考慮再生劑的溫拌再生瀝青混合料路用性能研究

張 鵬

(平頂山市凱達(dá)工程監(jiān)理處 平頂山 467000)

0 引 言

瀝青路面大中修過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量舊瀝青路面材料(RAP)，將其廢棄會(huì)造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染.近年來(lái)提出瀝青路面再生技術(shù)，即將RAP與新集料和新瀝青拌和后進(jìn)行重新利用，以實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保發(fā)展[1-3].但在瀝青混合料再生過(guò)程中，已老化的RAP與新集料和新瀝青的重新拌和過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生廢氣，造成環(huán)境污染，且較高的拌和溫度會(huì)造成RAP老化加劇，不利于保證其性能，因此，為克服上述缺陷，相關(guān)研究者提出溫拌再生技術(shù)，兼顧了溫拌和再生兩者的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)廢物利用的同時(shí)減少了拌和過(guò)程中的廢氣排放和RAP上攜帶瀝青的老化等，因而對(duì)溫拌再生瀝青混合料進(jìn)行研究有重要意義[4-5].

現(xiàn)有研究主要著眼于溫拌和熱拌再生瀝青混合料路用性能對(duì)比，及溫拌劑類型、RAP摻量及再生劑使用與否等對(duì)溫拌再生瀝青混合料路用性能的影響等[6-9]，而關(guān)于再生劑摻量對(duì)其路用性能的影響較少涉及.為此，本文選取不同再生劑摻量制備溫拌再生瀝青混合料，研究其高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性變化規(guī)律.

1 試驗(yàn)概況

1.1 原材料

1) 瀝青 新瀝青為殼牌70#基質(zhì)瀝青，舊瀝青則為RAP上攜帶，指標(biāo)參數(shù)見表1.

表1 新舊瀝青主要技術(shù)指標(biāo)

2) 溫拌劑和再生劑 采用Sasobit溫拌劑，為一種聚烯烴類有機(jī)降粘型溫拌劑，呈白色固體顆粒，試驗(yàn)中用量為瀝青質(zhì)量的3%，主要技術(shù)指標(biāo)見表2.再生劑主要成分為瀝青還原劑，主要技術(shù)指標(biāo)見表3.

表2 溫拌劑主要技術(shù)指標(biāo)

3) 集料及級(jí)配 舊RAP集料由某高速公路銑刨而得，新集料采用石灰?guī)r，礦粉由石灰?guī)r磨細(xì)而得.采用AC-20級(jí)配制備溫拌再生瀝青混合料，最佳油石比為4.7%，見表4.

表3 再生劑主要技術(shù)指標(biāo)

1.2 溫拌再生瀝青混合料拌和

溫拌再生瀝青混合料拌和順序?yàn)槭紫葘AP和新集料干拌90 s，進(jìn)而加入新瀝青、溫拌劑和再生劑濕拌90 s，最后加入礦粉繼續(xù)濕拌90 s形成瀝青混合料，拌和過(guò)程中各溫度參數(shù)見表5.

表4 集料級(jí)配

表5 拌合過(guò)程溫度參數(shù) ℃

2 溫拌再生瀝青混合路用性能研究

采用再生劑摻量分別為0%，5%，7%，9%和11%(瀝青質(zhì)量分?jǐn)?shù))，RAP摻量分別為0%，10%，30%和50%(瀝青混合料質(zhì)量分?jǐn)?shù))，按前文方法分別拌制溫拌再生瀝青混合料，進(jìn)而成型相應(yīng)試件就其高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性進(jìn)行研究.

2.1 高溫穩(wěn)定性

采用輪碾法將溫拌再生瀝青混合料成型為300 mm×300 mm×50 mm試件進(jìn)行車轍試驗(yàn)，溫度60 ℃、輪壓0.7 MPa，得出其動(dòng)穩(wěn)定度見表6.

