溫拌劑在舊瀝青路面就地熱再生中的應用研究

張俊昌

(保定市交通運輸局順平縣養(yǎng)路工區(qū) 保定 072250)

舊瀝青路面就地熱再生工藝需要在施工過程中進行高熱處理，由于工作環(huán)境及設備條件限制，往往會造成能源的大量消耗與浪費，造成環(huán)境污染。更重要的是在加熱過程中還會造成瀝青老化，影響再生質量。因此需在瀝青混合料熱拌環(huán)節(jié)適量加入溫拌劑以降低施工溫度。

京贊線順平路段因多處出現(xiàn)裂縫、車轍等，影響通行安全，亟待維修養(yǎng)護。該路段車流量較大，為提高施工效率、盡量減少對車輛通行的影響,推動節(jié)能低碳發(fā)展,強化生態(tài)保護和污染防治，推進資源集約節(jié)約利用，該路段修繕工程使用就地熱再生施工工藝。

該路段地處北方地區(qū)，冬季溫度偏低，而工期又主要集中在冬季，低溫環(huán)境成為影響施工質量的最主要因素。在道路施工過程中，嘗試添加溫拌劑，以降低攪拌溫度，保證低溫環(huán)境下的施工質量。

1 路面使用材料及溫拌劑選擇

1.1 路面材料分析

據(jù)設計資料可知，該段路面集料為輝綠巖等，使用SBS改性瀝青，再生后平均集料配比見表1，使用的瀝青再生劑為RA102型，油石比5.3%，施工過程中添加舊瀝青質量4%的再生劑。

表1 再生料的級配

由表1可見，該路段再生混合料級配滿足JTG F41-2008 《公路瀝青路面再生技術規(guī)范》要求，后續(xù)試驗及數(shù)據(jù)具有參考價值。

1.2 溫拌劑的篩選

溫拌劑可降低舊瀝青路面熱再生的溫度，并可有效保證施工質量，目前常用溫拌劑主要有以下幾種。

1) 礦物質添加。在混合料中添加可使瀝青發(fā)泡的沸石粉末，使泡沫充當集料的潤滑劑，提高混合料的流動性，達到降低拌和溫度的作用[1]。

2) 有機溶劑添加。在混合料中添加可降低瀝青黏度的有機物，從而提高瀝青的裹覆性，降低拌和溫度。

3) 使用表面活性劑。在混合料中添加具有表面活性功能的化學物質，該物質可有效降低集料與瀝青表面的摩擦阻力，使集料更容易拌和，降低拌和溫度。

4) 添加泡沫瀝青。將泡沫瀝青添加到混合料,增強其流動性降低稠度，可降低拌和溫度。

溫拌劑的選擇主要是結合施工環(huán)境及條件、添加成本、再生混合料的特性等進行綜合考量。綜合上述條件，本研究選擇Sasobit(有機溫拌劑)、Evotherm(表面活性溫拌劑)2種溫拌劑進行比較。Sasobit溫拌劑的基本性能指標為：閃點293 ℃、熔點101 ℃、針入度(25 ℃)<1 mm、黏度(135 ℃)12 mPa·s；Evotherm溫拌劑的基本性能指標：密度1.01 g/cm3、沸點100 ℃、有效含量8.8%、pH值7.2、胺值172.7。溫拌劑的添加量為工程常用的舊瀝青質量的4%。

2 溫拌劑對瀝青混合料指標測試

2.1 主要指標測試

將RAP(舊瀝青混合料)從施工現(xiàn)場取回，按照JTG E20-2011 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》中的T0726-2011、T0727-2011法抽提出瀝青，將瀝青分為3組，即：瀝青+再生劑+Sasobit溫拌劑、瀝青+再生劑+Evotherm溫拌劑、瀝青+再生劑3種瀝青組合，進行試驗，對比實驗結果見表2。

表2 瀝青組合指標測試結果統(tǒng)計表

由表2可見，3種瀝青混合料的性能均能滿足JTG F40-2017 《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》要求，且加入溫拌劑的2種瀝青的針入度均小于未加入溫拌劑的再生瀝青，但差距不大，30 ℃時Evotherm溫拌劑組的針入度僅比未加入溫拌劑的再生劑組小0.67 mm。軟化點、延度的改變情況基本一致，加入溫拌劑比不加入的均有所降低，但仍遠遠高于施工技術規(guī)范要求。

2.2 瀝青黏度測試

溫拌劑的主要作用是使瀝青混合料在較低溫度下保持較低的黏度，進而在保證施工質量的同時，保證低溫下道路施工的順利進行[2]。相當于“潤滑劑”的溫拌劑能夠保證較低溫度下瀝青混合料的流動性，保證道路施工的壓實效果，所以需要探討溫度變化對瀝青混合料黏度的影響。本研究使用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》中的T0619-2011法測驗運動黏度，其變化見圖1。

圖1 運動黏度變化趨勢圖

由圖1可見，溫拌劑的加入對瀝青的高溫性能有一定的提高，100 ℃左右時加入溫拌劑的再生瀝青組黏度開始低于不添加組，而到180 ℃左右時3組瀝青的黏度差距不大，組間最大差值僅為0.2 Pa·s。高于100 ℃后，Sasobit組黏度較Evotherm組更低，可知Sasobit溫拌劑可更有效地降低瀝青黏度。

3 路用性能測試

路用性能是檢驗溫拌劑性能的重要指標，需考察溫拌劑再生混合料的高、低溫穩(wěn)定性，水穩(wěn)定性等[3]。通過車轍試驗測試其動穩(wěn)定系數(shù)，使用小梁彎曲試驗檢測其低溫性能，通過馬歇爾浸水試驗測穩(wěn)定性。

