高RAP摻量SMC常溫改性再生瀝青混合料性能研究

梁清麗

摘要：為探究高RAP摻量SMC常溫改性再生瀝青混合料路用性能優劣，文章取定RAP摻量為60%，確定60%RAP摻量的高RAP摻量SMC常溫改性再生瀝青混合料油石比，采用車轍試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗和低溫彎曲試驗對混合料的高溫性能、水穩定性和低溫性能進行評價。結果表明：60%RAP摻量下SMC常溫改性瀝青混合料動穩定度為規范要求限值的近2.3倍，殘留穩定度和凍融劈裂強度比略高于規范要求限值，破壞彎拉應變為規范要求限值的1.5倍以上。由此可見，SMC常溫改性劑在降低混合料生產拌和溫度的同時還具備再生劑效果，摻入SMC常溫改性劑后的再生瀝青混合料中RAP摻量可提高至60%。

關鍵詞：RAP;SMC;再生瀝青混合料;路用性能

0 引言

瀝青路面以其表面平整、耐磨、無接縫、不揚塵等特點在我國得到了廣泛應用與推廣，現階段已成為我國高等級路面的主要形式。目前我國各個地區瀝青混合料的生產均是以熱拌工藝為主，但熱拌工藝對混合料生產拌和溫度要求較高，燃料消耗高，廢氣排放量高，不利于節能減排。同時，每年我國的廢棄瀝青混合料數量也十分巨大，若不對其進行處治，不僅會對周邊環境造成重大污染，也是對資源的一種極大浪費。為此，在對廢舊瀝青混合料進行再利用的同時降低再生瀝青混合料生產拌和溫度是本文研究的重點。

目前，瀝青路面再生技術中以廠拌熱再生技術效果最佳，但該技術要求瀝青混合料的拌和溫度達到150 ℃以上，且RAP利用率也僅為30%以內。為此，需要摻入適當的外加劑才能實現提高RAP摻量的同時降低再生瀝青混合料拌和溫度的目標。SMC常溫瀝青改性劑是從廢舊塑料、廢舊橡膠等甲苯基乙烯類高分子材料中提取的甲基苯乙烯類嵌段共聚物（SMC），與環氧樹脂、環氧樹脂固化劑及其他助劑按一定比例配合而成的聚合物溶液。該改性劑主要通過環氧化學改性的方式使改性后的瀝青呈現液態，從而達到降低混合料生產拌和溫度的效果。同時有研究表明，該種改性劑可顯著提高RAP利用率[1]。SMC常溫再生劑的開發使得在較低溫度下大幅提高RAP摻量這一愿望得以實現。國內道路專家對SMC常溫改性劑做了不同程度的研究。羅浩原等[2]采用紅外光譜試驗對不同SMC摻量下的混合料拌和溫度、體積指標穩定度、殘留穩定度、凍融劈裂強度比、彎曲應變破壞應變等指標進行了測試，并對其拌和過程中的CO2、CO、[KG（0.1mm]SO2SMC-20級配下，SMC適宜摻量為6%～8%，在該摻量范圍內，混合料拌和溫度可降低至85 ℃～105 ℃，壓實溫度可降低至75 ℃～95 ℃。薩仁娜[3]對SMC常溫改性瀝青的制備工藝進行了一定的研究。前人主要從SMC改性瀝青或混合料層面對SMC常溫改性劑的效果進行系統研究，鮮有涉及SMC常溫改性再生瀝青混合料方面的研究，因此，探究SMC常溫改性劑的再生效果具有顯著意義。

本文為深入探究SMC常溫改性劑對高RAP摻量再生瀝青混合料性能的改善效果，設定RAP摻量為60%，設計了60%RAP摻量下的SMC常溫改性再生瀝青混合料的油石比，并通過車轍試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗和低溫彎曲試驗對混合料的高溫性能、水穩定性和低溫性能進行評價，研究成果可為國內外同類技術的研究提供參考。

1 原材料及配合比設計

1.1 原材料

1.1.1 瀝青

本文試驗用瀝青為殼牌90#基質瀝青，其相關技術指標見表1。

1.1.2 集料

本文試驗用瀝青混合料類型為SMC-16型常溫再生瀝青混合料，所用集料均為南山采石場生產的石灰巖，粗、細集料相關技術指標分別見表2、表3。

1.1.3 改性劑及改性瀝青

本文改性劑采用SMC常溫改性劑[1]，改性劑摻量取15%，其相關技術指標見表4，經SMC常溫改性劑改性后瀝青相關技術指標見表5。

1.2 配合比設計

1.2.1 礦料級配

本文所采用的瀝青混合料類型為SMC-16型常溫再生瀝青混合料，混合料礦料級配參考文獻[1]中SMC-16型常溫再生瀝青混合料合成級配，詳見下頁表6。

1.2.2 RAP中瀝青含量

瀝青路面回收料中的舊瀝青作為再生混合料中結合料的一部分，對舊瀝青含量進行檢測是再生混合料配合比設計的重要步驟。本文采用燃燒爐法對RAP中舊瀝青含量進行有效性檢測。具體試驗步驟為：將RAP試樣在烘箱中預熱后置于538 ℃的燃燒爐中進行充分燃燒至其質量不再改變后計算燃燒前后試樣的質量差，即為RAP中舊瀝青含量。通過燃燒法測得RAP中舊瀝青含量為4.8%，詳見表7。

