MP作为沥青混合料的重要组分，其对沥青路面的路用性能具有显著影响［3-4］。MP普遍由天然石灰岩研磨制得，其加工工艺过程繁琐，同时石灰岩是一种自然资源，已经随着工程建设的迅速推进变得越来越稀少。因此，亟需寻求一种可替代MP的填料作为沥青路面组成部分。
随着建筑现代化进程的不断推进，因老旧房屋拆除等原因，大量建筑废弃物（特别是废弃混凝土）不断产生［5］。已有研究表明，废弃混凝土经破碎、筛分等处理后会形成再生混凝土骨料，其能够有效地用于制备具有应用潜质的再生混凝土［6］。再生混凝土微粉（recycled cement powder，RCP）是在再生骨料生产过程中产生的粉尘，其具有粒径小、密度小和易飞散等特点，若不加以处理和利用，则势必会对环境造成严重污染［7-8］。因此，RCP资源化处理是建筑固废可持续性利用中的重要一环。目前，对RCP的研究主要还是集中于作为水泥替代物制备水泥基材料的相关研究［9-12］，而其作为填料在沥青路面中的应用尚未展开系统研究。
为验证RCP是否可作为填料替换MP以制备性能优良的沥青路面，本研究采用RCP替代MP作为填料使用，分析RCP对沥青软化点、针入度与黏度等物理指标的影响，同时基于冻融劈裂试验、高温车辙试验与低温弯曲试验，评价RCP对沥青混合料试件的水稳定性、高温性能和低温性能的影响。
1 材料与方法
1.1 材 料
1.1.1 沥青 试验选用广东佛山某公司生产的AH-70#基质沥青，其性能指标如表1所示。
1.1.2 粗集料和细集料 粗集料选用湖北咸宁产的石灰岩，细集料采用优质石灰岩细骨料，依据《公路工程集料试验规程》对粗集料（大于4.75 mm）和细集料（小于4.75 mm）性能进行测试，结果如表2所示。
表1 沥青性能指标
Tab. 1 Performance indexes of asphalt
[性能指标 测试值 技术要求 针入度（25 ℃） / 0.1 mm 77.6 60~80 延度（15 ℃） / cm ＞100 ≥100 软化点 / ℃ 47.2 ≥46 ]
表2 粗集料和细集料性能指标实验值
Tab. 2 Performance indexes of coarse and fine aggregates
[集料
类型 性能指标 测试值 技术
要求 粗集料 表观密度 / （g·cm-3） 2.74 ≥2.50 吸水率 / % 0.88 ≤3 压碎值 / % 18.6 ≤28 黏附等级 5 ≥5 细集料 表观密度 / （g·cm-3） 2.69 ≥2.50 坚固性 2.2 ≤12 砂当量 / % 78.4 ≥60 ]
1.1.3 MP和RCP MP采用湖北黄石生产的石灰岩矿粉，RCP采用湖北武汉某再生骨料厂购回的再生细集料经研磨筛分而成，通过X射线光谱仪测得二者的化学成分，如表3所示。依据《公路工程集料试验规程》对MP和RCP的性能进行测试，结果如表4所示。
表4 MP和RCP性能指标实验值
Tab. 4 Performance indexes of MP and RCP
[性能指标 MP RCP 技术要求 表观密度 / （g·cm-3） 2.76 2.69 ≥2.50 外观 无结块 无结块 无结块 亲水系数 0.66 0.78 ＜1 粒度分布 / % ＜0.6 mm 100 100 100 ＜0.3 mm 93.0 94.5 90~100 ＜0.075 mm 84.5 83.7 75~100 ]
1.1.4 沥青胶浆的设计 实际工程矿料级配中0.075 mm筛孔通过率通常在4%左右，油石比通常在4%~5%。为体现实际施工中沥青胶浆的真实工作状态，将RCP（或MP）与沥青的质量比确定为0.8。在实施过程中，将MP或RCP加入到基质沥青中，于135 ℃下高速（2 000 r/min）剪切30 min制得MP或RCP的沥青胶浆。
1.1.5 沥青混合料的设计 选用AC-13C级配，将RCP等质量替代级配中的MP。采用马歇尔设计方法，确定最佳油石比为4.8%。RCP（或MP）与沥青的质量比同沥青胶浆一致，为0.8。各矿料掺配比例及配合比见表5和表6。
