Thiopave在舊瀝青路面混合料溫拌再生中的應用研究

黃吉國，黃 蛟

（1.貴州省遵義公路管理局，貴州 遵義 563000；2.貴州省都勻公路管理局，貴州 都勻 558000）

0 引言

隨著我國西部大開發的快速推進與大規模公路建設的完成，大量公路路面已進入集中維修期。如何高效綠色地利用廢舊瀝青路面材料（RAP），減少對資源的浪費和環境污染，是擺在各級公路管理部門面前必須考慮并要盡快研究解決的重大課題。為此，全國不少科研機構與公路管理部門合作，開展了瀝青路面循環再生利用的研究與實踐，取得了一定的成果與效益。但研究主要集中在熱再生和冷再生方面，對溫拌再生研究嚴重不足，具體工程應用就更少。結合筆者單位的瀝青路面改造需要，課題組與殼牌（中國）有限公司北京實驗中心等單位合作，開展了Thiopave在舊瀝青路面混合料溫拌再生技術的應用研究，取得了一系列技術成果，為工程順利實施提供了技術支撐與保障。

課題組通過對典型RAP瀝青含量及配合比分析，提出50%新集料＋50%RAP舊料＋新瀝青＋Thiopave改性劑的AC－20瀝青再生混合料配比，按馬歇爾法進行設計，并對設計的再生瀝青混合料進行了抗高溫、低溫及水損害能力方面的實驗室驗證。通過實驗分析，發現其路用性能全部達到規范要求，并大大高于熱拌瀝青混合料（HMA）的性能，高溫穩定性甚至超過SBS改性瀝青混合料。這充分說明通過Thiopave來改性再生高摻量RAP在技術上是完全可行的，同時還具有節能減排、降低污染和經濟效益好等特點，是RAP循環再生利用的好方法。

1 Thiopave溫拌再生瀝青混合料實驗配比設計

1.1 Thiopave溫拌再生瀝青混合料設計思路

大量研究與實踐證明，Thiopave對于舊瀝青材料不僅具有再生功能，而且還具有改性和降低拌合溫度、防止舊瀝青膠結料進一步因加溫老化等特質，非常適合作為再生劑用于RAP性能再生與恢復。因此，Thiopave溫拌再生瀝青混合料總體設計思路為：加入一定新集料以恢復RAP因行車荷載長期作用和舊瀝青路面因銑刨、破碎等施工原因引起的集料被磨光、壓碎、散失等性能降低及級配不合理的系列問題，以重新摻配的新舊混合料級配滿足規范要求為設計目標。瀝青膠結料方面則通過添加新瀝青與Thiopave改性劑來改造并恢復已經老化的舊瀝青膠結料的各種物理力學性能。

1.2 舊瀝青路面材料組分分析

課題組選取了遵義G326線重載交通路面嚴重龜網裂并老化貧油的瀝青混合料舊料進行組分分析和評估。RAP舊料瀝青采用三氯乙烯抽提回收，測得其瀝青含量為3.6%，并將抽提后的礦料進行篩分，結果如表1所示。

表1 RAP料抽提瀝青后篩分結果表

從篩分結果看出，13.2mm以上粗集料僅占8.6%，明顯偏少；4.75～13.2mm中等粒徑集料占31.7%，同樣偏少；4.75mm以下細集料占59.7%，偏多。可見RAP中粗集料明顯不足，細集料又過多，這將不利于RAP再生后瀝青混合料的高溫抗車轍性能和低溫抗變形能力與抗水損害能力的提高，同時也會增大Thiopave改性瀝青用量，再生成本會增加，因此必須通過加入新集料以滿足規范對級配的要求和保持高性價比的技術經濟優勢。

1.3 新摻配材料實驗結果

AC－20試驗用新集料為貴州普遍使用的石灰巖，各種礦料的篩分數據和密度試驗結果見下頁表2和表3。

表2 新集料篩分結果表

表3 新集料密度試驗結果表

Thiopave溫拌改性（再生）劑，可在瀝青混合料拌合過程中直接投放，具有替代部分瀝青、提高混合料性能、降低施工溫度、節能減排的特點，技術指標見下頁表4。

表4 Thiopave溫拌劑的物理化學指標表

1.4 集料配合比設計

考慮到銑刨的RAP料老化嚴重，混合料模量很高，在AC－20再生瀝青混合料設計過程中，為平衡混合料抗高溫性能和抗疲勞性能，保證水穩定性能滿足要求，在RAP料中摻加50%新集料。再生后的級配選擇懸浮密實結構，以獲得較低設計空隙率（2%～4%），這對再生后的瀝青混合料綜合性能都會有明顯提升。設計結果如表5所示。

