粒組成）對WRAM各路用性能的交互影響研究鮮有報道。因此，本文采用正交試驗進行WRAM路用性能關鍵因素影響分析。

1 原材料的選擇與性能檢測

1.1 集料

舊集料采用渝萬高速重慶至萬盛段上面層結(jié)構（AC-16）銑刨回收的石灰?guī)r，新集料采用石灰?guī)r。以 4.75 mm、9.5mm、19mm 為界限，將RAP 分為0～5mm、5～10mm、10～19mm三檔，去除19mm以上超粒徑集料。利用抽提法分離出瀝青和舊集料，通過篩分得到各檔級配。舊集料以4.75作為關鍵篩孔，分為小于4.75和大于4.75兩檔，采用四分法進行樣本取樣。按規(guī)定方法測定新舊集料各項指標，經(jīng)測定，新舊集料的技術指標均滿足規(guī)范[8]要求。

1.2 瀝青及溫拌劑

新瀝青選擇90#基質(zhì)石油瀝青，按規(guī)范測定新舊瀝青的相關技術指標均符合規(guī)范[9-10]使用要求。溫拌劑選用重慶某技術公司提供sasobit溫拌劑[11]。

2 配合比設計

2.1 級配優(yōu)選

選擇AC-16結(jié)構型，初步擬定粗中細3種合成級配，選用旋轉(zhuǎn)壓實儀成型試樣并參照superpave設計方法進行每種試拌合成級配的體積特征分析及級配評估[12]。級配設計如表1所示。

表1 AC-16型瀝青混合料三種合成級配設計

采用的舊料摻量為30%（0～5mm、5～10mm、10～19mm各檔比例為1∶1∶1），溫拌劑摻量為3%。 通過superpave試拌瀝青含量選擇方法確定3種級配試拌瀝青用量，拌合溫度為140℃，試件采取旋轉(zhuǎn)壓實儀130℃溫度成型試件，每種試拌級配制作兩個試樣，按照試拌合成級配評價方法預估混合料的體積特征和壓實特性，通過綜合分析和對照，選擇合成級配2為最佳合成級配，其體積特征和壓實特性如表2。

2.2 最佳瀝青含量的確定

按照合成級配2進行瀝青膠結(jié)料含量的選擇，擬定瀝青含量分別為3.6%、3.9%、4.2%、4.5%、4.8%。 根據(jù)superpave設計方法進行不同瀝青膠結(jié)料含量的混合料體積特性及壓實特性的對比分析，確定空隙率為4%時的瀝青含量為最佳瀝青含量，合成級配2的最佳瀝青含量為4.12%。

3 試驗方案制定

考慮到影響因素的多樣性，采用正交試驗方法進行WRAM路用性能影響因素主次關系及顯著性分析，用于指導路面結(jié)構設計。

3.1 因素和水平的選取

試驗擬定3個關鍵因素（RAP摻量、溫拌劑用量、RAP顆粒組成）作為因素對象，每個因素選取3個水平，即三因素三水平的正交試驗，如表3。

表3 因素水平表

3.2 正交試驗方案

結(jié)合本研究內(nèi)容進行三因素三水平正交設計，采用9種因素水平組合方案成型試件。試驗方案如表4。

4 WRAM路用性能關鍵因素影響分析

4.1 不同影響因素對WRAM水穩(wěn)定性影響分析

表4 正交試驗方案

通過凍融劈裂試驗評價WRMA的水穩(wěn)定性。為保證每個劈裂試件達到7%的空隙率，提前按目標空隙率計算混合料密度并稱料，旋轉(zhuǎn)壓實儀選擇等高模式，按照正交試驗的9組組合形式每組成型6個旋轉(zhuǎn)壓實試件，試件尺寸均為直徑100mm×高63.5mm。

每組正交試件隨機分成兩組，每組3個。按照規(guī)范[13]中試驗方法，第1組在常溫下保存?zhèn)溆?，?組進行凍融循環(huán)。試驗在25℃±0.5℃條件下，用50mm/min的加載速率進行凍融劈裂試驗，通過計算得到各組劈裂強度得到凍融劈裂強度比，計算結(jié)果如表5所示。

表5 正交試驗結(jié)果

采用方差分析法評價各因素顯著性，根據(jù)F檢驗標準進行F值與F臨界值的比較分析，得到各因素對WRAM水穩(wěn)定性的影響程度，方差分析表如表6所示。

根據(jù)表5中凍融劈裂強度比TSR的計算結(jié)果，采用方差分析法進行A、B、C三種因素顯著性評價，TSR F值與臨界值的對比分析如圖1所示。

表6 方差分析表

圖1 TSR的F值與臨界值

由表5及圖1可知，當α=0.01時，F(xiàn)A=128.72＞F0.01(2,2)=99；當α=0.01時，F(xiàn)B=13.07＞F0.1(2,2)=9。 對照F檢驗規(guī)范，確定B因素對凍融劈裂強度比具有顯著性影響，A因素對凍融劈裂強度比影響比較顯著。當α=0.05時，F(xiàn)C=2.30，C因素對凍融劈裂強度比無顯著性影響。即溫拌劑用量對WRAM水穩(wěn)定性影響顯著，RAP摻量對其影響較顯著，RAP顆粒組成對其無顯著影響。同時根據(jù)F值的大小判定三因素對凍融劈裂強度比影響的主次關系是：B、A、C， 即溫拌劑用量＞RAP摻量＞RAP本身組成。

