評估過度預熱的回收料對再生瀝青混凝土的影響

念紅芬,周傳興,吳宇戈

(攀枝花學院土木工程學院，攀枝花　617000)

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評估過度預熱的回收料對再生瀝青混凝土的影響

念紅芬,周傳興,吳宇戈

(攀枝花學院土木工程學院，攀枝花617000)

近幾年來，因資源過度開采導致建筑材料價格日益增加，加上人們逐漸重視資源回收觀念，已重視道路刨除的瀝青混凝土回收料的回收再利用。然而，在輸送過程中，只能知道拌合鼓初端送入口的加熱溫度為多少，并不能實際掌握拌合鼓內的實際溫度。因此，回收料有可能受到高溫加熱，導致產生老化甚至碳化現象，進而影響再生瀝青混凝土的質量。本研究采用瀝青拌合廠回收瀝青混凝土作為研究材料，依據回收料不同老化條件主要以微觀差異性及工程性質來探討，研究結果顯示，過度預熱的回收料的確會造成再生瀝青混凝土的質量不佳，尤其抵抗水侵害的能力明顯降低許多。

過度預熱; 張力; 殘余強度

1　引　言

國內的瀝青拌合廠進行再生材料拌合時，幾乎都是利用氣旋式的加熱方式將其回收料加熱，再經過輸送帶運送與新鮮料拌合，成為再生瀝青混凝土[1]。為提高回收料于再生瀝青混凝土的用量，瀝青拌合廠對回收料會采用過度預熱，此時瀝青可能在高溫下產生碳化、過度老化，都會影響再生瀝青混凝土的質量。

本研究采用瀝青拌合廠回收瀝青混凝土作為研究材料，依據回收料的不同老化條件，以微觀差異性進行分析，第一部分就回收料不同加熱溫度及時間，分析回收料老化程度及再生瀝青混凝土瀝青薄膜包裹程度，找出其微觀結構的差異性；第二部分為求取其工程性質，如穩定性、張力強度和殘余強度的數值，探討其過度預熱的回收料對再生瀝青混凝土質量的影響。

2　試　驗

本研究以瀝青拌合廠回收瀝青混凝土作為研究材料，探討回收料過度預熱及一般預熱對再生瀝青混凝土的影響。所謂過度預熱是指經過實驗室利用高溫爐加熱取樣得之，其加熱溫度有150 ℃和200 ℃二種溫度，而一般預熱是指從道路刨除的瀝青混凝土回收料未經過高溫爐加熱。

2.1瀝青物性試驗

2.1.1針入度試驗

試驗方法依照 CNS 10090[2]規范進行，其主要目的在于表示瀝青黏結料的軟硬程度與稠度，以及做為瀝青等級分類的依據。量測針入度為25 ℃,100 g, 5 s。

2.1.2黏度試驗

試驗方法依照 CNS 14186[2]規范進行，采用某公司所制黏度儀進行瀝青黏度的量測，本試驗可用來測定瀝青材料在某一溫度下的流動行為，并可以決定瀝青混凝土的拌合與滾壓溫度。

2.1.3比重試驗

試驗方法依照 ASTM D70[3]規范進行，本試驗可用來辨別瀝青材料的特性，并可由已知的體積換算重量。

2.2瀝青混凝土工程性質

2.2.1張力試驗

張力試驗為測定材料張力強度的方法之一。試驗方法如下：

(1) 將制作完成的試體放置在恒溫箱中養治2 h。

(2) 取出試體，放置在張力試驗儀上，墊上墊條，加壓并記錄其荷重與變形曲線。

(3) 將所得的極限加載荷重代入下式中，即可求得張應力值。

(1)

式中St為張力強度(kg/cm2)；P為極限加載荷重(kg)；D為試體直徑(cm)；H為試體高度(cm)。

2.2.2殘余強度試驗

利用 AASHTO T283[3]試驗法制作直徑 10 cm、高 6.35 cm 的瀝青混凝土試體，將制作完成的試體放入 60 ℃的熱水中，使其完全覆蓋試體，模擬實際路面于下雨過后浸泡于水中的情形，浸泡 24 h后，將試體取出放入 25 ℃恒溫水槽中2 h，進行張力試驗，比較養治前后張力強度來評估瀝青混凝土對水分侵害的耐久性。

2.2.3穩定性試驗

試驗方法如下：

(a)將試體浸泡于 60 ℃的恒溫水槽內 30～40 s。

(b)將馬歇爾穩定試驗儀的兩半圓型鐵環內側涂上一層滑油，使試體能自由運轉而無阻力。

(c)由恒溫水槽中取出試體，至于鐵環內，并置于試驗機上。

(d)開動儀器，以每秒 5.1 cm 的應變速率加壓于試體上，直到試體破壞為止。再由計算機記錄器上讀出有關穩定性數據。

(e)此試驗需在試體從水槽中取出后，30 s內完成。

3　結果與討論

3.1瀝青物性試驗

其基本物性試驗結果與規范列于表 1，其試驗結果均符合相關規范的要求[4]。

表1　AC-20 基本物性試驗

3.2回收料老化后試驗

此項研究主要是探討回收料過度預熱及一般預熱的條件下，兩者的黏度差異。因此，將回收料分為老化前及老化后的條件，取得回收料老化后的瀝青膠漿及粒料后進行相關試驗[5]。其不同老化條件的黏度結果列于表2。

表2　回收料不同老化條件的黏度

3.3工程性質試驗

3.3.1間接張力試驗分析

張力值試驗結果如圖1、圖2

圖1　回收料加熱 150 ℃的張力值(kPa)Fig.1　Recycling is heated indirectly tension value of 150 ℃

