可持續(xù)瀝青路面循環(huán)冷再生混合料性能研究

劉宗普　吳雪柳

(重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司，重慶　400067)

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可持續(xù)瀝青路面循環(huán)冷再生混合料性能研究

劉宗普吳雪柳

(重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司，重慶400067)

以再生舊料殘余價(jià)值為試驗(yàn)終止約束條件，通過添加冷再生劑，從力學(xué)性能、水穩(wěn)特性、高溫性能、抗壓回彈模量等方面，綜合測試了不同循環(huán)再生次數(shù)的瀝青路面冷再生混合料的路用性能，顯著減緩了瀝青路面混合料在多次循環(huán)冷再生過程中的性能衰減趨勢，實(shí)現(xiàn)了瀝青混合料的循環(huán)冷再生。

瀝青路面，循環(huán)冷再生，路用性能，冷再生劑

瀝青面層舊料在可持續(xù)多次冷再生過程中出現(xiàn)的混合料路用性能衰減等問題，嚴(yán)重影響了瀝青面層舊料可持續(xù)冷再生的發(fā)展與應(yīng)用。究其原因，在于舊料中瀝青材料在反復(fù)老化作用下其自身性質(zhì)發(fā)生改變。其更深層次的原因還在于，現(xiàn)有冷再生技術(shù)其實(shí)質(zhì)只是對舊瀝青骨料的再利用，所添加的乳化瀝青、泡沫瀝青等冷再生添加劑僅對舊料進(jìn)行裹附粘結(jié)，而不能對舊料當(dāng)中的老化瀝青起到還原作用。因此，本文研究從瀝青冷再生機(jī)理分析著手，開發(fā)和合成出高性能的瀝青冷再生劑，使瀝青面層舊料多次冷再生技術(shù)能夠真正地利用到實(shí)踐當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)使用。

1　冷再生機(jī)理分析

1)組分遷移理論。理論認(rèn)為，瀝青老化趨勢是小分子向大分子化合物轉(zhuǎn)化，高活性、高能級的組分向低活性、低能級的組分轉(zhuǎn)移。瀝青老化的整個(gè)過程就是芳香酚→膠質(zhì)→瀝青質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程，且過程不可逆。隨著瀝青質(zhì)含量的增加，瀝青會(huì)出現(xiàn)粘度增大，針入度下降、軟化點(diǎn)升高等特征。

2)相容性理論。理論從化學(xué)熱力學(xué)出發(fā)，認(rèn)為瀝青能否形成穩(wěn)定的溶液，取決于瀝青質(zhì)在軟瀝青質(zhì)中的溶解度和軟瀝青質(zhì)對瀝青質(zhì)的溶解能力。從化學(xué)的角度來看，瀝青再生就是老化的逆過程，是使瀝青中瀝青質(zhì)與軟瀝青質(zhì)溶解度參數(shù)的差值減小的過程。

因此，瀝青再生就是老化的逆過程。

2　冷再生劑的合成與開發(fā)

根據(jù)冷再生劑的再生原理，本文先后選擇瀝再生、液體瀝青、稀釋瀝青、PTN、瀝青再生激活劑、稀釋滲透劑等進(jìn)行了再生試驗(yàn)，并按需要添加補(bǔ)強(qiáng)材料作為舊瀝青再生混合料的重要組成材料。最后采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，進(jìn)行馬歇爾強(qiáng)度試驗(yàn)篩選得到最佳再生劑A。

3　力學(xué)特性

3.1強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

對于瀝青面層冷再生混合料，采用高性能冷再生劑和添加15%新集料(0 mm～5 mm)作為可持續(xù)改善措施，采取循環(huán)冷再生模擬試驗(yàn)方法，對各個(gè)循環(huán)冷再生周期內(nèi)的混合料進(jìn)行15 ℃劈裂強(qiáng)度與40 ℃,60 ℃馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

由表1可以看出在循環(huán)冷再生周期內(nèi)，隨著冷再生劑的加入，混合料的馬歇爾穩(wěn)定度與劈裂強(qiáng)度均有不同程度的增長；隨著循環(huán)次數(shù)的增加，其力學(xué)性能呈現(xiàn)出衰減趨勢，但是衰減幅度已有減緩，并且在三次循環(huán)冷再生過后，其力學(xué)強(qiáng)度性能指標(biāo)依然能夠滿足規(guī)范的使用要求。