1.2 实验方法
1.2.1 软化点试验 根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》，采用SYD-2806G型电脑智能环球软化点仪，在5 ℃/min的升温速率下测试目标沥青的软化点，以分别评价RCP与MP对沥青高温性能的影响。
1.2.2 针入度试验 根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》，采用FY-2801A型电脑数显针入度仪对目标沥青在15、25、30 ℃下进行针入度测试，并按照式（1）对测试结果进行拟合，绘制针入度-温度关系图。
[lgP=K+A t] （1）
式（1）中：P为针入度（0.1 mm）；A为针入度温度感应系数；K为常数项；t为试验温度（℃）。
另外，根据针入度-温度拟合结果，按式（2）~式（4）分别计算针入度指数Pi、当量软化点T800以及当量脆点T1.2。
[Pi=20-500A1+50A] （2）
[T800=lg800-KA] （3）
[T1.2=lg1.2-KA] （4）
式（2）~式（4）中：Pi用以描述沥青针入度的温度敏感性，Pi越大，沥青的温度敏感性越低；T800是沥青针入度为800时的温度（℃），用以表征沥青的高温性能；T1.2是沥青针入度为1.2时的温度（℃），用以表征沥青的低温性能。
1.2.3 布氏旋转黏度试验 根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》，采用Brookfield黏度计在115、125、135、145、155 ℃下测试2种沥青胶浆和基质沥青的黏度。采用Saal公式［式（5）］对沥青及沥青胶浆的黏度进行拟合回归。
[lglgη×103=a-blg(273.13+t)] （5）
式（5）中：η为黏度（Pa·s）；t为试验温度（℃）；a、b为常数。
1.2.4 冻融劈裂试验 根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》，通过冻融劈裂试验检验沥青混合料的水稳定性，增加冻融周期以评估沥青混合料在更苛刻环境下抵抗外界水分侵蚀的能力，1个循环周期为：①-18 ℃冷冻16 h，②60 ℃水浴24 h，③25 ℃保温2 h。在进行冻融循环前先将冻融试件真空饱水处理。冻融劈裂强度比（tensile strength ratio，TSR）按式（6）计算。
[TSR=R2R1] （6）
式（6）中：[R1]为未经冻融试件劈裂抗拉强度（MPa）；[R2]为冻融后试件劈裂抗拉强度（MPa）。
1.2.5 高温车辙试验 高温车辙试验常用来检验沥青混合料的高温性，以动稳定度（dynamic stability，DS）作为评价指标，DS值越大，沥青混合料抵抗高温荷载变形的能力越强。根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》，高温车辙试验试件采用300 mm×300 mm×50 mm的板型试件，在60 ℃恒温下模拟车辆行车荷载并按式（7）计算DS。
[DS=t2-t1×Nd2-d1×C1×C2] （7）
式（7）中：DS为沥青混合料的动稳定度（次/mm）；d1为t1=45 min变形量；d2为t2=60 min变形量；N为碾压速度42 次/min；C1为试验机类型系数，C2为车辙试件系数，二者取值均为1.0。
1.2.6 低温三点弯曲试验 低温三点弯曲试验常用来检验沥青混合料的低温性能，劲度模量SB越小，沥青混合料的韧性越好，低温抗裂性越强。根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》，低温三点弯曲试验采用250 mm×35 mm×30 mm的小梁试件，在-10 ℃恒温下对试件进行加载破坏并计算相关指标。按式（8）~式（10）计算试件破坏时的抗弯拉强度RB、最大弯拉应变εB和劲度模量SB。
