瀝青混凝土路面再生利用試驗分析

秦文巖，呂志越

(黑龍江省交通科學(xué)研究所)

1 再生劑的開發(fā)

1.1 再生瀝青的流變行為

國內(nèi)外大量資料顯示，降低瀝青粘度有效的方法是向其中加入低粘度的油分。我國在20世紀(jì)80年代初期所使用的再生劑很多就是一些石油工業(yè)生產(chǎn)出的輕質(zhì)油，如潤滑油、柴油、機油、減壓油等或者它們的混合物，國外的再生劑的主要成分也是低粘度油分。

瀝青調(diào)合后的粘度并不是2種瀝青粘度的簡單按比例組合。為具體了解調(diào)合瀝青粘度的變化規(guī)律，將研制的A型再生劑(粘度為3.6Pa·s)與老化瀝青(粘度為457Pa·s)適當(dāng)加熱后按不同的比例相混溶，用旋轉(zhuǎn)粘度儀測定60℃的粘度。試驗數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)再生劑的摻入量小于20%時(摻入量指再生劑與調(diào)和后的總重量比)，摻入量與混溶后的瀝青粘度對數(shù)基本上成線性關(guān)系，但當(dāng)大于20%時，則曲線趨緩。添加再生劑的目的首先是降低老化瀝青的粘度，從試驗數(shù)據(jù)可知，當(dāng)再生劑的摻入量在20%時，老化瀝青的粘度就已降到70.2Pa·s，小于普通瀝青的粘度。

1.2 再生劑對老化瀝青的性能改善

再生劑在降低老化瀝青粘度的同時，也改善著老化瀝青的路用性能。在再生劑的試制過程中，通過大量的試驗，對比再生劑的各種配比對老化瀝青性能的恢復(fù)情況，表1是利用開發(fā)的A型再生劑在不同摻量下對改善老化瀝青各項性能指標(biāo)情況的試驗結(jié)果。

表1 再生劑摻量對改善老化瀝青性能的試驗結(jié)果

從表1可看出，隨著再生劑摻量的增加，再生瀝青的針入度和延度變大，軟化點下降，有效地改善了老化瀝青的性能。由于試驗時所用的老化瀝青是克拉瑪依AH270，從試驗數(shù)據(jù)可看出，再生劑用量為5%～11% 時，老化瀝青的針入度、軟化點均得到明顯的改善。延度之所以變化不是很顯著，可能主要是由于國產(chǎn)克拉瑪依瀝青的含蠟量偏高。

1.3 再生后的瀝青與新瀝青調(diào)合后的基本性能

舊瀝青加入再生劑后與新瀝青按不同比例混合，已基本屬于調(diào)合瀝青的范疇。將摻加了5%和7%再生劑的舊瀝青與新殼牌AH270按不同的比例相混溶，分別做基本性能試驗。

舊瀝青摻加A型再生劑后再與新瀝青調(diào)合，粘度測試結(jié)果:5%摻量時為323Pa·s，7%摻量時為216Pa·s;新瀝青粘度為181Pa·s。因此，再生瀝青與新瀝青對調(diào)合瀝青粘度的貢獻與其本身粘度和所占比例有關(guān)。

然后分別將摻加5%和7%再生劑的舊瀝青與新瀝青混溶調(diào)合后，針入度的變化范圍在調(diào)合前新瀝青和再生瀝青的針入度值之間。因此，再生瀝青和新瀝青按不同比例調(diào)合后針入度值大多能達(dá)到要求。

因此，再生后的舊瀝青與新瀝青混溶后的性能有進一步的改善，如果再生劑、老化瀝青與新瀝青的摻配比例適當(dāng)，只從瀝青的3大指標(biāo)來衡量，老化瀝青的路用性能是可以恢復(fù)到使用之初水平的。

2 再生瀝青混合料設(shè)計

2.1 舊瀝青混合料的評價

設(shè)計步驟首先是對舊瀝青混合料進行評價，一般包括(1)瀝青含量;(2)回收瀝青的物理性能指標(biāo)(粘度、針入度、延度、軟化點等);(3)回收瀝青的化學(xué)組分;(4)集料的級配。

2.2 再生瀝青標(biāo)號的選擇

由于再生瀝青混合料的品質(zhì)要求與普通瀝青混合料的要求是基本一致的，故對再生瀝青標(biāo)號的選擇也應(yīng)該與普通瀝青路面對瀝青標(biāo)號的選擇一樣。