表6 溫拌再生瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

由表6可知：

1) 溫拌再生瀝青混合料高溫穩(wěn)定性隨再生劑摻量的增加而降低，且RAP摻量不同時(shí)高溫穩(wěn)定性對(duì)再生劑摻量的敏感性不同.圖1為再生劑摻量增加時(shí)各個(gè)RAP摻量的瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度均逐漸降低，但敏感性不同，其中RAP摻量為0%和50%時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度基本隨再生劑摻量的增加呈線性降低，而RAP摻量為10%和30%時(shí)，其動(dòng)穩(wěn)定度隨再生劑摻量變化曲線分別在7%和9%處出現(xiàn)拐點(diǎn)，動(dòng)穩(wěn)定度下降速率減慢，分析原因在于再生劑對(duì)瀝青的作用機(jī)理分為兩個(gè)方面，一方面是由于其含有較多飽和分和芳香分，故加入瀝青后能調(diào)節(jié)瀝青組分使其粘度降低，另一方面在于其與RAP攜帶老化瀝青作用后能使老化瀝青中重質(zhì)組分向輕質(zhì)組分轉(zhuǎn)化，因此,對(duì)于0%RAP摻量的瀝青混合料，再生劑一直起組分調(diào)節(jié)作用，對(duì)于50%RAP摻量的瀝青混合料，再生劑則同時(shí)起組分調(diào)節(jié)和使老化瀝青再生作用，而對(duì)于RAP摻量為10%和30%的瀝青混合料，由于RAP摻量有限，摻量較低時(shí)再生劑同時(shí)起組分調(diào)節(jié)和使老化瀝青再生作用，摻量超出一定范圍后對(duì)老化瀝青的再生作用停止，動(dòng)穩(wěn)定度降低速率減慢.

圖1 再生劑摻量對(duì)溫拌再生瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度影響

2) 溫拌再生瀝青混合料高溫穩(wěn)定性隨RAP摻量的增加基本呈線性增加，見圖2.分析原因在于RAP攜帶的老化瀝青硬質(zhì)成分較多，故與新瀝青混溶再生后形成的調(diào)和瀝青硬度也隨之增加，故RAP摻量增加時(shí)由于總瀝青用量中老化瀝青比例增加，高溫抗變形能力改善.

圖2 RAP摻量對(duì)溫拌再生瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度影響

3) 各RAP和再生劑摻量下的動(dòng)穩(wěn)定度最小值為1 089次/mm，滿足文獻(xiàn)[10]對(duì)氣候分區(qū)1-1或1-2區(qū)普通瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度不小于800次/mm的要求，表明溫拌再生瀝青混合料高溫穩(wěn)定性較好.

2.2 低溫抗裂性

采用輪碾法將溫拌再生瀝青混合料成型為300 mm×300 mm×50 mm的車轍試件，進(jìn)而切割為250 mm×30 mm×35 mm的小梁試件進(jìn)行低溫彎曲試驗(yàn)，溫度-10 ℃，加載速率50 mm/min，得出其彎拉破壞應(yīng)變，見表7.

表7 溫拌再生瀝青混合料低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

由表7可知：

1) 溫拌再生瀝青混合料低溫抗裂性隨再生劑摻量的增加而增加，且RAP摻量不同時(shí)低溫抗裂性對(duì)再生劑摻量的敏感性不同.圖3為再生劑摻量增加時(shí)各個(gè)RAP摻量的瀝青混合料彎拉破壞應(yīng)變均逐漸增加，這是由于摻入再生劑后瀝青粘度降低，應(yīng)力松弛和變形性能提高的緣故.同時(shí)RAP摻量不同時(shí)，其彎拉破壞應(yīng)變對(duì)再生劑摻量的敏感性也不同，規(guī)律與高溫穩(wěn)定性變化情況類似.

圖3 再生劑摻量對(duì)溫拌再生瀝青混合料彎拉破壞應(yīng)變影響

2) 溫拌再生瀝青混合料低溫抗裂性隨RAP摻量的增加基本呈線性降低,見圖4，分析原因在于瀝青混合料中RAP含量增加時(shí)其勁度模量增加，硬脆特征明顯，因而低溫下容易開裂.

