以廢機油和廢潤滑脂為再生劑的SMA再生瀝青混合料性能研究

胡 瀟

(新疆新紀元公路設計有限責任公司 烏魯木齊市 830000)

0 引言

如何將用于建造道路的瀝青混合料進行再生循環使用已成為我國道路行業面臨的一個巨大挑戰，瀝青混合料的大量使用所帶來的資源、環境問題迫使道路行業思考新技術來降低這些材料的使用，其中被廣泛接受的是再生瀝青路面回收技術[1-3]。通常情況下，在道路的重建、重新鋪裝和修復過程中經過破碎、銑刨、拆除得到的廢舊路面材料(RAP)包含老化瀝青和集料，對于RAP的回收利用可以減少對路面材料的需求，這也解決了RAP的不合理應用所帶來的環境問題。

20世紀90年代，RAP再生利用開始在我國的瀝青混合料中使用，到目前為止，大約90%的RAP被回收利用，作為瀝青混合料、顆粒底基層、基層和填充料的替代品。瀝青路面再生技術發展至今逐步普及，但是仍有許多不足之處。在低RAP(25%以下)再生技術已經成熟，但RAP(>25%)中大量的老化瀝青粘結劑的強度比原來的粘結劑硬度高并導致疲勞破壞[4]。高摻配比例的瀝青路面再生技術仍有待充分研究，以待盡可能地節約成本。

SMA瀝青混合料是一種間斷級配混合料，其性能優于傳統的密級配瀝青混合料。SMA一般由70%～80%的粗骨料、8%～12%的填料和6%～8%的粘結劑組成。粗骨料形成骨架結構，提供強度和優越的抗滑性，而在骨架結構中形成的空隙由填充材料填充。SMA混合料的重要優點是提高了抗車轍能力、穩定性和耐久性[5-9]。由于其具有的優勢，SMA已成為多年來主要的瀝青混合料之一。因此，本研究將RAP運用到SMA混合料中，充分利用SMA和RAP的優勢。

本研究通過將WEO和WG兩種再生劑添加到SMA再生瀝青混合料中[10]，并在室內進行了高溫穩定性、低溫抗裂性和水穩定性試驗，旨在確定再生劑種類和用量對RAP制備的SMA混合料的影響，提出充分發揮二者各自優勢的RAP和SMA的有效結合技術。

1 原材料

1.1 再生劑

本研究所用再生劑為WEO和WG。WEO是從車輛和工業中提取的使用過的發動機油，使用WEO提供了巨大的環境效益，如減少土壤和水污染。WEO中含有多種添加劑，如聚合物、粘度調節劑和潤滑增強劑等，這些添加劑對老化瀝青有積極的影響。此外，WEO的化合物與瀝青類似(因為兩者都是基于石油的產品)，它很容易混合并激活老化瀝青。WG又稱黃脂，是食品加工業和動物加工過程中產生的副產品。它含有大量月桂酸(脂肪酸)和肉豆蔻酸甘油三酯，使WG在環境中處于半固態。在本研究中，將WG在80～100℃的熱板上加熱2 min使其液化，然后加入組合集料(新集料和RAP的組合)中。在加熱作用下，WG通過潤滑集料從而改善老化瀝青的流變性。再生劑的性能試驗數據見表1。

表1 再生劑的物理數據

1.2 新瀝青

在本研究中使用了新瀝青VG-30級作為粘結劑，物理性能按照規范進行測試。表2描述了瀝青的物理特性，所有參數都在規范的限制范圍內。

表2 新瀝青VG-30性能數據

1.3 集料

本研究中選用集料為石灰巖粗細集料，選用的RAP是實體道路翻修工程中破碎銑刨得到的廢舊路面材料，并進行抽提篩分。為了量化RAP中老化瀝青的含量，按照JTG E20-2011[11]的程序提取老化瀝青，RAP中老化瀝青含量為3.8%。石灰巖集料和RAP集料的物理性能匯總于表3。

表3 新集料和RAP中集料的物理性質

2 配合比設計

本研究中對RAP摻量(10%、20%、30%、40%)、再生劑的種類(廢機油、廢潤滑脂)和用量(0%、3%、6%、9%)進行混合排列，對SMA骨架密實級配進行設計，級配曲線見圖1。

