嘉安高速回收瀝青混合料改性技術試驗分析

魏 強,商博明,蔡乾東,徐培華

(1.甘肅省酒泉公路管理局,甘肅酒泉 735000;2.陜西長大博源公路養護科技有限公司,陜西西安 710075; 3.長安大學公路學院,陜西西安 710064)

嘉安高速回收瀝青混合料改性技術試驗分析

魏 強1,商博明2,蔡乾東2,徐培華3

(1.甘肅省酒泉公路管理局,甘肅酒泉 735000;2.陜西長大博源公路養護科技有限公司,陜西西安 710075; 3.長安大學公路學院,陜西西安 710064)

為了研究自主開發的回收瀝青混合料改性劑MaR的性能,對嘉安高速銑刨回收料瀝青混合料進行了熱再生改性試驗研究。將添加改性劑的回收料制備成試件,并進行車轍試驗、浸水馬歇爾試驗、低溫劈裂強度試驗以及凍融劈裂強度試驗。試驗結果表明:回收瀝青混合料改性劑MaR使用方便,且使用改性劑的再生瀝青混合料各項指標較未改性的混合料均有一定程度的改善,即MaR改性劑能夠有效提升回收瀝青混合料的綜合性能。

熱再生;混合料改性;試驗研究;MaR

0 引 言

嘉安高速(嘉峪關至安西)嘉峪關至玉門鎮段是連(云港)霍(爾果斯)主干線(G30)在甘肅境內的重要路段,又是“西部大開發”八條大通道之一——西寧至庫爾勒公路的組成部分。經過8年的通車運營,其部分路段出現較為嚴重的路面病害,為有效改善路面行駛質量,加強路面服務水平,部分路段進行了銑刨維修,因此產生大量的銑刨回收材料(RAP)。隨著養護工程的不斷開展,如何處置數以萬噸的銑刨材料成為必須面對的問題。

為了對嘉安高速瀝青路面回收材料進行有效利用,提高再生瀝青混合料使用性能,方便施工,項目組基于瀝青混合料改性技術的思想,與陜西長大博源公路養護科技有限公司共同合作,進行了熱再生瀝青混合料改性劑產品的研發。本次試驗主要對該產品的使用效果進行分析,為熱再生瀝青混合料改性劑的推廣及再生瀝青混合料的有效利用提供技術參考。

1 瀝青混合料改性技術

瀝青混合料改性技術是在普通瀝青混合料生產工藝的基礎上,將瀝青混合料改性劑直接加入拌和樓中,無需增加機械設備,不改變傳統的生產工藝,只通過物理及化學作用達到改善瀝青混合料性能的目的[1-2]。

1.1 化學作用機理

1.1.1 吸附固結作用

改性劑的橡塑高分子聚合物在一定溫度下吸收瀝青中的輕質油分而溶脹變形,同時在拌和樓機械攪拌力作用下發生拉絲、搭接、纏繞,與瀝青膠漿一起裹覆于礦料之間,形成特殊的橡塑合金網絡結構,并將所吸附的輕質油分固結在網絡結構中,使瀝青混合料高溫不易變形、低溫不易脆裂,達到固結穩定的作用。

1.1.2 增黏改性作用

改性劑中的納米級材料及部分助劑可溶解在瀝青膠漿中,提高瀝青的軟化點、延度,降低溫度敏感性,從而達到改善瀝青性能的作用;橡塑高分子聚合物吸收瀝青膠漿中的輕質油分溶脹而不溶解,間接增加瀝青的稠度和黏結性,提高瀝青混合料的高溫穩定性、黏結力和勁度模量,起到改善瀝青混合料性能的作用。

1.2 物理作用機理

1.2.1 加筋增強作用

改性劑的橡塑高分子聚合物在瀝青混合料中發生溶脹而不溶解,并在拌和樓內高速剪切力的作用下拉絲,在瀝青混合料內形成搭橋、纖維加筋作用,提高瀝青混合料的耐久性能、耐疲勞性能,延長瀝青路面的使用壽命。

1.2.2 嵌擠填充作用

改性劑添加到瀝青混合料中,橡塑聚合物溶脹后處于軟化狀態,在碾壓作用下填充到瀝青混合料的孔隙中,起到嵌擠、填充作用,提高瀝青混合料的水穩性和高溫穩定性。

目前,瀝青混合料改性技術多用于新拌瀝青混合料中,回收瀝青混合料多采用液態改性劑進行拌和。然而,液態改性劑一方面不便于施工,另一方面在恢復回收材料中瀝青老化性能時影響了瀝青混合料整體的高溫性能[3-6]。

