Evotherm溫拌再生瀝青混合料路用性能研究

李佳坤，孔令云，陳先勇，郭天彪，郭 鵬，劉振秋

(1.重慶交通大學土木建筑學院重慶400074;2.重慶重交再生資源開發有限公司重慶400060)

目前我國公路建設事業已進入管養并重的新時期，國家主要高速路網已經基本建成。早期修建的公路已有大量進入了大中修期。大中修過程中產生的廢舊料的處理已逐漸成為一個棘手的問題。一方面廢舊料堆放需要占用大量的土地資源，污染環境。另一方面廢舊料還有一定的利用價值，作為廢舊料堆放造成了資源的嚴重浪費。廢舊料的再生利用成為可持續發展的有效途徑［1-2］。現階段影響瀝青路面熱再生技術的關鍵問題是舊料的用量問題，舊料用量除受路用性能的制約外，施工溫度是影響舊料摻量的重要方面。舊料用量過多，將導致最終再生混合料出料溫度的偏低，影響正常的攤鋪、碾壓。現有的技術中，溫拌技術可有效的降低施工溫度30℃左右。基于熱再生存在的主要問題(舊料摻量偏低)以及溫拌技術的技術優勢，筆者展開溫拌技術在熱再生方面的研究。溫拌劑選擇我國使用較為廣泛的Evotherm，舊料摻量分別為0%，30%，40%，50%，研究主要從瀝青混合料的高溫性能、水穩定性能、低溫性能等方面展開。

1 原材料

1.1 溫拌劑

溫拌劑技術采用美德維實偉克公司DAT濃縮液溫拌技術，是美德公司Evotherm溫拌技術的第二代技術。DAT濃縮液顏色為褐色或棕色。試驗前，將DAT濃縮液與水按照1∶9的比例調配形成試驗用的表面活性水溶液。試驗過程中，先加入瀝青，然后在瀝青表面添加溫拌劑，最后加入集料。在拌合過程中，表面活性水溶液在膠結料和混合料內部形成潤滑結構，有助于提高混合料的拌和和易性。表面活性水溶液中的水會部分蒸發，殘留的水存在于混合料中形成“水微粒”，有利于提高混合料的流動性。碾壓完成后，表面活性成分轉移到石料表面，并發生化學反應形成穩定的化學鍵，提高混合料的整體穩定性。

1.2 瀝 青

試驗用新瀝青為SK 70#基質瀝青，試驗用舊料取于渝長路，首先將舊料去除2.36 mm以下細料，然后將舊料分成 3 檔：2.36 ～4.75 mm，4.75 ～9.5 mm，9.5～ 13.2 mm，3 檔舊料本身油石比分別為6.47%，4.26%，2.26%。新、舊瀝青主要技術指標見表1。

表1 新、舊瀝青主要技術指標匯總Table 1 New and old main technical index of asphalt

從以上數據可以發現，在新瀝青中加入溫拌劑后，溫拌瀝青的針入度、軟化點、延度、黏度變化并不明顯，這與基于表面活性的溫拌劑機理有關，即在瀝青與集料間形成潤滑結構而不改變瀝青的黏度等指標;舊瀝青老化后針入度變小，瀝青變硬，延度降低，瀝青變脆，軟化點升高，高溫穩定性提高，黏度變大。

1.3 集 料

試驗用新集料為石灰巖，舊集料為花崗巖，各項技術指標見表2。經過試驗測試，其性能滿足JTG F 40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》［3］要求。舊料抽提后，各檔舊料的級配如圖1。

表2 集料主要技術指標Table 2 Main technical index of aggregate

圖1 舊料抽提后級配曲線Fig.1 Grading curve of the old material after extraction

2 配合比設計

2.1 試驗條件及混合料級配

新集料預熱溫度160℃，舊料預熱溫度110℃，新瀝青預熱溫度145℃，拌合溫度145℃，成型溫度135℃。預熱時間均為2 h。防止新瀝青老化，加熱時間不宜過長，加熱溫度不宜高于145℃太多。

采用AC-13型瀝青混合料，混合料級配選擇在中值的基礎上調整級配，使級配曲線形成倒S曲線，級配曲線詳見圖2。

圖2 AC-13型瀝青混合料級配曲線Fig.2 Gradation curve of AC-13 type asphalt mixture

2.2 熱拌瀝青混合料最佳瀝青用量確定

采用傳統的熱拌方法確定瀝青用量，試驗初擬油石比分別為 4.0%，4.5%，5.0%，5.5% 的 4 個油石比，采用傳統的馬歇爾方法成型試件，測試各油石比瀝青混合料穩定度、流值、毛體積相對密度，并計算孔隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度，試驗結果見表3。參照JTG F 40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》［4］中規定的最佳瀝青用量計算方法，確定AC-13型瀝青混合料的最佳油石比為4.8%。

