廢舊瀝青混合料AC-16再生性能分析及試驗

郭松林

摘要：本文結合廢舊瀝青混合料再生技術的理論基礎，通過舊料抽提試驗確定廢舊料的配合比，采用再生劑對廢舊料進行性能改善。然后，加入新瀝青及新集料，拌制新瀝青混合料，檢測其性能。通過試驗，確定新舊料摻配率、再生劑對廢舊瀝青混合料性能的影響，為瀝青混合料再生工藝提供參考借鑒。

Abstract： This paper combines the theoretical basis of the recycling technology of waste asphalt mixture， determines the mix ratio of waste materials through the extraction test of waste materials， and uses regenerant to improve the performance of waste materials. Then， it adds new asphalt and new aggregate， mixes new asphalt mixture， and tests its performance. Through the experiment， the influence of the mixing ratio of new and old materials and the regenerant on the performance of the waste asphalt mixture is determined to provide reference for the asphalt mixture regeneration process.

關鍵詞：廢舊瀝青混合料;再生瀝青混合料;瀝青用量;再生劑;舊料摻配率

0? 引言

對廢舊瀝青混合料再生技術的研究，最早于1915年的美國開始[1]。目前廢舊瀝青混合料的再生技術在美國、德國、芬蘭、法國及日本等多個國家普遍使用，并基本成熟。我國在上世紀六、七十年代，修路過程中曾不同程度地以廢物利用的方式使用了廢舊瀝青混合料。八十年代初期，開始對瀝青路面材料再生技術進行研究。從2002年京津塘高速公路開始，就地熱再生技術在我國悄然興起，圍繞以乳化瀝青和泡沫瀝青為主的冷再生技術也得到了一定的發展。

截至目前，我國公路總里程已達480余萬公里，其中高速公路總里程14余萬公里，位居世界第一。許多路面已經或即將進入修改建期，廢舊瀝青混合料的再生利用節約大量砂石、瀝青等原材的同時，也處理了廢料，對工程成本、環境保護大有裨益，其經濟效益、社會效益及環境效益不言而喻。

本文通過了解廢舊瀝青混合料再生機理，確定廢舊瀝青混合料再生方案，然后實施配合比設計及試驗，最后利用試驗結果進行分析。主要是驗證瀝青混合料再生后的性能特征，為以后的學習研究及實際應用提供參考。

1? 廢舊瀝青混合料再生機理

1.1 瀝青老化的機理

從瀝青加熱拌和開始直至使用壽命結束，在化學組成與物理形式上均不斷發生變化。在此過程中，瀝青日漸脆硬、開裂，失去其原有的黏結或密封作用[2]，這種機械性能或理化性質及膠體結構的變化是為老化。輕質油分的脫氫、聚合、揮發及各種成分的氧化，致使芳香成分減少、稠度增加，導致瀝青老化。

1.2 瀝青再生的原理與途徑

1.2.1 瀝青再生的原理

瀝青老化其實是其成分發生了變化，基本表現為瀝青質的增多、油分的減少及膠體結構的改變。老化后的瀝青變得脆硬、無光澤，軟化點、延度、針入度、粘度等出現變大或減小。瀝青再生即讓瀝青的性狀恢復到原狀或者適當狀態，可以重新使用。舊瀝青再生從一定層面而言，為其老化的逆過程[3]。

1.2.2 瀝青再生的途徑

瀝青再生是將一定粘度的新瀝青或低粘度油料與廢舊瀝青合成調配，使調配后的瀝青滿足使用要求。廢舊瀝青再生的過程其實就是瀝青調和的過程[4]，再生時調配使用的低粘度油料，即為再生劑。再生劑可以降低瀝青過高的粘度、改善瀝青的流變性能，使其滿足使用要求[5]。

