橡塑合金材料在再生瀝青混合料中的應用研究

傅 軼，王志釗，霍 飛，康軍沛

(1.廣東銀禧科技股份有限公司，廣東 東莞 523187；2.東莞市公路管理局，廣東 東莞 523040；3.河南省交通運輸廳公路管理局，鄭州 450016)

0 引言

我國瀝青路面的大規模建設始于20世紀90年代，2017年底全國公路總里程已達477.35萬km。由于瀝青路面的使用年限較短，瀝青路面的維修養護和翻新項目每年都產生大量的廢舊瀝青混合料(RAP)。目前，國內現有的廢舊瀝青混合料再生技術通常存在RAP摻量低[1]、再生混合料的路用性能差等問題。因此，如何在提高RAP摻量的同時保證再生混合料的路用性能，成為實現RAP有效再生利用的關鍵點。

本文以橡塑合金(RK)為再生改性材料，通過室內試驗，設計了橡塑合金改性新瀝青混合料和含50%RAP的再生瀝青混合料，對橡塑合金改性前后及摻入RAP前后瀝青混合料的高、低溫性能和水穩定性進行了對比測試，分析了橡塑合金對再生瀝青混合料路用性能的影響，為再生瀝青路面工程應用提供參考。

1 瀝青混合料組成設計

1.1 原材料

1.1.1 瀝青結合料

瀝青結合料采用AH-70#基質瀝青，其各項性能檢測結果如表1所示，性能均滿足現行規范的要求[2]。

表1 AH-70#基質瀝青檢測結果

1.1.2 集料

試驗所選用的再生料RAP與工程所用相同，取自廣東省某公路養護單位的銑刨料。RAP的各項技術指標檢測結果如表2所示，其中RAP中老化瀝青的含量為3.4%。經過長時間老化，瀝青中的輕質組分損失較大，導致瀝青的軟化點升高、針入度和延度大幅降低，如表3所示。

表2 再生料RAP性能檢測結果

表3 RAP中瀝青的性能檢測結果

再生料RAP經篩分后其級配組成如表4所示。

表4 再生料RAP的級配組成

試驗所選用的粗、細集料均為花崗巖，填料為石灰巖磨細礦粉，各項性能指標經檢測均符合現行規范要求。

1.1.3 橡塑合金

試驗所選用的橡塑合金再生改性材料由廣東銀禧科技股份有限公司提供，橡塑合金中含有橡膠組分和塑料組分，其中的橡膠組分能夠顯著改善瀝青混合料的低溫性能[3]，塑料組分對瀝青混合料的高溫性能提升效果顯著[4]。橡塑合金的性能指標如表5所示。橡塑合金的使用方法為外摻直投式，摻量一般為0.3%～0.5%。拌和時，橡塑合金先與熱集料干拌，之后再噴入瀝青進行濕拌，經過2～3min拌和即可達到較好的分散效果。

表5 RK橡塑合金性能指標

1.2 級配設計

為對比研究橡塑合金對新瀝青混合料和再生瀝青混合料的改性效果，本試驗基于馬歇爾設計方法，選用AC-20C型級配設計的混合料級配(表6)。AC-20C均采用新集料，AC-20C+50%RAP為含50%RAP的再生混合料。為保障對比數據的有效性，兩種混合料的級配組成保持相近。

表6 新混合料和再生混合料試驗級配

1.3 制備工藝

混合料制備前，新集料的加熱溫度為190℃，RAP加熱溫度為110℃，基質瀝青加熱溫度為150℃。試驗設計以下三種不同類型的混合料，具體的制備工藝如表7所示。

表7 不同類型混合料的制備工藝

1.4 設計結果

三種不同類型混合料最終的設計結果見表8。RAP中雖含有3.4%的老化瀝青，但老化瀝青的四組分嚴重失衡，只能少量替代新瀝青。因此，AC-20C+50%RAP+RK再生混合料的最佳油石比僅比新混合料低0.2%。橡塑合金改性后瀝青混合料的馬歇爾穩定度提升了22%。且與新集料相比，添加50%RAP對混合料的馬歇爾穩定度影響較小，僅降低3%。

表8 不同類型混合料設計結果

2 路用性能分析

按照《公路工程瀝青及瀝青混合料》(JTG E20-2011)的要求，分別對三種混合料的高溫性能、低溫性能和水穩定性進行了對比研究。

2.1 高溫性能

三種不同類型混合料的高溫性能采用自動車轍儀進行試驗，試驗溫度為60℃、試驗載荷為0.7MPa，測試結果見表9。

表9 三種混合料的動穩定度測試結果

動穩定度可以直觀地表征瀝青混合料在高溫下的抗車轍性能，從測試結果可以看出，添加0.3%RK橡塑合金后瀝青混合料在60℃下的動穩定度提高了2倍。橡塑合金主要對基質瀝青進行物理改性，橡塑合金分散在基質瀝青后形成了穩定的空間網絡結構[6]。這種網絡結構可以限制瀝青小分子鏈的運動，從而提高瀝青混合料的抗車轍性能。摻入50%RAP后橡塑合金改性瀝青混合料的動穩定度略有降低，但抗車轍性能仍顯著高于普通瀝青混合料。

2.2 低溫性能

瀝青混合料的低溫性能采用低溫小梁彎曲進行試驗，試驗溫度為-10℃、加載速率為50mm/min，試驗結果見表10。

表10 三種混合料的低溫彎曲測試結果

瀝青混合料的低溫抗開裂性能與瀝青路面的開裂有直接關系，低溫彎曲破壞應變是國內外用于評價瀝青混合料低溫抗開裂性能的重要參數。測試結果顯示，普通瀝青混合料AC-10C的低溫破壞應變僅2 064με，不能滿足我國冬寒區≥2 300με和冬嚴寒區≥2 600με的規范要求。摻入橡塑合金后瀝青混合料的低溫破壞應變大幅提高至3 090με，且再生混合料AC-20C+50%RAP+RK與新集料AC-20C+RK的低溫抗裂性能相當，均可滿足規范要求。

2.3 水穩定性

瀝青混合料的水穩定性采用浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗進行評價，加載速度為50mm/min，評價結果見表11。

表11 三種混合料水穩定性測試結果

浸水馬歇爾殘留穩定度和凍融劈裂強度比可以體現瀝青混合料的抗水損害能力，由表11可見，摻入橡塑合金后瀝青混合料的殘留穩定度和凍融劈裂強度均提高了11%左右。由于橡塑合金對瀝青混合料水穩定性的提高效果顯著，含50%RAP的瀝青混合料的水穩定性仍能保持在較高水平，滿足瀝青混合料抗水損害性能的要求。

3 結論

(1)橡塑合金對瀝青混合料的高、低溫性能和水穩定性有顯著的提升效果。

(2)含50%RAP的橡塑合金改性再生瀝青混合料仍能保持較好的高、低溫性能和水穩定性，路用性能與橡塑合金改性新瀝青混合料相當。

(3)橡塑合金可用于改性再生瀝青混合料，在保證路用性能的同時能夠大幅提高RAP摻量，具有很好的應用前景。