本研究試驗設計方案為，將現(xiàn)場回收的舊料添加30%新瀝青、4%再生劑，溫拌劑添加量為4%。Sasobit組、Evotherm組和無添加組分別制成混合料，并按試驗規(guī)程制成試驗件。溫拌劑組拌和溫度為120 ℃，無添加組拌和溫度為150 ℃。

3.1 再生混合料體積指標

路用性能檢測前，首先檢驗各組混合料的體積指標，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》要求檢測混合料的穩(wěn)定度、毛體積密度等,檢測結果統(tǒng)計見表3。

表3 馬歇爾試驗統(tǒng)計結果

由表3可見，3組指標均符合技術規(guī)范要求，Sasobit溫拌劑組穩(wěn)定度明顯優(yōu)于其他2組，溫拌劑組飛散損失小于熱拌組。

3.2 高溫性能測試

車轍試驗按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》要求試件成型，熱拌組溫度150 ℃，溫拌組120 ℃，使用車轍儀測量試件動穩(wěn)定度，對比溫、熱拌工藝的穩(wěn)定性差異。

孔隙率檢測統(tǒng)計結果見表4，車轍試驗統(tǒng)計結果見表5。

表4 車轍試驗孔隙率檢測統(tǒng)計結果

表5 車轍試驗結果統(tǒng)計

由表4可見，溫拌劑組除了成型溫度低外，高溫穩(wěn)定性也較熱拌組高，且Sasobit溫拌劑組比Evotherm溫拌劑組穩(wěn)定系數(shù)更高，3組高溫穩(wěn)定性均能滿足技術規(guī)范要求。

由表5可見，在60 ℃時，Sasobit溫拌劑組黏度值最高，所以瀝青與集料之間的作用力強，其動穩(wěn)定性也就越高。

3.3 低溫性能測試

按上述要求試件成型后，將試件切割制成彎曲試驗小梁，按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》T0715-2011法檢測3種混合料的低溫性能。數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果見表6。

表6 低溫性能測試結果統(tǒng)計

由表6可見，3組混合料均能滿足技術規(guī)范要求，低溫彎拉應力遠高于技術要求，且熱拌組低溫性能更好。溫拌組中，Sasobit溫拌劑組低溫性能較Evotherm溫拌劑組稍好。

3.4 水穩(wěn)定性測試

混合料的水穩(wěn)定性至關重要，關系到路面質量及使用壽命，因此按規(guī)范要求制成試件后，按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》進行水穩(wěn)定性測試，數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果見表7。

表7 浸水馬歇爾試驗結果統(tǒng)計

由表7可見，3組水穩(wěn)定性均能滿足技術規(guī)范要求，且Sasobit溫拌劑組水穩(wěn)定性在3組中較為突出。

4 溫拌劑路面施工與質量檢測

根據(jù)上述實驗結果，本研究使用添加量為4%的Sasobit 溫拌劑，現(xiàn)場施工拌和溫度120 ℃，嚴格按照施工流程就地熱再生施工，而后檢驗施工結果。選取路段為ZK11+900-ZK12+400，施工時間為初冬，溫度較低。

4.1 現(xiàn)場施工工藝與質量監(jiān)控

對試驗路段進行路面清理加熱后銑刨，在攪拌階段加入再生劑和溫拌劑，在溫拌階段將溫度嚴格控制在(120±5) ℃，根據(jù)路面情況及時調整再生劑、溫拌劑的使用量，同時嚴格控制器械速度。

4.2 外觀與壓實度檢測

使用溫拌劑施工工藝的就地熱再生路面施工完成后，試驗路段表面平整無開裂，路面瀝青無燒灼、無明顯顆粒、無離析現(xiàn)象[4-5]。

在就地熱再生施工路段進行取樣，將樣芯帶回實驗室測量毛體積密度，而后烘散，檢測最大理論相對密度，并計算壓實度。

實測試驗路段壓實度平均值為95%，最高98%，最低93%，優(yōu)于92%的道路施工規(guī)程要求。

4.3 滲水性檢測

為了解現(xiàn)場熱再生施工路段的密實性和滲水性，在試驗路段選取5個采樣點，滲水系數(shù)見表8。

表8 滲水試驗

由表8可見，滲水系數(shù)在1～2 mL·min-1之間，最大值2 mL·min-1，最小值1 mL·min-1，平均值0.8 mL·min-1，均優(yōu)于道路施工規(guī)程要求(≤300 mL·min-1)，符合施工要求。

綜上，溫拌劑的使用在較低的環(huán)境溫度下，改善了再生混合料的物理特性，降低了施工溫度，保證了施工質量。

5 結論

1) 溫拌劑的加入使再生后舊瀝青的各項指標均達到了路面施工技術規(guī)范要求。60 ℃時Sasobit溫拌劑組瀝青的運動黏度較其他組大，隨著溫度的升高，溫拌劑組瀝青運動黏度均小于再生劑組。

2) 從室內(nèi)路用性能試驗的結果可知，溫拌劑組瀝青混合料均能滿足路面施工技術規(guī)范要求，Sasobit溫拌劑再生混合料施工路面溫度適應范圍大，故建議使用Sasobit作為舊瀝青再生混合料溫拌劑。

3) 從現(xiàn)場測試的數(shù)據(jù)可知，使用Sasobit作為就地熱再生施工工藝的溫拌劑，不僅能有效降低現(xiàn)場施工溫度(約30 ℃)，且再生后路面的各項檢測均符合JTG F80/1-2017 《公路工程質量檢驗評定標準》要求。