表1　力學(xué)性能檢測結(jié)果

3.2結(jié)果分析

根據(jù)規(guī)范要求，將所得的試驗(yàn)結(jié)果公式進(jìn)行計(jì)算，得到采用可持續(xù)性能改善措施之后，瀝青面層冷再生混合料在各個(gè)循環(huán)周期內(nèi)的強(qiáng)度衰變比，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2　混合料的力學(xué)強(qiáng)度損失比　%

由表2可以看出，隨著再生利用次數(shù)的增加，混合料強(qiáng)度性能的損失比也呈現(xiàn)出增大趨勢，但是這種增大的趨勢與添加冷再生劑之前相比，已得到明顯的減緩，正是因?yàn)楦咝阅芾湓偕鷦┑倪@種有效減緩強(qiáng)度下降的作用，使得在循環(huán)冷再生的末期，其力學(xué)性能指標(biāo)依然能夠滿足規(guī)范的使用要求。分析原因在于高性能冷再生劑的加入，激活舊料中的老化瀝青使其能夠充分利用，混合料具有更為優(yōu)越的粘結(jié)性能，從而減少了骨料間離散的集料膠團(tuán)，明顯影響到混合料的力學(xué)性能。

4　水穩(wěn)特性

4.1試驗(yàn)結(jié)果

采用高性能冷再生劑后對混合料進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3　水穩(wěn)性能檢測結(jié)果　%

由表3可以看出在循環(huán)冷再生周期內(nèi)，隨著冷再生劑的加入，混合料的浸水馬歇爾穩(wěn)定度、凍融循環(huán)劈裂比、干濕劈裂強(qiáng)度比均得到不同程度的提高，雖然隨著循環(huán)次數(shù)的增加，其各項(xiàng)水穩(wěn)性能指標(biāo)依然呈現(xiàn)出了衰減的趨勢，但是衰減的幅度已得到有效的減緩，并且在三次循環(huán)冷再生過后，其水穩(wěn)性能指標(biāo)依然能夠遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于規(guī)范的使用要求。

4.2結(jié)果分析

計(jì)算得到衰變比如表4所示。

表4　混合料的水穩(wěn)性能損失比　%

由表4可知，隨著再生利用次數(shù)的增加，水穩(wěn)性能的損失比也呈現(xiàn)出增大的趨勢，但是這種增大的趨勢與添加冷再生劑之前相比，已得到明顯的減緩，正是因?yàn)楦咝阅芾湓偕鷦┑倪@種有效減緩水穩(wěn)性能下降的作用，使得在循環(huán)冷再生的末期，其水穩(wěn)性能指標(biāo)依然能夠滿足規(guī)范的使用要求。因此可以認(rèn)為，高性能冷再生劑對于冷再生混合料的抗水損性能的可持續(xù)性是有著突出的使用效果的。

5　高溫特性

5.1試驗(yàn)結(jié)果

進(jìn)行60 ℃車轍動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5　高溫性能檢測結(jié)果

由表5可以看出混合料的高溫性能隨著冷再生劑的加入，其車轍動(dòng)穩(wěn)定度均得到較大程度的提高，雖然隨著循環(huán)次數(shù)的增加，其高溫性能指標(biāo)依然呈現(xiàn)出了衰減的趨勢，但是衰減的幅度已得到有效的減緩，并且在三次循環(huán)冷再生過后，其高溫性能指標(biāo)依然能夠遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于規(guī)范的使用要求。

5.2結(jié)果分析

計(jì)算高溫性能衰變比如表6所示。

表6　高溫性能損失比

表6中得到，隨著再生利用次數(shù)的增加，其高溫性能損失比呈現(xiàn)出增大趨勢，但相比冷再生劑添加之前，已得到明顯減緩，且高溫性能指標(biāo)依然能夠滿足規(guī)范的使用要求。由此說明，冷再生劑的加入減少了循環(huán)周期內(nèi)瀝青的總體含量，降低了反復(fù)老化作用下對其性能的影響，因此可以認(rèn)為，高性能冷再生劑對于冷再生混合料的高溫可持續(xù)性能是有著突出的使用效果的。

6　低溫特性

6.1試驗(yàn)結(jié)果

進(jìn)行混合料-10 ℃小梁低溫彎曲性能檢測試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7　低溫性能檢測結(jié)果

由表7可以看出，雖然隨著循環(huán)次數(shù)的增加，其低溫性能指標(biāo)依然呈現(xiàn)出了衰減的趨勢，但是衰減的幅度已得到有效的減緩，并且在三次循環(huán)冷再生過后，其低溫性能指標(biāo)依然能夠遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于規(guī)范的使用要求。

