再生瀝青混合料的混合效率研究

李汝陽 朱旭東

（河南省中原路橋建設（集團）有限公司 南陽 河南473000）

1 引言

隨著再生瀝青混合料（RAP）越來越多地應用于瀝青路面施工，新舊瀝青混合效率問題一直被道路研究者所關注。一般來說，經歷過服役期的瀝青路面在車輛荷載和外界環境的反復作用下，結合料不同程度地被氧化，稠度變大。然而，當將舊結合料應用于新路面結構時，人們一般假定新舊瀝青是完全混合的，這個假定對瀝青路面的長期服務性能起著至關重要的作用。如果稠度很大的舊瀝青沒有與新瀝青均勻地混合在一起，再生瀝青路面結構性能將得不到保證。

很多道路研究者針對再生瀝青混合料的研究做了大量工作，自2000年以來，國內開始對瀝青路面結合料的老化行為和再生機理進行系統深入的研究，并結合地區情況加以應用。但與發達國家相比，我國的瀝青路面再生技術還處于起步階段，缺乏必要的理論指導，混合料的性能評價也有待深入研究。交通部于2008年發布了《瀝青路面再生應用技術規范》（JTGF41-2008），對指導我國瀝青路面再生技術的應用和推廣具有積極的推動作用[1]。為了有效回收利用翻修產生的瀝青廢料，需開展廢舊瀝青材料與新瀝青的混合效率研究，該研究具有顯著的經濟、社會和環境效益。一般來講，瀝青路面在車輛荷載和外界環境的反復作用下，RAP材料中瀝青經過長期老化而變硬變脆[2]。然而，當舊結合料應用于新路面結構時，人們一般假定新舊瀝青是完全混合的，這個假定對瀝青路面的長期服務性能有較大影響[3]。如果稠度很大的舊瀝青沒有與新瀝青均勻地混合在一起，再生瀝青路面結構性能將得不到保證。研究新舊瀝青混合效率而恰當地設計路面結構，服務整個道路使用壽命是一項很重要的工作。黃寶山和Bowers等人為了評價新舊瀝青混合效率采用了DSR和有限元分析等方法[4]，中國對RAP材料的研究開展較晚，目前還沒有一個成熟的應用指導意見。

筆者主要對新舊瀝青的混合效率進行細致的研究，并對不同的研究結果對比分析，包括施工拌合工藝、研究方法對新舊瀝青混合效率的影響，得出目前研究新舊瀝青混合效率的方法對于恰當設計路面結構而服務整個道路使用壽命是很重要的。另外，從保護環境、節約能源和經濟的角度考慮，舊瀝青與溫拌劑結合使用是非常有必要的。

2 材料選擇與試驗方法

2.1 材料選擇

PG 64-22新瀝青、新集料、回收瀝青混合料。回收料應在筒形輥機中處理2min后對其標準篩分，收集僅落在2.38mm孔徑上的細料，保證集料沒有灰塵、團聚現象；新集料為石灰巖，也對其進行標準篩分，收集落在12.7mm孔徑上的粗集料；經處理后的回收料對其抽提，測得瀝青含量為3.26%。拌合試驗要求混合料的瀝青含量為3%，65%的回收料，35%新集料，加入新瀝青的量是集料重量的0.91%，新瀝青摻量由室內試驗得到。溫拌劑分為表面活性類和蠟類2種，其摻量分別為瀝青總量的0.42%和1.5%，根據不同的拌合工況將相應溫拌劑加入熱瀝青中攪拌均勻。

2.2 拌合試驗

新瀝青和新集料加熱拌合，為了確保新瀝青很好地裹覆到新集料上，待拌合1min后，再加入回收料一起拌合至試驗設定時間，試驗工況見表1。拌合完成后把粗料與細料分離，按照AASHTOA T164的標準方法用正溴丙烷作溶劑分別對粗、細料做溶液抽提，回收瀝青。

表1 拌合試驗工況

2.3 DSR試驗

回收的瀝青做DSR和頻率掃描試驗，溫度為10℃，25℃和40℃，頻率為0.01、0.1、1、10、20和25HZ，歷時8s，最終生成25℃下的DSR主曲線。

2.4 GPC方法

凝膠滲透色譜法（簡稱GPC法），是用來測定高聚合物相對分子質量及其分布的快速而可靠的方法，可以評價瀝青結合料特性。依據以往研究，混合效率定義為粗集料里大分子含量與細集料里大分子含量的比值，其表達式為：