通過對比分析進行不同因素水平的水穩(wěn)定性能評價，得到最優(yōu)水平組合，直觀試驗結(jié)果如表7所示，凍融劈裂強度比和值隨因素水平的變化規(guī)律如圖2所示。由表7及圖2可知，溫拌劑用量變化引起的凍融劈裂強度比變化情況為B1＞B3＞B2，即溫拌劑用量為2%時水穩(wěn)定性最好，溫拌劑用量為3%時水穩(wěn)定性最差。RAP摻量變化引起的TSR變化情況是A2＞A1＞A3，即RAP摻量為30%時水穩(wěn)定性最好，RAP摻量為45%時水穩(wěn)定性最差?；赗AP顆粒組成對凍融劈裂強度比無顯著性影響，不進行RAP顆粒組成優(yōu)選。綜合分析圖2及表7，得到建議的WRAM水穩(wěn)定性最優(yōu)組合為A2B1C2，最差組合為A2B1C2，A2B1C2較 A3B2C1凍 融 劈 裂 強度比提高了17.7%。

4.2 不同影響因素對WRAM高溫穩(wěn)定性影響分析

圖2 凍融劈裂強度比和值隨因素水平的變化規(guī)律

NCHRP 9-19項目的統(tǒng)計結(jié)果表明，線性范圍無圍壓條件下動態(tài)模量|G*|和車轍因子|G*|/sinδ與車轍有較好的統(tǒng)計相關性。因此采用SPT試驗裝置以45℃、10Hz的條件進行動態(tài)模量試驗， 選取|E*|和|G*|/sinδ的試驗數(shù)據(jù)分析不同影響因素對WRMA高溫穩(wěn)定性的影響。試驗結(jié)果如表5所示。

根據(jù)表5中動態(tài)模量|G*|和車轍因子|G*|/sinδ的計算結(jié)果，對A、B、C三種因素進行顯著性分析，表6中動態(tài)模量及車轍因子F值與臨界值的對比分析分別如圖4、圖5所示。由表5及圖4、圖5可知，當α=0.01時，F(xiàn)A=174.13＞F0.01(2,2)，F(xiàn)A=128.72＞F0.01(2,2)；當α=0.1時，F(xiàn)B=15.46＞F0.1(2,2)=9，F(xiàn)B=12.71＞F0.1(2,2)=9。 根據(jù)F檢驗標準，判定A因素對|G*|和|G*|/sinδ有顯著性影響，B因素對|G*|和|G*|/sinδ影響較顯著。 而FC=3.6，F(xiàn)C=6.88，C因素對|G*|和|G*|/sinδ無顯著性影響。即RAP摻量對WRAM高溫穩(wěn)定性有顯著性影響，溫拌劑用量對其影響較顯著，RAP顆粒組成對其無顯著性影響，定三因素判定三種因素對|G*|和|G*|/sinδ影響的主次關系為RAP摻量＞溫拌劑用量＞RAP顆粒組成。

表7 正交試驗結(jié)果和值匯總

圖3 動態(tài)模量的F值與臨界值

圖4 車轍因子的F值計算值與臨界值

圖5 動態(tài)模量和值隨因素水平的變化規(guī)律

圖6 車轍因子和值隨因素水平的變化規(guī)律

不同因素水平的動態(tài)模量|G*|和值如圖3所示，車轍因子和值如圖4所示。由圖3及圖4可知，RAP摻量變化引起的|G*|和|G*|/sinδ變化情況是A3＞A2＞A1， 即高溫 穩(wěn)定性隨RAP摻量增加持續(xù)增強。由表7及圖5、6可知，溫拌劑用量變化引 起的|G*|和|G*|/sinδ變化情況 是B3＞B2＞B1， 即高溫穩(wěn)定性隨RAP摻量增加持續(xù)增強?；赗AP顆粒組成對|G*|和|G*|/sinδ無顯著性影響，不對進行RAP顆粒組成優(yōu)選。綜合分析高溫穩(wěn)定性的關鍵影響因素可知，A3B3C2為最佳組合，A1B1C1為最差組合，A3B3C2較A1B1C1的|G*|提高了100.6%，|G*|/sinδ提高了119.1%。

