舊瀝青及礦料性能評(píng)價(jià)及可利用性的研究

熊 剛 張?jiān)讫?徐 霈

(1.新疆交通建設(shè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，新疆烏魯木齊 830000;2.重慶交通大學(xué)，重慶 400067;3.重慶交通科研設(shè)計(jì)院，重慶 400067)

目前我國(guó)高速公路已逐漸進(jìn)入養(yǎng)護(hù)時(shí)期，如果將瀝青路面銑刨重修，廢棄產(chǎn)生的廢舊瀝青混合料，不僅是對(duì)資源的一種巨大浪費(fèi)，而且也是對(duì)環(huán)境的一種污染。因此，每年廢舊瀝青混合料增加的數(shù)量也是相當(dāng)可觀的［1，2］。如何回收利用廢棄瀝青混合料的問題就顯得日益突出。隨著我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，對(duì)整個(gè)公路建設(shè)行業(yè)也提出了更高要求。所以，對(duì)廢舊瀝青混合料再生利用進(jìn)行研究就顯得越來越重要［3-7］。

我國(guó)早期對(duì)舊瀝青路面進(jìn)行再生的研究和應(yīng)用，由于技術(shù)的限制，只針對(duì)于當(dāng)時(shí)的渣油低級(jí)路面，方法也多為冷再生方法。如今，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)家對(duì)再生技術(shù)的重視和投入，對(duì)舊瀝青路面的回收再利用顯得十分重要。對(duì)舊瀝青及礦料性能評(píng)價(jià)及可利用性的研究，將為瀝青路面再生利用技術(shù)的系統(tǒng)研究做好準(zhǔn)備，為制訂瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范和施工技術(shù)提供指南，達(dá)到充分利用工程資金，節(jié)約能源與資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目的。

1 RAP料的級(jí)配分析

論文所用的RAP料來源于S302石墊二級(jí)公路大修工程。RAP料原混合料類型為AC-16熱拌瀝青混合料。選用標(biāo)準(zhǔn)方孔套篩對(duì)RAP料進(jìn)行篩分試驗(yàn)，為保證試驗(yàn)結(jié)果能夠真實(shí)地反映材料特性，在試驗(yàn)過程中依次抽取了3份樣品，每份樣品都按規(guī)定的方法從料堆的不同部位均勻取樣，再按四分法縮減至一次試驗(yàn)所需質(zhì)量，RAP料的最終篩分結(jié)果如表1所示。

表1 RAP料篩分結(jié)果

由表1可以看出:RAP混合料公稱最大粒徑為19 mm，其中0.075 mm以下顆粒含量幾乎為零，這是由于舊瀝青結(jié)合料的粘附作用，細(xì)顆粒粉塵基本粘附在大顆粒集料表面。

2 RAP料的結(jié)團(tuán)狀況分析

在冷再生工程中，將RAP料看作“黑色集料”進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)舊料的結(jié)團(tuán)狀況進(jìn)行量化評(píng)價(jià)。本文采用細(xì)度模數(shù)比FMR(Fineness Modulus Ratio)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)RAP料進(jìn)行研究分析。具體步驟如下:先分別求出RAP料及RAP料中舊集料的細(xì)度模數(shù)，然后對(duì)RAP料和舊集料粗細(xì)程度分別進(jìn)行量化，最后求出舊集料細(xì)度模數(shù)與RAP料細(xì)度模數(shù)的比值，得到細(xì)度模數(shù)比。

細(xì)度模數(shù)的計(jì)算如下:

其中，μf為細(xì)度模數(shù);β2，β3，…，β12分別為各級(jí)篩的累計(jì)篩余百分?jǐn)?shù)。

細(xì)度模數(shù)的物理意義是所測(cè)集料的粒徑范圍內(nèi)各級(jí)孔徑篩的累計(jì)篩余的平均值。細(xì)度模數(shù)越大，說明集料越粗;反之，則說明集料越細(xì)。RAP細(xì)度模數(shù)比(FMR)指標(biāo)的計(jì)算公式如下:

其中，F(xiàn)MR為細(xì)度模數(shù)比;μ舊集料f為舊料RAP經(jīng)抽提試驗(yàn)后集料的細(xì)度模數(shù);μRAPf為抽提前舊料RAP的細(xì)度模數(shù)。

細(xì)度模數(shù)比FMR數(shù)值范圍在0～1之間。數(shù)值越接近1，表明抽提前后粗細(xì)程度越接近，結(jié)團(tuán)狀況越輕微，舊料RAP破碎越完全;反之，細(xì)度模數(shù)比FMR數(shù)值越接近0，表明結(jié)團(tuán)狀況越嚴(yán)重，舊料RAP破碎不完全。

采用三種不同結(jié)團(tuán)狀況的RAP舊料作為“黑色集料”制作馬歇爾試件，并測(cè)試相應(yīng)物理力學(xué)指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。測(cè)試后，通過燃燒法去除試件的瀝青，并對(duì)舊集料進(jìn)行篩分，篩分結(jié)果見表3。