6.2結(jié)果分析

根據(jù)公式計(jì)算得到低溫性能衰變比，試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

表8　低溫性能損失比　%

由表8中的低溫性能損失比可以看出，隨著再生利用次數(shù)的增加，其低溫性能損失比也呈現(xiàn)出了增大的趨勢，但是這種增大的趨勢與添加冷再生劑之前相比，已得到明顯的減緩。分析此原因在于冷再生劑自身對材料良好的柔性作用，使得冷再生混合料能夠在循環(huán)周期內(nèi)保持良好的柔韌性。因此得出高性能冷再生劑對于冷再生混合料的低溫可持續(xù)性能有著突出的使用效果。

7　疲勞特性

7.1試驗(yàn)結(jié)果

對混合料進(jìn)行疲勞性能檢測試驗(yàn)，檢測結(jié)果如表9所示。

表9　疲勞性能檢測結(jié)果

7.2結(jié)果分析

根據(jù)公式計(jì)算得到疲勞性能衰變比，試驗(yàn)結(jié)果如表10所示。

表10　疲勞壽命損失比　%

由表10中可以看出，隨著再生利用次數(shù)的增加，其疲勞壽命損失比也呈現(xiàn)出了增大的趨勢，但是這種增大的趨勢與添加冷再生劑之前相比，已得到明顯的減緩，正是因?yàn)楦咝阅芾湓偕鷦┑脑鰪?qiáng)作用以及良好的抗疲勞性能，使得在循環(huán)冷再生的末期，其疲勞壽命的衰減幅度依舊不大，這個(gè)特點(diǎn)更有利于循環(huán)周期內(nèi)舊料的完全利用。

8　結(jié)語

本文通過試驗(yàn)研究，主要結(jié)論如下：

1)通過加入自主研發(fā)的高性能冷再生劑，舊瀝青混合料在循環(huán)冷再生過程中，其力學(xué)性能、抗水損性能、高溫穩(wěn)定性能、低溫抗裂性能、疲勞性能等各項(xiàng)性能指標(biāo)的衰減趨勢顯著減緩，而且在冷再生循環(huán)末期，其各項(xiàng)性能指標(biāo)依然能夠滿足規(guī)范的使用要求，使舊料利用率得以提高，改善作用顯著，完全能夠保障瀝青面層舊料的可持續(xù)使用。

2)采取可持續(xù)再生技術(shù)措施改善之后，使得瀝青冷再生面層可反復(fù)利用的循環(huán)周期為三次，這種改善后的混合料可持續(xù)性能實(shí)現(xiàn)了舊料殘余使用價(jià)值的最大化。

[1]JTG F41—2008，公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范[S].

[2]JTG D50—2006，公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]JTG E51—2009，公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[4]黃磊.水泥乳化瀝青多次冷再生混合料的路用性能研究[J].中外公路，2013,39(10)：235-238.

[5]高正全，吳雪柳，黃磊.水穩(wěn)基層重復(fù)再生混合料干縮性能試驗(yàn)研究[J].山西建筑，2013，39(4)：98-100.

[6]陳利東，黃磊，吳雪柳.水穩(wěn)碎石基層混合料多次冷再生的路用性能衰變規(guī)律[J].公路與汽運(yùn)，2013(3)：115-118.

[7]黃磊，郝增恒，吳文軍.復(fù)合式冷再生基層在舊路維修中的應(yīng)用[J].養(yǎng)護(hù)機(jī)械與施工技術(shù)，2010(13)：57-60.

The performance research on circulation cold regeneration mixture of sustainable asphalt pavement

Liu ZongpuWu Xueliu

(ChongqingZhixiangPavementTechnologyEngineeringLimitedCompany,Chongqing400067,China)

Taking the regeneration old material residual value as the test termination constraint situation, through adding cold regeneration agent, from the mechanical properties, water stability, high temperature performance, high rebound modulus and other aspects, comprehensively tested the road performance of different recycling recycled times of asphalt pavement cold regeneration mixture, significantly slowed down the performance attenuation trend of asphalt pavement mixture in multiple circulation cold regeneration process, realized the circulation cold regeneration of asphalt mixture.

asphalt pavement, circulation cold regeneration, road performance, cold regeneration agent

1009-6825(2016)08-0141-03

2016-01-06

劉宗普(1982- )，男，工程師；吳雪柳(1990- )，女，助理工程師

U214.75

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