资源短缺与道路养护维修量不断增加之间的矛盾，使得旧沥青混合料的再生利用已经成为沥青路面可持续发展的必由之路。在沥青混合料中少量地使用旧料，对其路用性能不利影响较小，甚至使高温性能更优^{[1, 2]}，因此，小比例旧料组成的再生料已经为大家所接受，但随着旧料产量的增加，使得大比例旧料掺量的再生料的研究成为研究热点^{[3, 4, 5]}。一般认为，再生料中旧料的合适掺量在30%以内^{[6, 7]}，其掺量主要根据再生料的路用性能来决定。

力学特性是沥青混合料的基本性能，针对再生料力学特性的研究成果认为，旧料的使用将增加沥青混合料的强度和模量^{[8, 9]}，这些研究将旧料作为一个整体进行考虑，并没有区别旧料成分对沥青混合料性能的影响。本研究将旧料分为粗、细两个部分，通过掺加不同比例的粗、细旧料组成沥青混合料，对比研究旧料成分对沥青混合料力学性能的影响，为分类利用旧料提供必要的研究基础。

(1)旧料的预处理

本研究旨在将旧料细分为粗、细两个部分后，分别与新料组成沥青混合料后测试其力学性能。为此，首先将旧料采用4.75 mm的筛网进行热筛分，筛分前将旧料放入100 ℃烘箱中加热3 h，然后人工将旧料尽量分散后，采用4.75 mm的筛网将旧料分为粗、细两个部分备用。

(2)试件的成型

采用马歇尔试验方法成型试件，为了减小成型对试验结果的影响,部分步骤略有区别，关键工序如下：

①成形前的加热：将拟掺加的旧料在150 ℃的烘箱中加热5 h；新集料在180 ℃的烘箱中加热5 h，新沥青加热温度为160 ℃。

②拌和成型：为了确保新旧材料受热均匀、一致，本研究将新集料与新沥青拌和均匀后，再将旧料放入拌和锅充分拌和，将拌和好的混合料放入160 ℃ 的烘箱中保温2 h后，采用马歇尔试验方法击实成型马歇尔试件，双面击实75次。

(3)力学性能评价方法

本研究分别采用15 ℃的间接拉伸模量试验和劈裂强度试验评价沥青混合料的力学特性。与此同时，为了评价冻融条件对再生混合料力学特性的影响，本研究将各种再生料冻融循环后的试件进行了劈裂试验。具体试验条件如下：将试件分为非条件试件和条件试件两组，条件试件冻融循环条件为试件真空饱水后，在-18 ℃低温箱中保温24 h后，将试件取出后，立即放入已保温为60 ℃的恒温水槽中48 h，然后将试件在室温放置24 h。劈裂试验前将两组试件在15 ℃环境箱中保温5 h。

2 沥青混合料组成方案 2.1 旧料组成成分分析

本研究所用旧料为江苏某高速公路的上面层AC-13改性沥青混凝土，通过旧料预处理将旧料RAP分为粗RAP(大于4.75 mm)、细RAP(小于4.75 mm)两个部分。为了评价这种方法的可靠性，分别对旧料、粗旧料、细旧料进行了抽提，并依据回收的粗、细旧料的质量比(粗旧料占73.3%、细旧料占26.7%)合成得到合成结果，如表 1所示。

从表 1中的分析结果可知：由于沥青的黏附性导致粗RAP中不可避免附着部分细料；通过RAP抽提结果与粗RAP和细RAP抽提数据合成结果进行对比分析可知两者之间的差值很小，说明抽提结果能够很好地代表粗、细旧料的级配组成及沥青含量，可以作为下述研究级配组成的依据。

为了研究粗、细旧料分别对沥青混合料力学特性的影响，基于表 1中的组分分析，本研究以RAP级配为目标级配，根据新、旧料组成不同，分别设计了6种级配：细料基本用旧料、粗料基本用旧料、细料用一半旧料、粗料用一半旧料、全新料、全旧料，依次编号为级配1~级配6。6种级配再生混合料的组成如表 2所示。

本研究所用新集料均分档筛分后逐档抓配，新料的各项检测指标均满足技术规范的要求，其中沥青采用PG76-22的SBS改性沥青。

试验仪器采用意大利CONTROLS公司的15 kN气压伺服动态试验系统，试验过程中可以利用固定在传感器固定架上的径向传感器测量试件横向水平变形。本研究具体试验方法参考欧洲CEN 标准中热拌沥青混合料间接拉伸模量试验方法：EN12967-26 Annex C^[10]。劲度模量按照下式计算：

式中,S_m为劲度模量；F为荷载峰值；z为试件水平变形；h为试件高度；μ为泊松比，本研究取0.3。

本试验为位移控制模式，因此试验时需要设置水平位移峰值大小，已有的研究经验表明：水平位移峰值，直径为150 mm的试件取(7±2) μm比较合适，直径为100 mm的试件取(5±2) μm比较合适。本研究根据试验设备荷载范围，水平位移峰值取3 μm。