圖2　回收料加熱 200 ℃的張力值(kPa)Fig.2　Recycling is heated indirectly tension value of 200 ℃

從張力圖表中可以看到張力值的趨勢隨著回收料受到高溫長時間的加熱而逐漸下降，再經過統計分析的步驟，更能明確得知老化后的回收料，表面原有的瀝青膠漿隨著高溫長時間加熱的影響，可能是舊有的瀝青膠漿已經燃燒掉甚至碳化，瀝青薄膜厚度也隨之減少，導致失去黏結效果無法與新鮮的瀝青膠漿及粒料進行完全拌合，使得張力強度隨著高溫長時間的影響而下降。

3.3.2殘余強度試驗分析

圖3與圖4 分別顯示回收料不同加熱溫度的殘余強度值。

圖3　回收料加熱 150 ℃的殘余強度值Fig.3　Recycling is heated residual strength value of 150 ℃

圖4　回收料加熱 200 ℃的殘余強度值Fig.4　Recycling is heated residual strength value of 200 ℃

從殘余強度圖表中就可以看出，添加老化后的回收料與新鮮瀝青混凝土的強度相比較，兩者相差甚多。如果在經過 ANOVA 統計分析，一樣將過度預熱回收料分成三種探討方式，分別有不同添加比例、不同加熱溫度和不同加熱時間。分析結果得知，添加 20%或 40%的過度預熱回收料，不論加熱溫度高低或者加熱時間多寡，呈現出的結果有顯著差異性。

3.3.3穩定性試驗分析

馬歇爾穩定性系指試體受壓時所能承受的最大荷重，數值較高者表示瀝青混凝土可承載荷重的能力也較佳，依交通部公路總局規定其穩定性需大于 800 kg以上。圖5 與圖 6 分別顯示回收料不同加熱溫度的分析結果，結果顯示不管添加 20%或 40%老化后的回收料，則看不出有顯著差異，然而在不同加熱溫度及不同加熱時間的條件中有顯著差異性，尤其以不同加熱溫度最為明顯。這也說明了，回收料從加熱 150 ℃至200 ℃已經無法承受高溫的悶燒，以致原有的瀝青膠漿燃燒碳化，喪失原有的黏結效果，無法發揮回收料舊有瀝青的功能，使得穩定性呈現的效果不佳。

圖5　回收料加熱 150 ℃的穩定性，含油量 5.2%Fig.5　Recycling is heated stable value 150 ℃,the oil content of 5.2%

圖6　回收料加熱 200 ℃的穩定性，含油量 5.2%Fig.6　Recycling is heated stable value 200 ℃, the oil content of 5.2%

4　結　論

利用電子顯微鏡，可以清楚看到一般預熱回收料的表層有著類似糖漿般濃稠的瀝青膠漿，而過度預熱的回收料隨著加熱溫度的提高及加熱時間的增長，其回收料表面的瀝青薄膜厚度隨之呈現越來越薄甚至有剝脫的現象，在老化條件加熱 150 ℃及600 s后黑石頭現象已經相當明顯，其瀝青膠漿受到長時間高溫的影響已經燃燒揮發甚至有碳化現象。 綜合工程性質來看，只有一般預熱的回收料不論添加比例多少，在所有的試驗項目當中呈現的結果是最為穩定且均有通過規范值，然而過度預熱的回收料添加20%時，只有在回收料加熱 150 ℃的老化條件表現尚可，而在加熱200 ℃的老化條件就呈現不佳的現象。當過度預熱回收料添加高達40%時，整體表現已經不佳。

[1] 高子渝,焦生杰,唐相偉.頻率對微波加熱瀝青混合料的影響[J].長安大學學報(自然科學版),2009,(06):4-5.

[2] 朱博.瀝青拌和設備的新趨勢——超大型微波式廢舊道路材料再生瀝青拌和站正在開發中[J].交通世界(建養.機械),2009,(04):9-11.

[3] 張天琦,崔獻奎,張兆鏜.微波加熱原理、特性和技術優勢[J].筑路機械與施工機械化,2008，(07):8-10.

[4] 朱松青,史金飛,孫銅生.微波在瀝青路面養護中的應用研究[J].材料導報,2007，(S2)：286-290

[5] Zhao D Y,Wang J S.Modified application with microwave[J].ScienceofFood,2004:13-15.

Impact Assessment of Recycled Materials over the Preheating of Recycled Asphalt Concrete

NIANHong-fen,ZHOUChuan-xing,WUYu-ge

(Panzhihua College of Civil and Building Engineering College,Panzhihua 617000,China)

In recent years, due to over-exploitation of resources, resulting in increasing prices of construction materials, coupled with people's increasing emphasis on the concept of recycling resources, it has great importance to eliminating road asphalt concrete recycling material recycling. However, in the course of transmission, we can only know the beginning of the end to send mixing drum inlet temperature of heating much, and can not actually grasp the actual temperature inside the mixing drum. Therefore, recycled materials are likely to be heated to high temperatures, resulting in aging and even carbonization, thereby affecting the quality of recycled asphalt concrete. In this study, recycled asphalt mixing plant asphalt concrete as research material, recycled material according to different aging conditions mainly microscopic differences and engineering nature to explore, study results showed that excessive preheat the recycled material would indeed cause the quality of recycled asphalt concrete is not good, especially the ability to resist water violations decreased a lot.

over-preheated；indirect tension;residual strength

念紅芬(1974-),女，碩士研究生，講師.主要從事土木工程工程材料方面的研究.

TU526

A

1001-1625(2016)06-1980-05