圖1 不同RAP摻量再生瀝青混合料級配曲線圖

3 路用性能試驗

基于RAP摻量、再生劑種類和用量三因素進行再生瀝青混合料組合設計，通過對組合設計的28種混合料試件進行性能試驗，分析兩種再生劑和RAP對SMA混合料試件的性能影響。

3.1 高溫穩定性

變形是路面病害最常見的表現形式，路面發生永久變形的現象稱為車轍，路面抗車轍性能是衡量其動態穩定性的指標。本研究通過高溫車轍試驗對28種再生瀝青混合料進行高溫性能試驗，試驗結果見圖2。根據圖2的結果可知，WEO和WG的使用對于不同RAP摻量混合料的動穩定度均產生了增大效果。與0%對照組試件相比，以6%WEO作為再生劑對于混合料的高溫性能提升幅度最大，達到了28.2%～34.8%。與WG相比較，以WEO作為再生劑的混合料的高溫性能總體表現良好，對混合料的增幅效果更明顯。同時，以RAP作為橫向對比發現，隨著WEO、WG百分比的變化，30%RAP條件下的混合料較其他RAP摻量均取得動穩定度峰值。

3.2 低溫抗裂性

低溫小梁彎曲試驗按JTG E20-2011中瀝青混合料彎曲試驗T0715-2011方法進行，試驗結果如圖3所示。由圖3可知，WEO和WG的使用對于SMA再生瀝青混合料低溫性能均有所提升，其中以3%、6%、9%WG與3%WEO作為再生劑對于破壞應變提升效果差別較小。6%WEO對SMA再生瀝青混合料的破壞應變增幅明顯，與0%的對照組試件相比，提升幅度達到了32.9%～42.6%。同時，進行RAP摻量橫向對比可以發現，當RAP摻量在10%～30%時破壞應變呈現線性增長的趨勢，但RAP超過30%時破壞應變值均出現下降趨勢，因此30%RAP的SMA再生瀝青混合料較其他RAP摻量在實際路面再生工程中有較大優勢。

圖2 不同再生劑用量的SMA再生瀝青混合料動穩定度變化曲線

圖3 不同再生劑用量的SMA再生瀝青混合料破壞應變試驗結果

3.3 水穩定性

本研究采用浸水馬歇爾試驗評價水穩定性，試驗按JTG E20-2011中的試驗方法進行，試驗結果如圖4所示。由圖4可知，SMA再生瀝青混合料的水穩定性能均隨著RAP百分比的提高而下降，其中40%RAP條件下浸水殘留穩定度較10%RAP降低了19%～22%。這是因為RAP替代部分天然集料應用到瀝青混合料中，通常會使路面的抗水損害能力不足。同時，WEO和WG的使用對于SMA再生瀝青混合料的浸水殘留穩定度增幅效果一般。與WG相比較，WEO作為再生劑的表現總體上較為突出，6%WEO條件下水穩定性能的增幅明顯。這是因為WEO中含有聚合物、粘度調節劑和潤滑增強劑等多種添加劑，這些添加劑對老化瀝青性能恢復有積極的影響。此外，WEO的化合物與瀝青類似(因為兩者都是基于石油的產品)，它很容易混合并激活老化瀝青。

圖4 不同再生劑用量的SMA再生瀝青混合料浸水殘留穩定度變化曲線

4 結語

(1)以RAP作為基準可以發現，廢機油(WEO)、廢潤滑脂(WG)作為再生劑均能提高再生瀝青混合料的高溫穩定性、低溫性能，對于高溫性能提升最高達到了28.2%～34.8%，對于低溫性能提升最高達到32.9%～42.6%，但對于水穩定性能的提升較小。

(2)比較廢機油(WEO)、廢潤滑脂(WG)對于混合料的性能增幅效果可以發現，WEO的總體表現優于WG。總體來看，6% WEO條件下的SMA再生瀝青混合料的各方面性能表現最優異。

(3)將廢機油(WEO)和廢潤滑脂(WG)作為再生劑摻入到再生瀝青混合料中，不僅能夠實現WEO、WG的有效環保利用，而且對于其路用性能有著提升效果。

(4)綜合高溫、低溫和水穩性能考慮，以6%WEO作為再生劑的30%RAP的SMA再生瀝青混合料具有較好的綜合性能，可以運用到廢舊路面材料的實體再生工程中，綜合實現RAP和SMA混合料的自身特點的結合。