表5 AC－20級配設計結果表

1.5 實驗溫度選定

通過對Thiopave溫拌改性劑的大量研究與實踐運用，其溫拌改性混合料的拌合溫度可比普通熱拌瀝青混合料低20℃～30℃左右，因此在溫拌再生室內試驗中，原材料和混合料溫度按表6進行控制。

表6 溫拌再生試驗溫度控制表

1.6 馬歇爾試驗結果

溫拌再生瀝青混合料根據馬歇爾設計法來確定最佳硫磺溫拌改性劑用量和瀝青用量。在RAP舊瀝青用量為3.6%的情況下，通過馬歇爾方法試配多組膠結料用量，最終確定新瀝青用量為2.25%，Thiopave溫拌改性劑用量為1.21%。

按照上述AC－20級配設計結果與確定的Thiopave改性劑和瀝青劑量以及成型溫度制作試件，其馬歇爾試驗結果如表7所示。Thiopave溫拌再生瀝青混合料實驗配比如表8所示。

表7 馬歇爾試驗結果表

表8 Thiopave溫拌再生瀝青混合料實驗配比結果表

2 路用性能檢驗

由于Thiopave溫拌再生瀝青混合料強度的形成受時間和溫度因素影響，室內試驗采用加速結晶養生方法，即將成型試件在60℃環境下養生24h后自然冷卻至常溫（達到常溫養生10d效果）便開始相關性能測試。

2.1 劈裂強度

按照我國《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20－2011）中推薦采用的15℃試驗溫度進行試驗，試驗結果如表9所示。

表9 劈裂試驗結果表

從劈裂試驗結果看出，Thiopave溫拌改性再生瀝青混合料的劈裂強度很高，遠大于普通瀝青混合料1.0～1.5 MPa的劈裂強度值，這可從劈裂試驗后的斷裂面破壞狀況看出區別。通常來說，劈裂試驗破壞面發生在石料與膠結料接觸面，而Thiopave溫拌改性再生瀝青混合料的劈裂試驗斷裂面發生在很多石料的中部，這充分說明Thiopave溫拌改性再生瀝青混合料的粘結強度和抗拉強度很高，達到甚至超過骨料本身的間接抗拉強度極限。

2.2 高溫穩定性

瀝青混合料高溫穩定性按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20－2011）中規定的60℃車轍試驗方法，采用動穩定度（DS）指標來評價，試驗結果如表10所示。

表10 車轍試驗結果表

從車轍試驗結果看出，Thiopave溫拌改性再生瀝青混合料動穩定度（DS）遠遠超過普通瀝青混合料技術指標，甚至大大超越SBS改性瀝青混合料規范要求，說明其高溫穩定性優良，抗車轍能力非常強。

2.3 水穩定性

通過浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，測得Thiopave溫拌改性再生瀝青混合料水穩定性如表11和表12所示。

表11 浸水馬歇爾試驗結果表

表12 凍融劈裂試驗結果表

試驗結果表明，Thiopave溫拌改性再生瀝青混合料的水穩定性完全滿足熱拌瀝青混合料的規范要求。

3 結語

通過對Thiopave溫拌改性再生瀝青混合料配合比設計與路用性能實驗研究，可以得出以下基本結論：

（1）Thiopave不僅是性能優良的瀝青改性劑，也是廢舊瀝青材料性能恢復的再生劑。它具有溫拌、再生和改性等特質，特別適合在舊瀝青路面廠拌熱再生中推廣運用。

（2）RAP料中一般中粗集料均偏少、細集料偏多，瀝青膠結料老化且不足，通過添加不同粒徑新集料來恢復再生混合料級配，加入新瀝青與Thiopave溫拌劑來恢復并提升廢舊瀝青物理力學性能。Thiopave溫拌改性再生瀝青混合料配合比設計一般按馬歇爾法進行。

（3）由于Thiopave改性劑的加入，當RAP摻量達到50%甚至更高時，其高低溫穩定性和水穩定性均能滿足規范要求，并優于普通熱拌瀝青混合料路用性能。

（4）Thiopave溫拌特性降低了混合料拌合溫度，避免了RAP料因二次加溫帶來的瀝青老化問題。

（5）Thiopave溫拌再生技術具有節能降耗、節約成本、材料循環再生利用的綠色公路發展特點，在越來越多的舊瀝青路面改造中有著非常廣泛的應用前景。