表3 馬歇爾試驗各項技術指標Table 3 Technical index of the Marshall test

3 溫拌瀝青混合料路用性能

試驗中，溫拌再生瀝青混合料采用與熱拌瀝青混合料一致的油石比。首先確定各檔舊料的摻配比例。通過舊料的油石比及級配，計算摻入各檔舊料中所含舊瀝青質量及舊集料級配。總的瀝青質量減去舊瀝青質量即為所需加入新瀝青質量。目標級配減去舊集料級配即為所需加入新集料級配。

試驗研究了舊料摻量0%，30%，40%，50%的溫拌瀝青混合料及舊料摻量0%的熱瀝青混合料的高溫性能、水穩定性能、低溫性能。

3.1 高溫性能

車轍試驗評價是國內評價瀝青混合料高溫性能的常用方法，通過試驗測試混合料的動穩定度，以此作為評價指標。按照規范成型長300 mm、寬300 mm、厚50 mm的車轍板，在常溫下放置1 d后，放置于溫度為60℃的恒溫室中保溫5 h，然后置于碾壓實驗臺上開始試驗［5］。試驗測試了不同舊料摻量下瀝青混合料動穩定度，試驗結果見表4、圖3。

表4 溫拌再生瀝青混合料車轍試驗結果Table 4 Rutting test results of warm mix asphalt mixture

圖3 溫拌再生瀝青混合料動穩定度相對增加量與舊料摻量關系Fig.3 Relation figure between old material mixing amount and dynamic stability of warm-recycled asphalt mixture

由表4、圖3可以看出：

1)級配等條件均相同的條件下，溫拌瀝青混合料的動穩定度略低于熱拌瀝青混合料的動穩定度，根據已有文獻分析［6-7］，導致該現象的原因主要是熱拌瀝青混合料生產過程中加熱溫度高于溫拌瀝青混合料，其導致的瀝青的老化嚴重于溫拌過程，從而導致了其動穩定度略高;

2)摻加舊料有利于提高溫拌瀝青混合料的動穩定度，且動穩定度的相對增加量與舊料摻量呈良好的線性關系;根據已有資料分析［8］，引起該現象的原因主要是舊料中舊瀝青老化，黏度增加，瀝青變硬，抗高溫性能增強。

3.2 水穩定性能

在國內，通常采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗評價瀝青混合料水穩定性能，張鎮［9］研究發現凍融劈裂試驗比浸水馬歇爾試驗更嚴格，更能反映水穩定性能優劣。所以，筆者采用凍融劈裂試驗評價溫拌再生瀝青混合料的水穩定性能。按照規范采用馬歇爾擊實方法成型試件，雙面各擊實50次，試驗結果見表5。

表5 凍融劈裂試驗結果Table 5 Freeze-thaw splitting test results

由表5可以看出：

1)溫拌劑的加入，對瀝青混合料的凍融劈裂強度有一定的提高;

2)對本研究中采用的舊瀝青混合料而言，舊料摻量在40%以內時，溫拌再生瀝青混合料的凍融劈裂強度比增加，抗水穩定性提高，舊料摻量高于40%時，溫拌再生瀝青混合料的凍融劈裂強度比減少，抗水穩定性減弱，可見，溫拌再生瀝青混合料的凍融劈裂強度與舊料摻量之間呈現先增加后減小的關系。

3.3 低溫性能

采用瀝青混合料彎曲試驗評價溫拌瀝青混合料低溫性能，將碾壓成型的車轍板切割成長(250±2)mm、寬(30±2)mm、高(35±2)mm 的棱柱體。試驗跨徑為(200±2)mm，溫度為－10℃，加載速率為50 mm/min［9］，試驗結果見表 6。

表6 －10℃瀝青混合料彎曲試驗結果Table 6 Bend test results of asphalt mixture at－10℃

由表6可以看出：

1)溫拌瀝青混合料的低溫彎拉破壞強度、勁度模量、最大破壞應變均與熱拌瀝青混合料的相當，可見，溫拌劑的添加，對瀝青混合料的低溫性能影響不顯著;