再生瀝青標(biāo)號的選擇應(yīng)根據(jù)氣候條件、再生混合料所處層位、施工方法、施工季節(jié)以及各地的經(jīng)驗等諸多因素來確定，并滿足《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTJ014－97)對瀝青標(biāo)號的要求。

在已知再生瀝青粘度的情況下，可通過將回收的老化瀝青與再生劑試配的方法來確定再生劑的摻量，即將不同摻量的再生劑與老化瀝青溶合，測得針入度、粘度，找到能滿足再生瀝青要求的摻量。

再生瀝青的性能應(yīng)符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ032－94)中附錄C路用材料質(zhì)量要求。再生瀝青的各項性能與再生劑、老化瀝青、新瀝青的性能有關(guān)。在控制再生瀝青混合料中瀝青的性能時應(yīng)控制好再生劑加入到老化瀝青中時的性能。

2.3 新集料的級配

再生瀝青混合料集料級配組成與普通混合料不同，再生料的級配是由舊料和新料混合組成的，此時舊料的級配是已知的，新料的級配為未知。在舊集料級配和再生混合料級配已知的情況下，可以用圖解法、試算法、計算機程序法等計算摻配比例以確定新集料的級配。

2.4 再生瀝青混合料的最佳瀝青用量

再生瀝青混合料的最佳瀝青用量是保證混合料具有最好的路用性能的瀝青用量。普通瀝青混合料最佳瀝青用量的確定主要有經(jīng)驗公式法和馬歇爾試驗法。

對于新料與舊料比為70∶30，再生劑摻量為7%，級配為AC－16的混合料，試驗時以估計的整個再生瀝青混合料的瀝青用量為中值，按0.5%間隔變化，取5個不同的瀝青用量，用這個瀝青用量減去舊料中所含的瀝青及再生劑用量，得到5個不同的新瀝青用量成型馬歇爾試件。

試驗結(jié)果可以看出，隨著瀝青用量的變化，各項性能指標(biāo)的變化規(guī)律與普通瀝青混合料的變化規(guī)律基本吻合，這樣按照規(guī)范所述的方法可以確定最佳瀝青用量。對于混合料其他性能的試驗測試結(jié)果也基本符合這種規(guī)律，見表2、表3(試驗數(shù)據(jù)舊料選用的再生劑為A型，摻量為9%)和表4(再生混合料的再生劑摻量為9%，試驗加載速率為50mm/min)。

表2 不同舊料能摻量下的馬歇爾試驗結(jié)果

表3 不同再生劑摻量下的動穩(wěn)定度試驗結(jié)果

表4 不同再生摻量下的凍融劈裂試驗結(jié)果

綜上所述，用馬歇爾試驗來確定再生瀝青混合料的最佳瀝青用量是可行的。

3結(jié)論

(1)開發(fā)出了新型再生劑。開發(fā)的再生劑為高等級瀝青混凝土路面再生利用奠定了一定的基礎(chǔ)。在保證其他性能的基礎(chǔ)上，通過向油分中混溶增粘樹脂這一工藝來提高再生劑的抗老化性能，故此類再生劑在抗老化性能方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的再生劑，基本解決了我國傳統(tǒng)再生劑的抗老化性能差這一弱點，為我國再生劑開發(fā)提供了一種新的思路。

(2)針對高等級瀝青混凝土路面再生混合料的設(shè)計方法，參考我國現(xiàn)行普通瀝青混合料設(shè)計方法以及國外再生瀝青混合料的設(shè)計方法，并充分考慮再生瀝青混合料的特點，針對性地提出了再生瀝青混合料的配合比設(shè)計方法。

(3)再生瀝青混合料的性能與舊料的摻配率、再生劑的摻量及施工工藝有關(guān)，只能說在一定的配比和工藝條件下，再生瀝青混合料與普通瀝青混合料的性能基本相同，反之在舊料摻量高且施工條件差時，再生瀝青混合料的性能要差，主要是低溫性能和水穩(wěn)性差。

［1］ 沈鐘，王果庭.膠體與表面化學(xué)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1997.

［2］ 高分子材料老化與防老化［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1979.

［3］ 公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(JTJ032－94)［S］.

［4］ 沈金安.瀝青及瀝青混合料的路用性能［M］.北京:人民交通出版社，2001.