4.3 不同影響因素對WRAM低溫抗裂性影響分析

通過瀝青混合料半圓彎拉(SCB)試驗測定試件最大荷載、豎向位移和試件尺寸等參數(shù)，進而求得試件的抗彎拉強度（RT）、勁度模量（ST）和破壞應變（ετ）。 采用旋轉(zhuǎn)壓實方式成型直徑150mm的圓柱體試件，并按規(guī)定將試件鉆芯切割成雙面平行的半圓試件，直徑100mm，高度63.5mm。試驗采用電子萬能試驗機連續(xù)加載至破壞，兩圓棒支點的距離為80mm，加載速率為50mm/min，溫度為-10℃，記錄最大破壞荷載和位移。正交試驗結(jié)果如表5。

根據(jù)表5中破壞應變ετ的計算結(jié)果，采用方差分析法進行A、B、C三種因素顯著性評價，表6中F值與臨界值的比較分析如圖7所示。

由圖7可知，當α=0.01時，F(xiàn)A=211＞F0.01(2,2)=99；當α=0.1時，F(xiàn)C=23.23＞F0.1(2,2)=9。 根據(jù)F檢驗標準，判定A因素對εT有顯著性影響，C因素對εT影響較顯著。 而FB=0.80，B因素對εT無顯著性影響。即RAP摻量對WRAM低溫抗裂性有顯著性影響，RAP顆粒組成對其有較顯著影響，溫拌劑用量對其無顯著性影響。三因素對εT影響的主次順序是：A、C、B，即RAP摻量＞ RAP顆粒組成＞溫拌劑用量。

圖7 破壞應變的F值與臨界值

圖8 破壞應變和值隨因素水平的變化規(guī)律

由表7和圖8可知，RAP摻量變化引起的εT變化情況是A1＞A2＞A3，即隨著RAP摻量增加，低溫抗裂性不斷降低。RAP顆粒組成變化引起的εT變化情況是C1＞C2＞C3， 即隨著RAP中組成顆粒粒徑增加，低溫抗裂性不斷降低?；跍匕鑴搅繉Ζ臫無顯著性影響，不對其進行優(yōu)選。綜合分析可知，考慮WRAM低溫抗裂性時，A1B1C1為最優(yōu)組合，A3B1C3為最差組合，A1B1C1較A3B1C3破壞應變提高了34.6%。

4.3 試驗結(jié)果分析

溫拌劑的用量和RAP摻量對WRAM的高溫穩(wěn)定性能和水穩(wěn)定性影響顯著，RAP摻量為45%時高溫穩(wěn)定性最優(yōu)，RAP用量的增加能有效節(jié)約成本，因此建議RAP摻量為45%。溫拌劑用量對水穩(wěn)定性有顯著性影響，對高溫性能影響較顯著。溫拌劑摻量為2%時不能使高溫性能達到最優(yōu)，但是能使水穩(wěn)定性最優(yōu)，溫拌劑用量減少利于節(jié)約成本，因此，建議溫拌劑用量為2%。此時建議最佳組合為：RAP摻量45%、溫拌劑用量2%、RAP的組成5～10mm。

RAP摻量對低溫性能有顯著性影響，對水穩(wěn)定性影響顯著；溫拌劑用量對水穩(wěn)定性有顯著性影響，對低溫性能無顯著性影響；RAP組成對低溫性能影響較顯著，對水穩(wěn)定性無顯著性影響。因此，建議低溫抗裂性和水穩(wěn)定性最佳組合為：RAP摻量15%、溫拌劑用量2%、RAP組成0～5mm。

5 結(jié)論

（1）通過正交試驗和方差分析得知各因素對WRAM各路用性能的顯著性影響。WRAM水穩(wěn)定性影響因素的主次關系為溫拌劑用量＞RAP摻量＞RAP顆粒組成，最優(yōu)組合A2B1C2較最差組合A3B2C1的TSR提高了17.7%。

（2）WRAM高溫穩(wěn)定性影響因素的主次關系為RAP摻量＞溫拌劑用量＞RAP顆粒組成，最優(yōu)組合A3B3C2較最差組合A1B1C1，|G*|提高了100.6%，|G*|/sinδ提高了119.1%。

（3）WRAM低溫抗裂性影響因素的主次關系為RAP摻量＞RAP顆粒組成＞溫拌劑用量，最優(yōu)組合A1B1C1較最差組合A3B1C3D，εT提高了34.6%。

（4）根據(jù)WRAM所應用的區(qū)域不同和關注的路用性能指標差異，建議RAP摻量為45%、溫拌劑用量2%、RAP組成5～10mm時，WRAM高溫穩(wěn)定性能和水穩(wěn)定性最優(yōu)；建議RAP摻量為15%、溫拌劑用量2%、RAP組成0～5mm時，WRAM低溫抗裂性和水穩(wěn)定性最優(yōu)。

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