广州大学 土木工程学院 广东广州 510006
摘要：为了探索再生沥青混合料（RAP）掺量对复合骨架特征的影响，本研究将复合骨架的接触点划分为“新-新”、“新-旧”和“旧-旧”三种类型，基于数字图像技术分析不同再生沥青混合料（RAP）掺量下 AC-13 型混合料骨架接触类型的分布特征，并与马歇尔试验结果进行对比。研究结果表明，随着再生沥青混合料（RAP）掺量的增加，“新-新”接触点的整体趋势为递减；“旧-旧”接触点则单调增加，在再生沥青混合料（RAP）掺量达到40%后呈快速增长；“新-旧”接触点先增加，在30%点达到峰值后减小；随着“新-旧”接触点数量的增加，再生沥青混合料的马歇尔稳定度增加。选择具有较多“新-旧”接触点数量的混合料有可获得较好的路用性能，该理念可能是有效提高再生沥青混合料（RAP）掺量的方法之一。
关键词：RAP；RAP 掺量；接触点；复合骨架
引言
目前，每年我国公路养护维修所产生的废旧沥青混合料达数亿吨之多[1-2]，“十二五”计划中，明确提出 2030 年高速公路路面旧料循环利用率要达到 95%以上，表明我国公路发展的战略重点逐步由大规模建设向建养并重转移。已有研究表明[3-6]：热拌再生沥青混合料的 RAP 掺量大多控制在 20%~30%，当RAP 掺量过高时热拌再生沥青混合料的耐久性能将显著降低。Sen Han 等[7]认为再生混合物中 RAP 含量对性能有重大影响，随着 RAP 含量的增加，混合物的拉伸强度通常会增加，但拉伸应变降低。由于旧沥青劲度的增大使混合料的强度提高，更容易产生疲劳开裂及低温脆裂。Jizhe Zhang 等[8]研究指出：用RAP 代替天然骨料显著提高了再生沥青混合料的动稳定度。依据三点弯曲试验结果可知，RAP 削弱了其抗低温开裂性。Umme Amina Mannan 等[9]认为 RAP的掺入会降低混合物的疲劳寿命，在对比 35%RAP 掺量的沥青混合料与普通沥青混合料的疲劳性能后，发现再生沥青混合料的疲劳性能在四点弯曲试验中下降了，但混合老化沥青的再生沥青混合料的疲劳性能在 DSR 试验中提高了。
现有研究主要针对沥青老化及再生机理、级配等方面。从材料组成看，沥青混合料是典型的多相颗粒性材料。部分学者基于数字图像技术提取了沥青混合料的粗集粒骨架，并开展了相关研究。再生沥青混合料中RAP的存在使得混合料内部包含强弱不同的接触界面，这些接触界面相互制约共同影响了混合料变形的一致性，进而左右了材料的流变性能。因此，应考虑由再生沥青混合料（RAP）与新集料共同构成的再生沥青混合料复杂骨架体系特征，在此基础上探索 RAP 掺量对复合骨架特征的影响。本研究将复合骨架的接触点划分为“新-新”、“新-旧”和“旧-旧”三种类型，基于数字图像技术分析不同 RAP 掺量下 AC-13 型混合料骨架接触类型的分布特征，在此基础上简单分析与骨架特征与混合料马歇尔稳定度之间的相关关系。
1 原材料：本试验所用集料为花岗岩、玛瑙以及旧料。
其中花岗岩和旧料取自广州市政维修处，沥青选用70号基质沥青，油石比为4.6%。旧料级配和目标级配组成见表1。原材料相关指标均符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）中的要求，材料的技术指标见表2和表3。
表1 AC-13沥青混合料级配
2 实验设计
2.1 混合料配合比设计
本试验将旧料与花岗岩按比例掺配，RAP 的掺量分别为 10%、20%、30%、40%以及 50%。采用马歇尔试件，油石比为4.6%。每组成型10个试件，进行稳定度、流值试验。
2.2数字图像处理技术
本研究采用 CCD 数码相机拍照技术获取沥青混合料截面信息，该技术利用色彩的不同来区分各种材料，能获得高精度的断面图片；且成本低，成像快，设备简单，但是二维图像的获取需要对混合料进行切割，是一种破坏式的检测手段；受光照、成像角度和器材的影响，但在该实验中影响较小。本研究采用以下方法获取骨架接触点。
首先，采用 CCD 数码相机采集沥青混合料的截面信息，并用iPas对图像进行初步的处理；其次，采用多分辨率自适应窗口分割算法初步提取出集料边界，并将图像进行二值化处理；第三，对二值化图像切片进行虚拟筛分，提取粗细集料并进行编号；最后，计算集料间的空间临近关系，并统计接触点个数和标出接触点位置，接触阈值直接取集料最小计算粒径的20%。
2.3 接触分类
采用玛瑙石替代新粗集料，以等体积原则成型级配相同的马歇尔试件。在超过接触阈值的接触点中，将旧料和玛瑙石组成的接触点定义为“新-旧”型，旧料和旧料组成的为“旧-旧”型，玛瑙石和玛瑙石组成的为“新-新”型。为了研究各掺量下三种接触类型的分布，将RAP设为20%、30%、40%、60%和80%。结合人工观察统计的方法结合处理后的图与实物图，分别统计三种接触点的数量。
3 试验结果及数据分析
3.1 马歇尔试验结果分析
马歇尔稳定度试验用于测定沥青混合料试件的破坏荷载和抗变形能力。马歇尔试验的稳定度数据如表4所示，其中平均值为去掉最大值与最小值后的算术平均值。
表4 稳定度试验结果
由表4中可知，随着RAP掺量的增加，沥青混合料的马歇尔稳定度增大。这主要是由于随着旧沥青的增多，沥青胶结料的强度与刚度逐渐增加，使再生沥青混合料在宏观上表现出更高的马歇尔稳定度。
3.2 接触类型统计结果
结合数字技术与人工统计对接触点进行处理与分类，统计得到的数据如图1所示。
图1 接触点数据统计
