熱再生瀝青混合料的性能研究

(福建省高速公路養(yǎng)護工程有限公司，福州350017)

熱再生瀝青混合料的性能研究

■潘韶晞

(福建省高速公路養(yǎng)護工程有限公司，福州350017)

隨著公路的高速發(fā)展，大量的公路已進入大、中修期，大量的翻挖、銑刨舊路面，不僅對環(huán)境產(chǎn)生巨大的危害，而且也造成大量優(yōu)質(zhì)瀝青的浪費。對瀝青混合料的再生利用進行研究逐漸成為被人們所關(guān)注的一項新技術(shù)。本文主要通過對比新生產(chǎn)瀝青混合料及熱再生瀝青混合料的性能，對瀝青路面現(xiàn)場熱再生基層技術(shù)進行研究。

舊瀝青路面熱再生配合比設(shè)計混合料性能

1 再生瀝青混合料技術(shù)簡介

瀝青熱再生技術(shù)是指對不能滿足使用要求的瀝青混凝土路面廢料通過各種措施進行處理后重新利用的技術(shù)，包括對舊瀝青混凝土路面進行翻挖、破碎、篩分，再與新集料、新瀝青、再生劑(必要時)重新混合，形成具有預(yù)期路用性能的瀝青混合料，并重新鋪筑成路面面層。

瀝青再生技術(shù)的優(yōu)點體現(xiàn)在：(1)能最大限度利用廢舊混合料，直接節(jié)省大量的砂石料和瀝青資源，同時有效節(jié)約開采砂石料和廢棄舊料占用的大量土地資源；(2)瀝青再生技術(shù)通過重復(fù)利用瀝青混合料，防止瀝青混凝土廢料對棄置場所及其周邊環(huán)境的污染，同時通過減少石料的開采，能有效保護林地，維護自然景觀和生態(tài)環(huán)境。因此，瀝青再生技術(shù)是公路建設(shè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，在我國現(xiàn)階段也具有重要的實際意義。

2 瀝青混合料級配確定

熱再生瀝青混合料配合比設(shè)計流程如圖1所示。

圖1 配合比設(shè)計流程

本次配合比設(shè)計采用AC-16C瀝青混合料，未添加再生劑，原材料分別為南靖豐田豐順石料場集料、福建省永華投資有限公司礦粉、新立基70#瀝青、重慶海木交通工程有限公司ZM-118抗剝落劑。RAP料檢測結(jié)果如表1所示，新集料及RAP料篩分結(jié)果如表2所示。

表1 RAP料檢測結(jié)果

表2 新集料及RAP料篩分結(jié)果

根據(jù)礦料篩分及新生產(chǎn)瀝青混合料配合比設(shè)計結(jié)果，初步擬定礦料組成比例如表3所示，合成級配如表4及圖2所示。

3 瀝青混合料性能研究

3.1 馬歇爾試驗

瀝青混合料的拌合方法：舊料與新料在烘箱150℃加熱2h(礦粉單獨加熱)，瀝青在150℃熔化，拌和機預(yù)熱到170℃，舊料、新集料與瀝青拌和90s，再加入礦粉拌和90s。舊料在烘箱中加熱2h后，仍呈塊狀，并未自動恢復(fù)為熱拌混合料狀態(tài)，但輕輕一碰即可解體。最佳瀝青用量根據(jù)新生產(chǎn)瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果確定，為保持再生瀝青混合料的總瀝青用量與新生產(chǎn)瀝青混合料基本一致，根據(jù)RAP瀝青含量試驗結(jié)果，選取在新集料部分添加4.3%、4.6%、4.9%瀝青用量進行馬歇爾試驗，并與新生產(chǎn)瀝青混合料進行對比，試驗結(jié)果如表5所示。

表3 礦料組成比例

表4 混合料合成級配

圖2 混合料合成級配曲線圖

表5 馬歇爾試驗結(jié)果

由表5可以看出，三種礦料比例組成的瀝青混合料馬歇爾空隙率均能達到規(guī)范中馬歇爾技術(shù)標準的要求，而再生瀝青混合料馬歇爾空隙率略大于新生產(chǎn)瀝青混合料，并無明顯區(qū)別。

3.2 高溫穩(wěn)定性

瀝青混合料的穩(wěn)定性是指混合料在荷載作用下抵抗流動變形的能力，穩(wěn)定性問題一般出現(xiàn)在高溫季節(jié)，故習(xí)慣上叫高溫穩(wěn)定性。對于渠化交通的高等級公路的瀝青混凝土路面來說，瀝青路面在行車荷載的反復(fù)作用下，特別是在高溫季節(jié)，瀝青混合料的強度和勁度都大規(guī)模下降，使得路面很容易產(chǎn)生車轍、推移、擁包、搓板等變形，所以研究瀝青路面的高溫性能是十分重要的。用于瀝青混合料高溫性能試驗的方法很多，車轍試驗的試件成型方法能較好地模擬現(xiàn)實施工情況，而且操作簡便，試驗時的受力狀況能較好地模擬實際路面荷載。因此，采用車轍試驗來進行研究，本次車轍試驗，使用300mm×300mm× 50mm的試件，溫度為60℃，壓強0.7MPa。試驗結(jié)果如表6及圖3所示。

表6 車轍試驗結(jié)果

圖3 車轍試驗結(jié)果

由表6及圖3可以得出，動穩(wěn)定度隨著RAP摻量的提高有了明顯的升高，再生瀝青混合料(40%RAP)相對于新生產(chǎn)瀝青混合料的動穩(wěn)定度提高了70%，這是因為再生瀝青混合料里面的舊瀝青經(jīng)過長期老化以后，針入度降低，粘度增大，抗變形能力增強，進而提高了瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

