泡沫溫拌再生瀝青混合料性能研究

汪 林，姚 鑫，董乾坤，鄭 煒，陳 琴

(武漢市漢陽市政建設(shè)集團有限公司，武漢 430050)

節(jié)能環(huán)保、綠色發(fā)展已經(jīng)成為全世界關(guān)注的重點話題，瀝青路面材料的再生利用將成為一個重要的研究方向。較傳統(tǒng)方法相比，瀝青路面回收降低對砂石、瀝青等道路建筑材料的需求量，減少對環(huán)境的污染?，F(xiàn)階段，瀝青路面再生領(lǐng)域最具應(yīng)用前景的技術(shù)主要有兩種：廠拌熱再生技術(shù)和泡沫瀝青熱再生技術(shù)[1]。

目前，瀝青路面回收料(RAP)多數(shù)采用廠拌熱再生的方式達到循環(huán)利用的目的。然而熱拌瀝青混合料生產(chǎn)過程需要消耗大量的燃料并排放粉塵和有害氣體，對施工人員和環(huán)境造成危害。采用溫拌技術(shù)可以有效解決廠拌熱再生技術(shù)高能耗、高污染的問題，同時可提高對瀝青路面再生材料的利用率。根據(jù)溫拌瀝青混合料再生技術(shù)機理的不同，可分為四類：發(fā)泡降黏技術(shù)、有機降黏類添加、表面活性劑類添加及乳化瀝青溫拌法[2,3]。其中，以發(fā)泡降黏技術(shù)最為經(jīng)濟實用，具有較好的發(fā)展前景。在確定瀝青最佳發(fā)泡用水量的基礎(chǔ)上，通過試驗對泡沫瀝青混合料的馬歇爾試驗性能、高溫穩(wěn)定性及水穩(wěn)定性進行研究。

1 材 料

試驗采用雙龍AH-70道路石油瀝青，其技術(shù)指標見表1。瀝青發(fā)泡水為生活用水，符合生活飲用水標準GB5749—2006。

表1 AH-70道路石油瀝青性能指標

2 泡沫溫拌瀝青最佳發(fā)泡用水量的確定

膨脹率和半衰期是評價瀝青發(fā)泡效果最重要的兩個指標。泡沫瀝青溫拌技術(shù)主要是利用瀝青發(fā)泡后的低粘性，來實現(xiàn)在較低的溫度下充分裹附集料。因此溫拌技術(shù)所用的泡沫瀝青可不必追求過大的膨脹率，一般來說，膨脹率滿足一定要求的、半衰期越長的泡沫瀝青，低粘性持續(xù)的時間越長，與集料的拌和效果越好。

在一定溫度和用水量下，瀝青發(fā)泡狀態(tài)最大體積與未發(fā)泡狀態(tài)體積之比為體積膨脹率，表征瀝青在集料中的分散效果。為使泡沫瀝青與礦料達到更好的裹附效果，不應(yīng)選擇過小的體積膨脹率，一般不小于8倍。泡沫瀝青從最大體積衰減到50%最大體積所用的時間為半衰期。隨半衰期的增長，泡沫瀝青和礦料接觸與拌合的時間越長，混合料的質(zhì)量更好，通常不宜小于8 s[4]。在發(fā)泡溫度150 ℃的條件下，采取用水量 1%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%下對AH-70瀝青進行發(fā)泡試驗，結(jié)果見圖1。

由圖1可知：膨脹率為10倍時對應(yīng)的發(fā)泡用水量為1.3%，半衰期為8 s時對應(yīng)的發(fā)泡用水量為1.5%，同時滿足要求的發(fā)泡用水量為1.3%～1.5%，取其中間值1.4%作為最佳發(fā)泡用水量。