2 原材料

2.1 混合料改性劑

為提高再生瀝青混合料的高溫抗車轍、低溫抗裂性能,改善抗水損壞性能,項目組采用橡膠、樹脂高分子聚合物以及納米級材料和助劑混煉復合制成橡塑復合型改性劑產品MaR,用于改善回收瀝青混合料性能,延長再生瀝青路面的耐久性。瀝青混合料改性劑MaR的物理技術指標見表1,本次試驗MaR的摻量為混合料質量的0.3%。

表1 MaR物理技術指標

2.2 瀝青路面回收材料

為避免其他材料因素對試驗結果產生影響,本次試驗原材料選擇嘉安高速瀝青路面銑刨回收料,且不添加新集料[7-13]。參照《公路瀝青路面再生技術規范》(JTG F41—2008)、《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20—2011)、《公路工程集料試驗規程》(JTG E42—2005)等對回收料進行抽提試驗,結果如表2、3所示。

表2 嘉安高速銑刨回收瀝青路面材料的性能試驗結果

表3 RAP各檔篩孔通過率

2.3 瀝青

試驗用瀝青材料為中海90#基質瀝青,用量為2.0%,其技術指標見表4。

表4 中海90#基質瀝青技術指標

3 試驗方法

3.1 材料準備

將試驗用回收材料在110℃±5℃的烘箱中預熱4 h備用,基質瀝青加熱到150℃~160℃備用, MaR改性劑常溫備用,拌和鍋預熱至160℃[14-15]。

3.2 MaR改性瀝青混合料的拌和

首先將回收材料倒入預熱到設定溫度的拌鍋中,然后加入基質瀝青拌和40~60 s,拌和溫度控制在155℃~160℃,加MaR改性劑拌和40~60 s,即可成型試件。

改性瀝青混合料由于添加了MaR改性劑,細集料與瀝青形成的膠漿材料均勻裹覆在粗集料表面,形成相對較厚的瀝青薄膜,有利于提高瀝青膠漿與集料的黏附性及瀝青混合料的低溫抗裂性能。

4 改性瀝青混合料性能檢驗

通過室內試驗對AC-16型改性熱再生瀝青混合料的高溫、水穩、低溫劈裂等性能進行驗證,并與未使用改性劑的熱再生瀝青混合料進行對比。

4.1 車轍試驗

車轍試驗采用300 mm×300 mm×50 mm試件,試驗溫度為60℃,荷載為0.7 MPa,試驗結果如表5所示。

由表5可以看出,2組再生混合料抗車轍性能均能夠滿足規范要求,相較于未使用改性劑的熱再生混合料,使用改性劑的再生混合料的抗車轍性能提高了44%。

表5 AC-16再生瀝青混合料車轍試驗結果

4.2 浸水馬歇爾試驗

采用Φ101.6 mm×63.5 mm的試件進行60℃下0.5 h及48 h浸水馬歇爾試驗,試驗結果如表6所示。

表6 熱再生試件浸水馬歇爾試驗結果

由表6可以看出:2組再生混合料浸水殘留穩定度均能夠滿足規范要求且相差不大;但在穩定度方面,相較于未使用改性劑的熱再生混合料,使用改性劑的混合料的0.5 h及48 h穩定度分別提高了18%、21%。

4.3 低溫劈裂強度試驗

在10℃±0.5℃下進行瀝青混合料的劈裂試驗以評價再生瀝青混合料的低溫抗裂性能,結果如表7所示。

表7 熱再生瀝青混合料低溫劈裂試驗結果

由表7可以看出,使用改性劑的熱再生瀝青混合料,其低溫劈裂抗拉強度較未使用改性劑的熱再生混合料提高了29%。

4.4 凍融劈裂強度試驗

凍融劈裂強度試驗采用Φ101.6 mm×63.5 mm的馬歇爾試件,雙面擊實50次,試驗結果如表8所示。

由表8可以看出,2組再生混合料凍融劈裂殘留強度比均滿足規范要求,使用改性劑的熱再生混合料的凍融劈裂強度比不僅高于規范要求18.4%,且較未使用改性劑的熱再生混合料提高了19%。