[RB=3LPBbh2] （8）
[εB=6?dL2] （9）
[SB=RBεB] （10）
式（8）~式（9）中：PB为试件破坏时最大荷载（N）；L为试件的跨径（mm），d为试件破坏时跨中挠度（mm）；h为试件高度（mm）；b为试件的宽度（mm）。
2 结果与讨论
2.1 RCP对沥青软化点的影响
图1反映了RCP和MP对沥青软化点的影响。由图1可知，MP与RCP使基质沥青的软化点分别由47.3 ℃提升至57.3 ℃和59.7 ℃，增幅分别为21.3%和26.4%，这表明RCP对基质沥青软化点的提升效果较MP好，其被用于替代MP可有效提高沥青混合料的高温稳定性。这是因为RCP中存在未水化完全的水泥，加速了沥青胶浆的硬化，加强了沥青胶浆的高温性能［13-14］。
<G:\武汉工程大学\2022\2022-06工程\Image\屠艳平-1.tif>[70#基质沥青 MP RCP
填料类型][70
60
50
40
30
20
][软化点 / ℃][47.3][57.3][59.7]
图1 RCP与MP对基质沥青软化点的影响
Fig. 1 Effects of RCP and MP on softening points of asphalt
2.2 RCP对沥青针入度的影响
图2（a）与表7反映了RCP对沥青针入度的影响。由图2（a）可以看出，RCP和MP均使沥青的针入度下降，且RCP对沥青针入度的影响更为明显。同时，随温度的升高，所有沥青针入度均呈现下降的趋势。这说明了相较于MP，RCP对沥青稠度和硬度的提升作用更大。究其原因，主要是因为相比MP，RCP的密度较小，比表面积较大［15］，从而在相同质量掺量下，其体积大，数量多，起到了对沥青分子的黏滞阻碍作用，导致掺入RCP的沥青针入度更大。
<G:\武汉工程大学\2022\2022-06工程\Image\屠艳平-2-1.tif><G:\武汉工程大学\2022\2022-06工程\Image\屠艳平-2-2.tif>[0.60
0.55
0.50
0.45
0.40
0.35
0.30][lglg（η×103）][2.58 2.59 2.60 2.61 2.62 2.63 2.64
lg（273.13+t）][70#基质沥青
MP
RCP][15 20 25 30
t / ℃][120
100
80
60
40
20
0][针入度 / 0.1 mm][70#基质沥青
MP
RCP][ b ][ a ]
图2 RCP对沥青针入度（a）与黏度-温度关系（b）的影响
Fig. 2 Effects of RCP on relationship between penetration（a） and viscosity-temperature（b） of asphalt
由表7可看出，RCP沥青胶浆的针入度指数Pi和当量软化点T800都高于MP沥青胶浆，当量脆点T1.2大于MP沥青胶浆。这表明相对于MP，RCP的掺入可以有效降低沥青胶浆的温度敏感性，提升沥青胶浆的高温稳定性，但不利于沥青胶浆的低温性能。
表7 针入度相关指标计算
Tab. 7 Calculation of relevant indexes of penetration
[试样类型 Pi T800 T1.2 70#基质沥青 -0.826 48.8 -13.3 MP沥青胶浆 0.246 57.7 -15.9 RCP沥青胶浆 0.327 62.3 -14.5 ]
2.3 RCP对沥青黏度-温度关系的影响
图2（b）反映了RCP和MP分别对沥青黏温关系的影响，其拟合结果如表8所示。从结果可见，所有沥青黏温关系曲线的相关系数R2均在0.997以上，并呈现良好的线性关系，表明拟合结果能够很好地反映目标沥青真实的黏温关系。由图2（b）可知，相较于MP，RCP会相对较明显地提高沥青黏度，且随温度的升高，其黏度均线性下降，这说明采用RCP替换MP制备沥青混合料时对沥青的正常拌合工作性能无显著影响，且其黏温响应总体与原沥青水平保持一致。