1.2.3 廢舊瀝青混合料的再生

對于舊瀝青材料的再生，目前主要有熱再生和冷再生兩種方法。熱再生是通過調節舊瀝青粘度、改變舊瀝青流變性質使得舊瀝青再生，進而使用舊瀝青作為路面鋪筑材料使用。冷再生是對廢舊料進行銑刨加工，根據需要加入新的粗、細集料、外摻劑及水等材料，然后拌和、攤鋪并碾壓成型，重新形成新的結構層[6]。

本文研究的瀝青混合料再生，是將廢舊瀝青混合料經過破碎回收、抽提篩分，按照設計與再生劑、新集料、新瀝青等重新拌和并成型試件，檢測、分析其性能。

2? 再生瀝青混合料組成材料的分析

本文所用的廢舊瀝青混合料為魅力芙蓉項目的洗刨料。由于舊料取自于不同路段的不同層面，故物理性能存在著較大差異。本著科學嚴謹的思想，本試驗根據摻配率的不同對舊料進行了3組抽提篩分試驗。

2.1 瀝青

2.1.1 瀝青含量的確定

使用離心分離法進行抽提、篩分，得到的3組油石比如表1所示。

由試驗結果可知，舊料的瀝青含量差別較大，且與《公路瀝青路面設計規范》推薦的混合料油石比相比偏小。經分析，由以下兩個因素造成：

①兩次取來的廢料取自魅力芙蓉項目不同路段及不同層面，初始設計的油石比不同，后期老化程度也不同，油石比相差較大。

②在使用過程中，瀝青逐漸老化變質，使得有些成分的溶解度降低，造成抽提所得油石比變小。

2.1.2 新瀝青標號的選擇

再生劑、新舊瀝青的性能都會影響再生瀝青的性能，為避免因廢舊瀝青與新瀝青性能沖突出現不能充分溶合，進而導致再生料的各項性能指標不滿足要求的問題出現，經調查研究，本試驗采用AH-70瀝青。

2.2 再生劑

本文試驗所用再生劑，是一種由基質瀝青、再生劑及溶劑等摻加劑合成的黑色溶液。依據推薦值，再生劑摻量取7%（為舊瀝青含量的百分比）。同時，為了認識再生劑摻量對再生料性能的影響，對舊料摻量為60%的再生料，加做兩組不同摻量再生劑的性能對比試驗，再生劑摻量分別為4%和10%。

2.3 礦質集料

2.3.1 舊料級配

對抽提后的集料進行篩分，結果見表2。

2.3.2 新、舊料物理特征

①對抽提后的集料進行檢測，得到表3指標。

②試驗所用的新集料為石灰巖，其物理指標見表4。

3? 再生瀝青混合料組成設計

3.1 再生瀝青混合料的類型、分組

本文設計的為AC-16再生瀝青混合料。共設計5組試驗類型，具體分類見表5。

在表5中，a，c，e三組通過相同的再生劑摻量，來檢測分析舊料摻配率與再生瀝青混合料性能之間的關系;b，c，d三組則通過相同的舊料摻配率，來檢測分析再生劑摻量與再生瀝青混合料性能之間的關系。

試驗中，a，c，e三組采用各自確定的最佳油石比，b，c，d三組采用c確定的最佳油石比。

3.2 新集料的級配

再生瀝青混合料由舊料、新料級配混合而成，舊料級配通過抽提篩分確定，新料級配根據再生料和舊料確定。本文級配確定采用圖解法，再生混合料礦料級配范圍見表6。

3.3 最佳瀝青用量的確定

試驗設計以預估的最佳瀝青用量為中間值，依次間隔0.5%，設計5組油石比，成型馬歇爾、車轍等試件。按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》檢測再生瀝青混合料密度，并計算試件的空隙率（VV）、礦料間隙率（VMA）及有效瀝青飽和度（VFA）等瀝青混合料指標，對結果進行分析。三組試驗，舊料與新料比分別為70：30，60：40，50：50，再生劑摻量取7%（為舊瀝青含量的百分比）。檢測結果如表7。