表8 熱再生瀝青混合料凍融劈裂試驗結果

5 結 語

本次試驗采用MaR改性劑進行熱再生混合料改性研究,由各項試驗結果可以看出以下幾點。

(1)MaR固態改性劑使用方便、無污染,便于施工投放。

(2)MaR改性AC-16再生瀝青混合料動穩定度、殘留穩定度、低溫抗裂及凍融劈裂等指標均滿足規范要求。

(3)使用改性劑的再生瀝青混合料各項指標較未改性的混合料均有一定程度的改善,即添加改性劑的混合料的綜合性能得到了提升。

因此,在瀝青路面回收材料拌和過程中,將固體改性劑產品直接添加到拌和樓中,能使其通過對瀝青混合料的吸附固結、增黏改性、加筋增強和嵌擠填充等作用,提高瀝青混合料的高溫穩定性,改善瀝青混合料低溫柔韌性及抗水損害性能,增強再生瀝青路面耐久性能,延長瀝青路面使用壽命;同時,與先生產改性瀝青、再生產改性瀝青混合料的技術相比,具有明顯的性能、經濟、環保及應用優勢。

[1] 張肅軍,魏 強,徐培華,等.溫拌再生瀝青混合料路用性能研究[J].公路交通科技:應用技術版,2016(8):86-87.

[2] 嚴世祥.溫拌瀝青混合料的應用技術研究[D].重慶:重慶大學,2007.

[3] 鄒桂蓮,虞將苗,徐 偉.界面改性劑對瀝青混合料路用性能的影響與機理分析[J].公路交通科技:應用技術版,2008 (S1):61-64,68.

[4] 肖 鵬,馬愛群.SBS物理改性瀝青與化學改性瀝青性能對比研究[J].公路交通科技,2006,23(11):10-14.

[5] 張 銳,黃曉明,趙永利,等.加入新型添加劑的瀝青混合料路用性能研究[J].公路交通科技,2006,23(11):27-30.

[6] 馬德崇.高性能瀝青混合料改性劑的制備及應用研究[J].中國科技縱橫,2014(12):171-172.

[7] 閆興云,肖玲君,劉 羽,等.高摻量RAP熱再生瀝青混合料路用性能研究[J].公路交通科技:應用技術版,2016(6):76-77.

[8] 錢付忠,劉 羽,賈曉放.嘉安高速瀝青路面銑刨回收材料級配變異性分析[J].基層建設,2016(21):99-100.

[9] 任瑞波,名少華.高RAP摻量的熱再生瀝青混合料設計及性能研究[J].石油瀝青,2013,27(3):25-29.

[10] 袁 婷.從國外經驗看我國城市固體廢棄物的循環利用[J].山東工商學院學報,2006,20(1):20-23.

[11] 査旭東,閔 斌,宋 微.RAP摻量對熱再生瀝青混合料性能影響分析[J].長沙理工大學學報:自然科學版,2013,10(4): 1-8.

[12] 楊海峰.RAP摻量對熱拌再生瀝青混合料性能的影響研究[J].山西建筑,2014,40(12):137-138.

[13] 胡志梅.材料的循環利用和再生利用是交通可持續發展的重中之重[J].交通世界,2008(9):49.

[14] 徐培華.廠拌熱再生技術[J].公路養護,2006,2(2):32-46.

[15] 郝建財.瀝青路面瀝青老化規律及再生技術分析[J].北方交通,2014(1):50-52.

[責任編輯:杜衛華]

Experimental Analysis of RAP Modification for Jiayuguan-Anxi Expressway

WEI Qiang1,SHANG Bo-ming2,CAI Qian-dong2,XU Pei-hua3
(1.Jiuquan Highway Administration of Gansu Province,Jiuquan 735000,Gansu,China; 2.Shaanxi Changda Boyuan Highway Maintenance Technology Co.,Ltd.,Xi?an 710075,Shaanxi,China; 3.School of Highway,Chang?an University,Xi?an 710064,Shaanxi,China)

In order to study the performance of MaR,a self-developed modifier for reclaimed asphalt pavement(also known as RAP),experimental study on the hot recycling and modification of RAP was conducted on the materials reclaimed from the milling of Jiayuguan-Anxi Expressway.The recovered material to which the modifier was added was prepared as a specimen,and the rutting test,Marshall stability test,low-temperature splitting strength test and freeze-thaw cycles were carried out.The results indicate that the MaR is easy to use,and the indicators of the asphalt mixture modified with MaR has a certain degree of improvement compared with that of the original mixture,which means the MaR modifier can effectively improve the comprehensive performance of the reclaimed asphalt pavement.

hot recycling;mixture modification;experimental study;MaR

U418.6

B

1000-033X(2017)07-0050-04

2016-12-28

甘肅省科技廳科技項目(2016Y0316)

魏 強(1964-),男,山東營口人,高級工程師,研究方向為公路養護與管理。