3 結果分析

3.1 拌合時間影響分析

復數模量隨拌合時間變化的主曲線如圖1所示，粗集料里回收的瀝青流變特性較好且拌合時間在30s、60s、105s時沒有明顯差別，細集里回收的瀝青流變性較差，這種情況下可以判斷從粗集料中回收的瀝青沒有混合舊瀝青。但是當拌合時間增加到150s時，在較低的拌合頻率下復數模量明顯增大，這表明從粗集料中提取出了舊瀝青。

圖1 不同頻率下復數模量隨拌合時間的變化曲線

由圖2中的數據得出：拌合溫度為60℃，拌合時間從30s增加到150s的工況下，混合效率大約從55%增加到將近80%。將拌合時間（分別30s、60s、105s、150s）與混合效率線性回歸，得出擬合方程：混合效率%=0.1591x拌合時間+49.73。

假定整個拌合時間內，混合效率與拌合時間呈直線變化，由回歸方程知，混合效率達到100%所需要的拌合時間約為5min，在實際工程中是不現實的。但是在室內嘗試著做了拌合時間為5nim的情況，得出了一個重要結論：拌合時間從150s增加到300s，混合效率僅僅從77%增加到78%，通過增加拌合時間來提高混合效率是幾乎沒有意義的。而且拌合時間超過150s后，拌合時間與混合效率不成線性關系，出現這種結果很可能是拌合時間過長，混合料溫度下降所致，也可能是持續提高拌合溫度混合效率不會繼續提高。當然，300s的拌合時間應用于施工現場是不實際的。

3.2 拌合溫度影響分析

混合效率隨拌合溫度的變化如圖3所示，細集料的舊瀝青大分子量百分率沒有明顯增加，可能是由于粗集料上的瀝青正在接收RAP中舊瀝青分子；也可能是由于新的熱集料與新熱瀝青可以促進舊瀝青溶解，并且新舊瀝青進一步相互擴散；還有可能是溫度增高，新瀝青被氧化而變硬，同時舊瀝青的穩定性也有利于一部分新瀝青被氧化。但是必須考慮到溫度升高對混合效率的潛在影響，這一部分的研究仍在繼續。

圖3 拌合時間為105s時不同拌合溫度下的混合效率變化規律

3.3 溫拌劑影響分析

分別對2種溫拌劑的使用效果進行了評價，對比分析得出兩者都有利于新舊瀝青混合，但是具體表現有差異，添加表面活性類與其它2種方法相比更有利于提高混合效率。這表明：表面活性類溫拌劑確實有助于新舊瀝青混合，蠟類溫拌劑似乎可以改善混合料的工作性，粗集料與新瀝青拌均勻后更容易裹覆RAP材料。在拌合時間更長、溫度更高的條件下，進一步研究蠟類與表面面活性類溫拌劑的作用時發現：蠟類溫拌劑也提高了RAP的摻合能力。

4 結論

為了評價拌合時間、拌合溫度與溫拌劑對新舊瀝青混合效率的影響，用大量新集料，PG 64-22新瀝青、回收料中的細料作為拌合原材料。對9種工況下的混合料進行拌合試驗，拌合后將裹覆有瀝青的粗細集料分開并分別抽提，回收瀝青，采用DSR和GPC試驗方法，研究瀝青的流變特性和分子量分布，得出以下結論：

4.1在一定的拌合條件下，新舊瀝青混合效率能達到80%以上。

4.2拌合時間增加，新舊瀝青混合裹覆到新集料上。

4.3拌合時間超過2.5min，即使拌合時間與混合效率呈線性關系，對提高混合效率的作用也很有限。

4.4拌合溫度對混合效率有顯著影響，拌合溫度從130℃上升到180℃，混合效率從59%增加到70%。

4.5拌合溫度超過180℃時，回收料里的大分子含量沒有明顯增加。

4.6表面活性類溫拌劑對提升新舊瀝青混合效率有顯著影響，摻加溫拌劑拌合條件在130℃、105s混合料達到76%，等同于不摻溫拌劑拌合條件在160℃、150s的情況。

［1］鄭南翔，侯月琴，紀小平.老化瀝青再生性能的預估分析［J］.長安大學學報（自然科學版），2009，29（3）:6-10.

［2］譚憶秋，王佳妮，馮中良，等.瀝青結合料紫外老化機理［J］.中國公路學報，2008，21（1）:19-24.

［3］Zhao，S.，Huang，B.，Shu，X.，et al..Compara-tive evaluation of warm mix asphalt containing high percentages ofreclaimed asphalt pavement［J］.Constr.Build.Mater.，2013，44，92-100.

［4］Benjamin F.Bowers，Jason Moore，Baoshan Huang etal..Blending efficiency of Reclaimed Asphalt Pavement:An approach utilizing rheological properties and molecular weight distributions［J］.Fuel，2014，135:63-68.