另外，由表8可知，RCP与MP对沥青黏温拟合曲线回归系数的影响相近，表明用RCP替代MP不会影响沥青在混凝土拌合过程中的黏温敏感性。产生上述结果的原因是，相比MP，RCP密度小、体积大、表面粗糙且存在砂浆层孔隙［16］，对沥青具有一定的吸收与吸附作用，一定程度上减小了有效沥青的高温流动度。
表8 黏温曲线拟合方程
Tab. 8 Fitting equations of viscosity-temperature curves
[试样类型 回归方程 回归系数 相关系数R2 70#基质沥青 y=-3.489x+9.526 -3.489 0.997 MP沥青胶浆 y=-3.052x+8.441 -3.052 0.997 RCP沥青胶浆 y=-2.918x+8.101 -2.918 0.998 ]
2.4 RCP对沥青混合料水稳定性的影响
图3为RCP对沥青混合料在多次冻融循环下TSR的影响。由图3可知，经1次冻融后，掺RCP和MP的沥青混合料的TSR分别为92.6%和91.4%，基本保持一致；但随着冻融次数继续增加，其TSR均呈现下降趋势，当冻融次数为3次时，掺RCP和MP的沥青混合料的TSR分别下降至76.4%和80.5%，这说明RCP用以替换MP能使沥青混合料仍具有较好的短期水稳定性，抗水损能力仍能满足标准要求（TSR≥75%）。且当冻融次数为4次时，掺RCP和MP的沥青混合料的TSR分别下降至70.6%和75.9%，掺RCP的沥青混合料抗水损能力不能满足标准要求（TSR≥75%）。这是因为短期冻融作用不会明显造成RCP（或MP）与沥青之间界面黏结稳定性，但长期冻融后，掺RCP的沥青混合料中的胶结料更易因反复热胀冷缩而产生局部界面缺陷，因此RCP较MP相对容易导致沥青混合料发生水损害。
2.5 RCP对沥青混合料高、低温性能的影响
表9为掺RCP与MP车辙试验与低温弯曲试验结果。由表9可知，采用RCP替换MP，沥青混合料的DS由1 745次/mm增加至2 013次/mm，增幅为15%，均超过规范要求的DS≥800次/mm。而分别相应地使εB、RB和SB从2 376×10-6、9.32 MPa和3 922 MPa下降至2 252×10-6、7.44 MPa和3 304 MPa，降幅分别为5.5%、25.3%和18.7%，但也能满足规范εB≥2 000×10-6的要求。这说明利用RCP替换MP能使沥青混合料的抗高温车辙性有所提升，但会略微降低低温抗裂性。这是因为相比MP，等质量RCP对沥青软化点等高温指标的提升效果更明显，利用RCP替换MP后，其沥青混合料具有更好的高温抗荷载变形的能力，而RCP因砂浆具有低温脆性破坏的特性，其沥青混合料则更易发生低温断裂行为。
表9 RCP与MP对沥青混合料高、低温性能的影响
Tab. 9 Influences of RCP and MP on high-and-low
temperature performances of asphalt mixture
[填料类型 高温性能 低温性能 车辙深度 / mm DS /
（次/mm） εB /
10-6 RB / MPa SB / MPa 45 min 60 min MP 2.732 3.093 1 745 2 376 9.32 3 922 RCP 2.840 3.127 2 013 2 252 7.44 3 304 ]
3 结 论
（1）相比MP，RCP对沥青高温软化点和黏稠度提升效果更明显，不会减弱沥青的温度敏感性，但会稍微降低其低温特性。
（2）掺RCP的沥青混合料的水稳定性总体上未表现出明显的衰减特征，其基本具有与掺MP的沥青混合料相当的抗水损害能力。
（3）与MP相比，RCP对沥青混合料高温抗变形能力有更好的提升作用，但对其低温抗裂性略有不利影响。