表2 不同結(jié)團(tuán)狀況時(shí)的馬歇爾試件檢測(cè)結(jié)果

表3 三組試件舊集料篩分結(jié)果

由表2可知，RAP料的結(jié)團(tuán)狀況對(duì)冷再生混合料的各項(xiàng)性能有很大的影響。由表3可知，同樣的RAP級(jí)配下抽提出來的舊集料的粗細(xì)程度相差很大。因此，回收瀝青路面材料(RAP)在拌合前需進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理的主要目的是對(duì)RAP料進(jìn)行二次破碎和篩分分檔，同時(shí)降低RAP料的結(jié)團(tuán)程度。

3 舊集料殘余性能評(píng)價(jià)及可利用性分析

3.1 RAP中舊集料級(jí)配分析

將RAP料燃燒前后的篩分結(jié)果做比較，同時(shí)與AC-16規(guī)范要求的級(jí)配范圍進(jìn)行對(duì)比，如表4所示。

表4 RAP燃燒前后的級(jí)配對(duì)比

由表4可知，RAP燃燒后，混合料中的粉塵含量明顯增多，其中小于0.075 mm的顆粒含量達(dá)到2.3%，說明燃燒前舊瀝青混合料中的細(xì)料粉塵基本粘附在粗集料表面。

為了更直觀的反映燃燒前后RAP級(jí)配組成的變化情況，將燃燒前后RAP的級(jí)配曲線圖進(jìn)行對(duì)比，如圖1所示。

圖1 燃燒前后RAP料級(jí)配曲線圖對(duì)比

由圖1可知，舊瀝青混合料級(jí)配較細(xì)，部分粗集料已經(jīng)破碎，原因是車輛荷載的長(zhǎng)期反復(fù)作用以及冷再生機(jī)械銑刨作用。

綜上可知舊瀝青路面中的集料受車輛荷載和氣候環(huán)境反復(fù)綜合作用后，存在著逐漸細(xì)化的現(xiàn)象。現(xiàn)場(chǎng)取樣證明，集料的細(xì)化包括瀝青路面在使用過程中的逐漸細(xì)化和銑刨過程的強(qiáng)制細(xì)化。因此為了滿足級(jí)配要求，冷再生混合料有時(shí)需要摻加新集料調(diào)節(jié)級(jí)配，新集料以粗集料和礦粉為主。

3.2 RAP中舊集料殘余性能分析

為評(píng)價(jià)RAP中舊集料的殘余性能，將去除瀝青后的舊集料進(jìn)行試驗(yàn)。為了研究舊集料性能衰減情況，對(duì)項(xiàng)目所在地有代表性的新集料同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 RAP舊集料與新集料檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

由表5數(shù)據(jù)可以看到，相對(duì)于新集料，舊瀝青路面的回收集料性能有一定衰減，但衰減幅度不大，仍滿足大部分路面結(jié)構(gòu)層的技術(shù)要求。

4 舊路面瀝青材料性能評(píng)價(jià)及可利用性分析

采用阿布森法回收RAP中的舊瀝青，在回收前進(jìn)行阿布森抽提空白試驗(yàn)，空白試驗(yàn)是為了校正試驗(yàn)的準(zhǔn)確度，對(duì)抽提瀝青與原瀝青的性質(zhì)差異進(jìn)行比較，研究抽提對(duì)瀝青性質(zhì)的影響，不斷改進(jìn)以便使抽提得到的瀝青與原瀝青性質(zhì)接近。通過空白試驗(yàn)，確定延長(zhǎng)試驗(yàn)過程中的蒸餾時(shí)間，將163℃的恒溫時(shí)間延長(zhǎng)5 min。

對(duì)回收舊瀝青進(jìn)行老化前后的三大指標(biāo)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 老化瀝青技術(shù)指標(biāo)

由表6可知，相對(duì)于70號(hào)A級(jí)瀝青，舊瀝青針入度和延度明顯減小，軟化點(diǎn)增大，說明RAP中舊瀝青老化比較嚴(yán)重。

對(duì)老化后的瀝青進(jìn)行二次老化試驗(yàn)，三大指標(biāo)變化不明顯，說明瀝青經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間老化后，瀝青中芳香芬與膠質(zhì)的減少和瀝青質(zhì)的增加已趨于穩(wěn)定，舊瀝青老化速度明顯小于新瀝青。

5 結(jié)語(yǔ)

1)由于舊瀝青結(jié)合料的粘附作用，RAP中的粉塵顆粒基本粘附在粗集料表面，RAP料本身的粉塵顆粒含量基本為零。為了提高新瀝青膠漿的高溫性能，建議乳化瀝青冷再生混合料摻加一定量的礦粉，調(diào)節(jié)混合料級(jí)配。

2)路面中的集料經(jīng)受車輛荷載和氣候環(huán)境作用多年以后，存在著逐漸細(xì)化的現(xiàn)象。為了滿足級(jí)配要求，冷再生混合料有時(shí)需要摻加新集料調(diào)節(jié)級(jí)配。

3)舊瀝青路面的回收集料力學(xué)性能有一定衰減，但衰減幅度不大，仍滿足大部分路面結(jié)構(gòu)層的技術(shù)要求。

4)RAP中舊瀝青老化比較嚴(yán)重，但舊瀝青老化速度明顯小于新瀝青。

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