3.3 水穩(wěn)定性試驗

瀝青路面的水損害是指瀝青路面在有水存在的條件下，經(jīng)過交通荷載和溫度漲縮的反復(fù)作用，水分對瀝青起乳化作用，導(dǎo)致瀝青混合料強度下降，同時，由于水分入侵瀝青與集料之間的界面，在水動力的作用下，瀝青膜逐漸與集料剝離，導(dǎo)致集料之間的粘結(jié)力喪失而發(fā)生的路面破壞過程。瀝青混合料的水穩(wěn)性，即瀝青混合料抵抗受水侵蝕逐漸產(chǎn)生瀝青膜剝離、掉粒、松散、坑槽而破壞的能力。造成瀝青路面水損害的原因，除了降雨及交通荷載的作用外，瀝青混合料的水穩(wěn)定性也是重要的原因。再生瀝青混合料水穩(wěn)定性的好壞能夠反映再生路面的耐久性以及抗水損害的能力。本文分別通過浸水馬歇爾試驗所得的瀝青混合料殘留穩(wěn)定度以及凍融劈裂強度比來評價水穩(wěn)定性的好壞。

3.3.1 瀝青混合料的穩(wěn)定度試驗

再生瀝青混合料與新生產(chǎn)瀝青混合料分別制作馬歇爾試件，進行常規(guī)穩(wěn)定度以及48h浸水穩(wěn)定度試驗，試驗結(jié)果如表7及圖4、5所示。

表7 各類型混合料殘留穩(wěn)定度

圖4 瀝青混合料穩(wěn)定度試驗結(jié)果

圖5 瀝青混合料殘留穩(wěn)定度試驗結(jié)果

由表7及圖4、5分析得出：(1)隨著RAP摻量的增加，瀝青混合料的穩(wěn)定度增大，這是由于舊料上的瀝青經(jīng)過長期老化而非常堅硬，使得馬歇爾試件的剛性增加，并且舊料的摻量越大，穩(wěn)定度越高，但這并不代表瀝青路面的耐久性好，相反，因柔性太差，往往容易出現(xiàn)脆裂；(2)瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度與RAP摻量相關(guān)性不大，這是因為瀝青混合料的水穩(wěn)定性還跟集料的比表面即結(jié)構(gòu)瀝青有關(guān)，含有舊料的瀝青混合料其空隙率也大一些，但同時結(jié)構(gòu)性瀝青要多一些，瀝青不容易從集料上剝落。綜合兩方面的因素，馬歇爾殘留穩(wěn)定度的結(jié)果與再生混合料的相關(guān)性不是很明顯。

3.3.2 瀝青混合料的凍融劈裂試驗

再生瀝青混合料與新生產(chǎn)瀝青混合料分別進行凍融劈裂試驗，試驗結(jié)果如表8及圖6、7所示。

表8 瀝青混合料凍融劈裂試驗結(jié)果

圖6 瀝青混合料劈裂試驗結(jié)果

圖7 瀝青混合料凍融劈裂強度比

由表8及圖6、7分析得出：瀝青混合料的凍前劈裂強度隨著RAP摻量的增加而增大，這與穩(wěn)定度的結(jié)果相似，都是由于瀝青老化變硬導(dǎo)致強度增加。凍后破裂強度以及強度比隨著RAP摻量的增加明顯降低，說明再生混合料的水穩(wěn)定性不如新生產(chǎn)的瀝青混合料。瀝青混合料的水損害機理是因為水進入骨料和瀝青間的界面，形成界面破壞。對于再生混合料來說，還存在一個界面即新瀝青和舊瀝青的界面，在這個界面上由于新舊瀝青不能充分相溶，這個界面的粘結(jié)力比骨料與瀝青之間的粘附力小，也比單純新瀝青間或舊瀝青間的粘結(jié)力小，這樣水分子很容易進入這個界面，使新舊瀝青相剝落，形成水損害。

4 結(jié)論

本文通過瀝青混合料性能試驗，分析了再生瀝青混合料與新生產(chǎn)瀝青混合料的優(yōu)劣，得出如下結(jié)論：

(1)在相同瀝青含量和礦料級配下，再生瀝青混合料與新生產(chǎn)瀝青混合料的馬歇爾空隙率相差不大。

(2)再生瀝青混合料相比新生產(chǎn)瀝青混合料有更好的高溫穩(wěn)定性。

(3)再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性和新生產(chǎn)瀝青混合料有明顯的差距。

因此，我們在對舊料進行再生時要盡量做到舊料中的泥土灰塵等雜質(zhì)盡可能的少，并且選用瀝青粘附性好的石料，這樣可以較好地改善再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

目前國內(nèi)公路交通事業(yè)快速發(fā)展，采用先進的路面再生技術(shù)已經(jīng)勢在必行。瀝青路面熱再生技術(shù)以顯著的有點具有廣闊的應(yīng)用前景，應(yīng)積極對其相關(guān)技術(shù)進行研究和探索，不斷完善熱再生技術(shù)的缺點，使其能夠滿足公路不斷發(fā)展的需求。

[1]嚴軍，曹亞東，曹祖光，蔡明.瀝青混合料熱再生技術(shù)的應(yīng)用研究.上海建設(shè)科技，2005.5.

[2]黃曉明，趙永利，江臣.瀝青路面再生利用試驗分析.巖土工程學(xué)報，2001.7.

[3]黃建躍，劉先淼.談發(fā)展瀝青再生技術(shù)的幾個關(guān)鍵問題.公路，2003.8. [4]陳啟宗.我國瀝青路面再生技術(shù)與設(shè)備的現(xiàn)狀和展望.交通世界，2005.12.