2)隨著舊料摻加量的增加，溫拌再生瀝青混合料的低溫彎拉強度、勁度模量呈增大的趨勢，而低溫彎拉破壞應變則呈顯著減小的趨勢，可見，隨著舊料摻量增加，溫拌再生瀝青混合料低溫性能有下降的趨勢。

4 結論

1)溫拌劑對瀝青混合料的高溫穩定性、低溫性能影響不顯著，但對瀝青混合料的水穩定性有一定的正面作用;

2)溫拌再生瀝青混合料中，混合料的高溫性能隨著舊料摻量的增加呈良好的線性增加關系;混合料的水穩定性隨著舊料的摻加呈先增加后減小的趨勢，存在明顯的拐點;而混合料的低溫性能，則隨著舊料摻量的增加而顯著的降低。

3)溫拌再生瀝青混合料的高溫性能優于溫拌瀝青混合料，但低溫性能不及溫拌瀝青混合料;水穩定性能受舊料摻量影響，適當摻加舊料有利于提高水穩定性能，此時水穩定性能優于溫拌瀝青混合料，相反，舊料摻量過多時水穩定性能衰減，導致溫拌再生瀝青混合料水穩定性低于溫拌瀝青混合料。

筆者主要就溫拌再生的路用性能進行了室內試驗研究，對引起上述性能變化的機理未能作相應的研究，在后續的研究中，可針對引起上述現象的機理做進一步的深入研究，尤其是舊料摻量對溫拌再生瀝青混合料水穩定性影響中，拐點出現的機理的研究。

［1］韋琴，楊長輝，熊出華，等.舊瀝青路面再生利用技術概述［J］.重慶建筑大學報，2002，29(3)：128-131.Wei Qin，Yang Changhui，Xiong Chuhua，et al.Recycling technology of aged asphalt pavement［J］.Journal of Chongqing Jianzhu U-niversity，2002，29(3)：128-131.

［2］顏彬，徐世法，高金歧，等.瀝青再生技術的現狀與發展［J］.北京建筑工程學院學報，2005，21(1)：72-75.Yan Bin，Xu ShiFa，Gao Jinqi，et al.An overview and development analysis of asphalt recycling technology［J］.Journal of Beijing Institute of Civil Engineering and Architecture，2005，21(1)：72-75.

［3］黃曉明，趙永利.瀝青路面再生利用試驗分析［J］.巖土工程學報，2001，23(1)：468-471.Huang Xiaoming，Zhao Yongli.Test and analysis of recycled mixture for old asphalt pavement［J］.Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2001，23(1)：468-471.

［4］JTG F 40—2004公路瀝青路面施工技術規范［S］.北京：人民交通出版社，2004.JTG F 40—2004 Technical Specifications of Highway Asphalt Pavements［S］.Beijing：China Communications Press，2004.

［5］JTJ 052—2000公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程［S］.北京：人民交通出版社，2000.JTJ 052—2000 Standard Test Methods of Bitumen and Bituminous Mixtures for Highway Engineering［S］.Beijing：China Communications Press，2000.

［6］季節，孫立軍，徐世法.瀝青兩次老化規律的對比分析［J］.同濟大學學報：自然科學版，2009，37(5)：643-646.Ji Jie，Sun Lijun，Xu Shifa.Analysis of asphalt aging regulations after two aging processes［J］.Journal of Tongji University：Natural Science，2009，37(5)：643-646.

［7］田小革，羊明，吳文彪.老化對瀝青結合料性能參數的影響［J］.公路與汽運，2006(6)：68-70.Tian Xiaoge，Yang Ming，Wu Wenbiao.The aging of asphalt binder performance parameters［J］.Highways ＆ Automotive Applications，2006(6)：68-70.

［8］馬濤，黃曉明，張久鵬.基于材料復合理論的老化瀝青再生規律［J］.東南大學學報：自然科學版，2008，38(3)：520-524.Ma Tao，Huang Xiaoming，Zhang Jiupeng.Recycling law of aged asphalt based on composite theory of material［J］.Journal of Southeast University：Natural Science Edition，2008，38(3)：520-524.

［9］張鎮，劉黎萍，湯文.Evotherm溫拌瀝青混合料性能研究［J］.建筑材料學報，2009，12(5)：438-441.Zhang Zhen，Liu Liping，Tang Wen.Research on performance of Evotherm warm-mix asphalt［J］.Journal of Building Materials，2009，12(5)：438-441.