从图1中可以看出，接触点的总数在级配相同的前提下基本接近。随着RAP掺量的增加，新-新接触点减少、旧-旧接触点增加，而新-旧接触点则是先单调增加，在30%点达到峰值后单调减小。
3.3 接触类型相关性分析
权重分析是一种定性分析和定量分析相结合的决策方法。这种方法可适用于多目标、多准则等各种类型问题的决策。一般来说，每个因素对目标的贡献是不相同的，对某些问题而言，这种贡献的大小明显地可以用一个数来测度它。采用权重分析的方法，建立接触类型与马歇尔稳定度等力学参数之间的相关性，如表5所示。
表5 接触类型对马歇尔稳定度的权重分析结果
从表5可以看出，新-旧接触点类型在稳定度的影响中权重占比最大，旧-旧接触点类型次之。对于相同级配的混合料，新-新接触点类型的减少必定意味着其他接触点的增加，也说明了稳定度持续增加的原因。新-旧接触点类型和旧-旧接触点类型对稳定度的贡献更大，符合权重分析的结果。
4 结论
本研究基于数字图像处理技术对不同RAP掺量的再生沥青混合料接触点类型、力学性能及其相关性开展研究，得到以下结论。
（1）随着RAP掺量的增加，沥青混合料的马歇尔稳定度增大，表明旧沥青用量越大材料的力学指标增加。
（2）随着RAP掺量的增加，新-新接触点减少、旧-旧接触点增加，而新-旧接触点则是先单调增加，在30%点达到峰值后单调减小。
（3）权重计算结果表明新-旧接触点所占权重较大，如要达到较大的马歇尔稳定度，则增加新-旧接触点是可能的手段之一。
参考文献：
[1]陈静云.沥青路面再生方法的试验研究 大连理工大学，2011.
Chen J Y.Experimental Research on Recycling Method of Asphalt Pavement[D].Dalian：Dalian University of Technology，2011.
[2]Qin Y C，Huang S CH，Xu J，et al.Study on the Fusion of New and Old Asphalts in the Plant-mixed Recycled Asphalt Mixture [J].Highway Communications Science and Technology，2015，32（12）：24-28.
[3]黄晓明，赵永利，江臣.沥青路面再生利用试验分析，2001.
Huang X M，Zhao Y L，Jiang C.Analysis of Asphalt Pavement Recycling Test [D].，2001.
[4]Xu S F，Xu L T，Zheng W，et al.New technology of hot recycled asphalt mixture and its development prospects
[J].Road Construction Machinery and Construction Mechanization，2013，30（6）：39-43.
[5]Zhao Y L.Several Issues on Quality Control of Hot Mix Recycling in Asphalt Pavement Plants [J].2014 National Highway Maintenance Technology Academic Conference Proceedings，Bridge and Tunnel Volume，2014.
[6]Zha X D，Min B，Song W.Analysis of the effect of RAP content on the properties of hot recycled asphalt mixtures [J].Journal of Changsha University of Science and Technology：Natural Science Edition，2013，10（4）：
1-8.
[7]Han S，Cheng X，Liu Y，et al.Laboratory Performance of Hot Mix Asphalt with High Reclaimed Asphalt Pavement（RAP）and Fine Reclaimed Asphalt Pavement（FRAP）Content[J].Materials，2019，12（16）：2536.
[8]Zhang J，Sun H，Jiang H，et al.Experimental assessment of reclaimed bitumen and RAP asphalt mixtures incorporating a developed rejuvenator[J].Construction and Building Materials，2019，215：660-669.
[9]Mannan U A，Islam M R，Tarefder R A.Effects of recycled asphalt pavements on the fatigue life of asphalt under different strain levels and loading frequencies[J].International Journal of Fatigue，2015，78：72-80.