3 泡沫溫拌再生瀝青混合料性能研究

3.1 泡沫溫拌再生瀝青配合比設(shè)計

參考《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTG E20—2011)，采用與熱拌瀝青混合料相同的設(shè)計程序和符合要求的原材料完成溫拌瀝青混合料配合比設(shè)計，級配上限值與下限值參照同類型熱拌瀝青混合料。

采用 AC-25混合料，按熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計方法得到的礦料級配設(shè)計曲線見圖2，通過馬歇爾試驗得到泡沫再生瀝青混合料最佳油石比為3.9%。

3.2 泡沫溫拌再生瀝青混合料馬歇爾試驗研究

采用1.4%的發(fā)泡用水量得到泡沫瀝青，配入不同摻量的再生料，從10%、20%、30%依次遞增進行泡沫溫拌瀝青混合料馬歇爾試驗，測定混合料體積參數(shù)，結(jié)果見表2。

表2 不同RAP摻量下的AC-25泡沫溫拌再生瀝青混合料性能

可以看出，各摻量下的泡沫瀝青再生瀝青混合料體積參數(shù)指標均可達到普通熱拌密級配瀝青混合料的標準。在混合料空隙率為4%～4.5%時，隨著RAP摻量的增加，新加瀝青油石比逐漸減小，表明RAP中的舊瀝青可以取代部分新瀝青。當摻量為20%時，混合料馬歇爾穩(wěn)定度最高。

3.3 泡沫溫拌再生瀝青混合料路用性能研究

3.3.1 高溫穩(wěn)定性能

夏季瀝青路面溫度可高達60 ℃以上，這對其高溫性能提出了更高的要求。高溫條件下，瀝青混合料受到車輛荷載的影響，路面使用質(zhì)量降低，影響道路交通安全。該研究采用車轍試驗評價瀝青混合料的高溫性能，以動穩(wěn)定度作為評價指標。根據(jù)JTGE20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》進行試驗，結(jié)果見表3。

表3 AC-25泡沫溫拌瀝青混合料高溫性能試驗結(jié)果

由表3可知，隨著RAP摻量的增加，AC-25泡沫溫拌瀝青混合料的動穩(wěn)定度逐漸增大，且均滿足規(guī)范要求。這是由于RAP料中瀝青老化變硬引起的，RAP摻量越大，老化瀝青的比例增加，高溫性能越好，表明RAP摻量的增加可改善泡沫再生混合料的高溫性能。

3.3.2 水穩(wěn)定性能

目前國內(nèi)外評價瀝青混合料水穩(wěn)定性的主要相關(guān)試驗方法有浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗、浸水車轍試驗、浸水抗壓強度試驗和浸水劈裂強度試驗等[5,6]。論文采用浸水馬歇爾試驗與凍融劈裂試驗評價混合料的水穩(wěn)定性，試驗結(jié)果結(jié)果見表4。

表4 AC-25泡沫溫拌瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗結(jié)果

結(jié)果顯示，隨著RAP摻量增加，混合料殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強度逐漸減小，表明RAP料中瀝青的老化降低了瀝青與集料的粘附性能，摻量越大對水穩(wěn)定性影響越大，但不同RAP摻量混合料水穩(wěn)定性都能滿足規(guī)范要求。

4 結(jié) 論

a.在150 ℃發(fā)泡溫度的條件下，對雙龍AH-70進行發(fā)泡試驗，滿足規(guī)范要求的發(fā)泡用水量為1.3%～1.5%，取其中間值1.4%作為最佳發(fā)泡用水量。

b.各RAP摻量下AC-25泡沫溫拌再生瀝青混合料的動穩(wěn)定度均滿足規(guī)范要求，隨著摻量的增加，混合料的動穩(wěn)定度逐漸增大，表明RAP摻量的增加可改善混合料的高溫性能。

c.隨著RAP摻量的增加，AC-25泡沫溫拌再生瀝青混合料水穩(wěn)定性能有所下降，但不同RAP摻量泡沫再生混合料水穩(wěn)定性能均滿足規(guī)范要求。