1.2.3 最佳油石比

根據上文可知，RAP中舊瀝青含量為4.8%，本文選取RAP摻量為60%，新摻入集料含量為40%，按比例計算得出RAP中舊瀝青相對于再生料的油石比為2.9%。根據以往經驗，再生料的最佳油石比為4.8%，則新摻瀝青的油石比分別為1.1%、1.5%、1.9%、2.3%，最終得出60%RAP摻量下SMC常溫再生瀝青混合料的實際油石比分別為4.0%、4.4%、4.8%、5.2%。

采用馬歇爾設計法確定SMC-16型常溫再生瀝青混合料的最佳油石比，測得不同油石比下混合料試件各馬歇爾參數，見表8。

根據表8中數據，最終計算得出SMC-16型常溫再生瀝青混合料的最佳油石比為4.8%。

2 高RAP摻量下SMC常溫再生瀝青混合料路用性能分析

2.1 高溫性能

本文主要采用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）中瀝青混合料車轍試驗方法對SMC-16型常溫改性再生瀝青混合料的高溫性能進行檢測，以動穩定度作為評價指標。試驗結果見表9。

由表9所示數據可知，60%RAP摻量下SMC常溫改性再生瀝青混合料的平均動穩定度達到了2321次/mm，為相關規范要求限值的2.3倍，可見高RAP摻量下的SMC常溫改性再生瀝青混合料高溫性能良好，這可能是由于：

（1）摻入高含量RAP后，再生瀝青混合料中老化瀝青比例過大，這導致了混合料中瀝青的重質組分比例增大，輕質組分比例相對減少，使得瀝青變稠，混合料高溫性能增強。同時，新舊瀝青混溶后，在舊瀝青的影響作用下，混合后瀝青的老化程度嚴重，對溫度的敏感性降低，從而提高了混合料高溫抗變形能力。

（2）摻入SMC常溫改性劑后，由于SMC改性瀝青混合料是單組分樹脂在荷載擠壓、空氣接觸氧化等條件下逐漸形成強度，故降低了溫度對混合料強度形成的影響，使混合料高溫性能得以提高。

2.2 水穩定性

水損害是瀝青路面最為常見的病害之一，據不完全統計，瀝青路面80%以上的病害都是由水損害引起的，由此可見，對高RAP摻量下SMC常溫改性再生瀝青混合料的水穩定性進行檢測是尤為必要的。目前，瀝青混合料水穩定性檢測方法中最為常用的為浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗。大量實踐證明，二者可對混合料水穩定性進行有效評價。借鑒以往經驗，本文決定采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗對高RAP摻量下SMC常溫改性再生瀝青混合料的水穩定性進行檢測，以殘留穩定度和凍融劈裂強度比作為評價指標。具體試驗方法參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）中相關試驗方法。浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗結果見表10。

由表10中所示數據可知，60%RAP摻量下SMC常溫改性再生瀝青混合料的殘留穩定度和凍融劈裂強度比均略高于規范要求，這可能是由于RAP摻量過高，混合料中老化瀝青含量增大，導致瀝青與集料間的粘附性降低，從而使混合料水穩定性一般。

2.3 低溫性能

本文采用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）中的小梁彎曲試驗，檢測高RAP摻量下SMC常溫改性再生瀝青混合料的低溫性能。具體試驗參數為：成型尺寸為30 mm×40 mm×250 mm的瀝青混合料小梁試件，跨徑為200 mm，單點跨中加載，試驗溫度為-10 ℃，將試件冷凍4 h后于萬能試驗機上以50 mm/min的加載速率進行試驗。低溫彎曲試驗結果見表11。

由表11中所示數據可知，60%RAP摻量下SMC常溫改性再生瀝青混合料的破壞彎拉應變為3 182.09，為規范要求限值的1.5倍以上，這是由于加入SMC常溫改性劑后，瀝青的延度得以改善，故混合料低溫性能大幅度提高。

3 結語

（1）通過室內瀝青混合料路用性能試驗結果可知，高RAP摻量下SMC常溫改性瀝青混合料的高溫性能、低溫性能和水穩定性均能滿足相關規范要求，其中高溫性能和低溫性能良好，水穩定性一般。

（2）SMC常溫改性劑在降低再生瀝青混合料生產拌和溫度的同時還具備再生劑的作用，摻加SMC常溫改性劑后，再生瀝青混合料中RAP摻量可增大至60%。

參考文獻：

[1]謝朝陽.高Rap摻量Smc常溫再生瀝青混合料性能研究[D].成都：西南交通大學，2018.

[2]羅浩原，栗振坤，鄭鵬飛，等.Smc常溫改性劑路用性能、機理及環保效益分析[EB/OL].建筑材料學報，[JP3]http：//kns. cnki. net//kcms/detail/31.1764. TU. 20190716.1625.021. html，2019-07-17.

[3]薩仁娜.常溫改性瀝青的制備技術研究[D].青島：中國石油大學（華東），2017.