由繪圖法得知：舊料摻配率為70%的最佳油石比是5.0%，舊料摻配率為60%的最佳油石比是5.4%，舊料摻配率為50%的最佳油石比是4.8%。

4? 再生瀝青混合料試驗及性能分析

4.1 再生瀝青混合料的高溫穩定性

高溫穩定性是瀝青混合料在荷載作用下抵抗永久變形的能力。其評價指標動穩定度為按規定條件進行瀝青混合料車轍試驗時，混合料試件變形進入穩定期后，每產生1mm輪轍變形試驗輪所行走的次數，得到再生瀝青混合料動穩定度的測試結果如表8所示。

結果分析（圖1）：

①再生瀝青混合料的動穩定度對舊料摻配率的變化沒有表現出太過明確的規律。

原因：1）舊料有一定硬脆性，摻入量增大，再生瀝青混合料的動穩定度會逐漸上升;但同時，舊料摻量增大，再生混合料的最佳油石比會相對變大，動穩定度有下降的趨勢。2）舊料瀝青含量離散性比較大，所取舊料不能完全均一，故試驗油石比與真正油石比可能有誤差。

②再生混合料的動穩定度隨著再生劑摻量的不斷提高，出現持續下降的規律。

原因：對于車轍試件，瀝青的粘度越高，瀝青混合料的抗剪切變形能力越強，動穩定度隨之提高。摻加之后，廢舊瀝青的粘度隨之降低，抗剪切變形能力隨之變弱，導致抗車轍能力減弱。單論此點，再生劑對再生瀝青混合料的抗車轍能力具有負面影響。但瀝青混合料的路用效果是各種指標性能綜合之后取最優，并非動穩定度單項指標差就表明路用效果差，高的動穩定度也會出現差的低溫抗開裂性。

4.2 再生瀝青混合料的水穩定性

瀝青混合料的水穩性，是評價瀝青混合料耐久性的重要指標。測定水穩定性的試驗一般有浸水輪轍法、凍融劈裂法及浸水馬歇爾試驗法等。本文采用浸水馬歇爾試驗法進行試驗。

根據確定的最佳油石比制作馬歇爾試件，按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》進行浸水馬歇爾試驗法試驗，檢測結果見表9。

結果分析（圖2）：

①再生瀝青混合料的浸水殘留穩定度對于舊料摻配率的提高沒有表現出很明確的規律。

②再生瀝青混合料的浸水殘留穩定度對再生劑摻量的增加呈現出明顯的下降趨勢。說明隨著再生劑摻量的增加，再生瀝青混合料的水穩定性逐漸變差。

5? 結論

①經檢測，再生瀝青混合料可以恢復到正常使用水平，且處于最佳油石比時，舊料摻配率對高溫穩定性、水穩定性的影響沒有表現出明確規律。表明廢舊瀝青混合料的再生利用率較高，應用空間很廣。②再生劑能有效改善廢舊瀝青混合料的性能。廢舊料與再生劑反應后，按適當比例與新瀝青及新集料混合攪拌，制成再生瀝青混合料。經試驗檢測得知，可以正常使用。但隨著再生劑摻量的增加，高溫穩定性和水穩定性均下降。說明再生劑與再生瀝青混合料的性能之間的關系十分密切，再生劑具有較高的可研發性。國外不少再生劑的生產采用的是從石油煉制過程中提取油分與樹脂的方法，該種方法生產的再生劑穩定性較高，對再生劑的研發具有較高的借鑒價值。

參考文獻：

[1]黃曉明，趙永力，江臣.瀝青路面再生利用試驗分析[J].巖土工程學報，2001，23（4）：468-471.

[2]廖克儉，叢玉鳳.道路瀝青生產與應用技術[M].北京：化學工業出版社，2004（8）：152.

[3]夏明，郭小宏，朱穎峰.新型瀝青再生劑重塑廢舊瀝青性能分析[J].道路工程，2009，4：15-18.

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[6]拾方治，馬衛民.瀝青路面再生技術手冊[M].北京：人民交通出版社，2006：15-17.