本研究过程中，为了考虑频率对再生料劲度模量的影响，选用0.1，1，10 Hz共3个频率进行了对比试验，试验结果如表 3所示。

从表中的试验结果可知，在本研究采用的3个频率下均是纯旧料组成的混合料模量最大，其次是细料采用旧料的混合料，新料组成的混合料模量最小。将表 3中的模量大小与表 2中的材料组成比例相比较发现：再生料的拉伸劲度模量大小与新沥青用量具有较好的相关性，新沥青用量越大模量越小，而与旧料的用量关系不大，由此可见，再生料中影响其劲度模量的主要是旧沥青，而旧集料对其影响较小。

通过表 3中不同频率的劲度模量比值可见，在0.1 Hz下，纯旧料组成混合料的模量是纯新料组成混合料模量的2.96倍；而在10 Hz下，纯旧料组成混合料的模量是纯新料组成混合料模量的1.79倍。由此可见，频率增加旧料对再生料模量的影响减小，在高频率下(10 Hz)级配3~5的模量区别不大。根据沥青混合料的时温等效原理^[11]进行分析其原因可知，高频对应低温条件，此时旧沥青混合料和新沥青混合料模量区别并没有高温条件下那么明显。为了明显地区别旧料对沥青混合料力学特性的影响，建议采用低频率下(0.1 Hz)的劲度模量作为评价指标。

劈裂试验适用于测定沥青混合料在规定温度和加载速率时劈裂破坏或处于弹性阶段时的力学性质。本研究除采用劈裂强度和破坏应变作为评价指标外，还采用黏韧性指数来评价沥青混合料的黏韧性。

黏韧性指数是一个描述沥青混合料达到最大劈裂强度后的黏韧性特征参数^[12]。图 1给出了劈裂强度试验曲线计算黏韧性指数TI(toughness index)的标准应力－应变曲线示意图，TI按下式计算：

式中，TI为黏韧性指数；A_ε为标准应力－应变曲线到ε包括的面积；A_p为标准应力－应变曲线到ε_p包括的面积；ε为关键点对应的应变；ε_p为应力最大值对应的应变。

图 1 计算TI的标准应力－应变曲线示意图 Fig. 1Schematic diagram of standard stress-strain curve for TI calculation

图选项

理想塑性材料达到最大应力水平时应变不断增加而应力却保持不变，黏韧性指数为1，理想的脆性材料达到最大应力水平时没有继续承受应力的能力，黏韧性指数为0。黏韧性指数的大小与关键点对应的应变ε的取值有关，本研究取1.5%。几种再生料冻融前后劈裂强度试验结果如表 4所示。

从表 4中的试验结果可知：未冻融条件下，纯新料组成的级配5沥青混合料劈裂强度最小，掺加旧料的混合料中，强度最大的是掺加一半旧细集料的级配3，强度与旧料组成和掺量间相关性规律并不明显。纯旧料组成的级配6沥青混合料破坏应变最小，其他沥青混合料破坏应变规律不明显。黏韧性指数与沥青混合料中旧沥青含量具有良好的相关性，旧沥青含量越高黏韧性指数越小，表现得越脆。冻融条件下3个评价指标具有类似规律。由此可见，劈裂试验中劈裂强度及破坏应变并不能较好地区别掺加旧料沥青混合料的力学特性，而黏韧性指数能较好地区别。

为了进一步研究冻融循环条件对不同再生料力学特性的影响，将冻融循环前后试件的劈裂试验对比结果整理如图 2~图 4所示，比值为冻融后的数值除以冻融前的数值。

图 2 冻融前后劈裂强度比值对比图 Fig. 2Comparison chart of splitting strength ratios before and after freezing and thawing

图选项

图 3 冻融前后破坏应变比值对比图 Fig. 3Comparison chart of failure strain ratios before and after freezing and thawing

图选项

图 4 冻融前后黏韧性指数比值对比图 Fig. 4Comparison chart of adhesive toughness index ratios before and after freezing and thawing

图选项

从图中的对比结果可知：冻融条件对沥青混合料的劈裂强度影响最大，破坏应变次之，对黏韧性指数的影响较小；冻融条件对劈裂强度对破坏应变的影响程度基本与旧沥青的含量相关，旧沥青含量越高冻融后劈裂强度和破坏应变衰退越明显。

本研究将旧沥青混合料以4.75 mm的筛网进行热筛分后将旧料分为粗、细两个部分，并通过掺加不同比例的粗、细旧料组成6种级配的沥青混合料进行力学特性的研究，主要得到如下几点结论：

(1)旧料中对沥青混合料力学特性有影响的主要是旧沥青含量，而旧集料含量对其无明显影响。

(2)旧沥青含量越高，沥青混合料拉伸劲度模量越大；增大荷载频率，旧沥青对拉伸劲度模量的影响减少。

(3)黏韧性指数可作为再生料力学特性的评价指标，冻融前后的劈裂强度比可作为冻融条件对再生料力学特性影响的评价指标，沥青混合料中旧沥青含量越高，黏韧性指数越小，冻融前后的劈裂强度比也越小。