圖4 RAP摻量對(duì)溫拌再生瀝青混合料彎拉破壞應(yīng)變影響

3) 為保證溫拌再生瀝青混合料低溫抗裂性，應(yīng)根據(jù)其RAP摻量不同摻入適量再生劑，且RAP摻量越高所需再生劑用量越高.RAP摻量不超過(guò)10%時(shí)，溫拌再生瀝青混合料彎拉破壞應(yīng)變最小值為2 342×10-6，滿足文獻(xiàn)[10]對(duì)冬溫區(qū)普通瀝青混合料彎拉破壞應(yīng)變不小于2 000×10-6的要求，但RAP摻量達(dá)到30%及以上時(shí)其彎拉破壞應(yīng)變已不滿足規(guī)范要求，故為保證溫拌再生瀝青混合料低溫抗裂性，對(duì)30%或50%RAP摻量的瀝青混合料應(yīng)至少摻入5%或7%的再生劑.

2.3 水穩(wěn)定性

采用溫拌再生瀝青混合料成型馬歇爾試件，進(jìn)而進(jìn)行凍融劈裂試驗(yàn)，得出其TSR見表8.

表8 溫拌再生瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

由表8可知：

1) 再生劑摻量增加時(shí)，未摻入RAP瀝青混合料的水穩(wěn)定性逐漸降低，而摻入RAP瀝青混合料的水穩(wěn)定性逐漸增強(qiáng).圖5為再生劑摻量增加時(shí)未摻入RAP的瀝青混合料TSR值逐漸降低，而摻入RAP的瀝青混合料TSR逐漸增加，分析原因在于未摻入RAP時(shí)摻入再生劑會(huì)造成瀝青黏性降低，對(duì)集料黏附性下降，故抗水分侵蝕能力下降，而摻入RAP時(shí)由于再生劑能使粘附性能較差的老化瀝青性能得到部分恢復(fù)，故抗水分侵蝕能力提高.

圖5 再生劑摻量對(duì)溫拌再生瀝青混合料TSR影響

2) 溫拌再生瀝青混合料水穩(wěn)定性隨RAP摻量的增加逐漸降低，且再生劑摻量越低降低速率越快.圖6為RAP摻量增加時(shí)，無(wú)論再生劑摻量如何其TSR均逐漸降低，分析其原因，一方面在于RAP增加時(shí)總瀝青用量中老化瀝青比例增加，與集料粘附性下降，同時(shí)由于RAP攜帶的部分老化瀝青未參與再生，故RAP摻量越高未參與再生老化瀝青越多，造成實(shí)際瀝青膜厚度變薄，更容易受水分侵蝕破壞.

圖6 RAP摻量對(duì)溫拌再生瀝青混合料TSR影響

3) 為保證溫拌再生瀝青混合料水穩(wěn)定性，應(yīng)根據(jù)其RAP摻量不同摻入適量再生劑，且RAP摻量越高所需再生劑用量越高.RAP摻量不超過(guò)30%時(shí)，溫拌再生瀝青混合料TSR最小值為76.4%，滿足文獻(xiàn)[10]對(duì)半干區(qū)和干旱區(qū)普通瀝青混合料TSR不小于70%的要求，但RAP摻量達(dá)到50%時(shí)其TSR已不滿足規(guī)范要求，故為保證溫拌再生瀝青混合料水穩(wěn)定性，對(duì)50%RAP摻量的瀝青混合料應(yīng)至少摻入9%的再生劑.

3 結(jié) 論

1) 溫拌再生瀝青混合料高溫穩(wěn)定性隨再生劑摻量的增加而降低，隨RAP摻量的增加而提高，低溫抗裂性和水穩(wěn)定性隨上述兩因素的變化規(guī)律則與高溫穩(wěn)定性正好相反.

2) 各個(gè)RAP和再生劑摻量下溫拌再生瀝青混合料高溫穩(wěn)定性均能滿足規(guī)范要求，對(duì)于低溫抗裂性和水穩(wěn)定性，RAP摻量分別達(dá)到30%和 50%以上時(shí)不滿足規(guī)范要求.

3) 為保證溫拌再生瀝青混合料路用性能，RAP摻量達(dá)到30%及以上時(shí)應(yīng)至少摻入7%的再生劑，而達(dá)到50%及以上時(shí)應(yīng)至少摻入9%的再生劑.