再生劑摻量對(duì)再生瀝青混合料路用性能影響

劉彥梅

上海中測行工程檢測咨詢有限公司

1 引言

路面再生技術(shù)是將瀝青路面銑刨的廢棄瀝青混合料回收再利用，其技術(shù)主要有廠拌熱再生、熱冷生和就地冷、熱再生，用于面層或基層。合理使用路面再生技術(shù)的最大核心價(jià)值是解決廢棄瀝青混合料對(duì)環(huán)境的污染，降低工程的造價(jià)成本。根據(jù)有關(guān)資料，廠拌熱再生技術(shù)可節(jié)省5%～20%的材料成本；采用就地?zé)嵩偕夹g(shù)，可節(jié)省10%～25%的材料成本；采用就地冷再生技術(shù)，可節(jié)省15%～40%的材料成本；大量的數(shù)據(jù)表明，合理利用瀝青再生技術(shù)，可平均節(jié)省總材料成本的20%～30%，完全切合節(jié)能減排的環(huán)保要求。但目前我國的舊瀝青回收使用率只有25%左右，西方發(fā)達(dá)國家可達(dá)80%以上，與之相比，還有很大的進(jìn)步空間，因此，深入探討瀝青路面再生利用的相關(guān)技術(shù)提高其再生利用率，在當(dāng)下具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

早在1915年，西方發(fā)達(dá)國家就對(duì)舊瀝青的再生利用進(jìn)行了相關(guān)研究，早期的舊瀝青再生主要用于輕質(zhì)公路的基層，隨著對(duì)再生技術(shù)和工藝的不斷研究和發(fā)展，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于高速公路等場合。因?yàn)镽AP的再生利用有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，符合目前節(jié)能減排的環(huán)保要求。因此各國對(duì)RAP再生技術(shù)都非常重視，大量的相關(guān)研究相繼被應(yīng)用于工程實(shí)踐。其中，美、日、德、法等發(fā)達(dá)國家對(duì)路面再生進(jìn)行了大量的研究，產(chǎn)生了大量的工藝技術(shù)成果和相關(guān)配套設(shè)備，并發(fā)表了相關(guān)的規(guī)范和指導(dǎo)意見，為路面再生的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。

20世紀(jì)80、90年代，我國修筑的公路已陸續(xù)超過使用壽命，近年來，隨著我國道路交通網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，國內(nèi)公路進(jìn)入了新一輪的改擴(kuò)建階段，因此瀝青再生利用已成為當(dāng)前工程界的熱點(diǎn)話題，越來越多的科研人員和高校相繼對(duì)RAP 的再生性能、再生工藝方法等問題進(jìn)行研究，使相關(guān)技術(shù)和方法迅速發(fā)展。但由于我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展較晚，與西方發(fā)達(dá)國家相比，RAP 再生的開發(fā)利用還存在不小的差距，據(jù)有關(guān)資料顯示，我國對(duì)路面再生的利用率僅為25%左右，而西方發(fā)達(dá)國家的利用率可達(dá)85%以上，為此，交通部發(fā)布了《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTGT 5521—2019），對(duì)再生材料的回收、試驗(yàn)要求和配比設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)作了進(jìn)一步的規(guī)范。目前，國內(nèi)一些科研單位和裝備企業(yè)也在積極研究、開發(fā)適合我國國情的裝備與再生劑。我國在路面再生方面已經(jīng)積累了一定的研究和成果，但還存在許多亟待解決的問題。

3 瀝青路面的再生方式

當(dāng)前，主要的再生方式是冷再生和熱再生，冷再生是將舊路面直接收集破碎后用作骨料的一種方法，冷再生雖然采用了舊瀝青混合料，但膠結(jié)在原有骨料中的未老化的瀝青并未得到有效利用，同時(shí)采用冷再生鋪筑的路面路用性能較差，不能滿足高等級(jí)公路的使用要求，因此一般只用于人行道、非機(jī)動(dòng)車道或柔性基層等輕質(zhì)路面。熱再生過程分為現(xiàn)場熱再生和廠拌熱再生。由于廠拌熱再生鋪筑的道路平整、各綜合性能接近普通瀝青路面，因此，本文將以廠拌熱再生方式為研究對(duì)象。廠拌熱再生技術(shù)是指舊路面經(jīng)過刨銑后收集瀝青混合料，然后對(duì)其進(jìn)行破碎和篩選，確定舊瀝青混合料添加比例，加入新的瀝青、集料和再生劑等材料，重新進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，舊瀝青混合料與新集料、瀝青分別進(jìn)行加熱，再進(jìn)拌和，經(jīng)過施工驗(yàn)證，得到再生瀝青混合料（簡稱RAP），使RAP達(dá)到路用性能后用于路面或基層鋪筑。采用廠拌熱法再生，可最大限度地利用舊路面材料，是我國目前最適合公路改建的方法之一。

4 RAP含量對(duì)于再生瀝青混合料的影響

RAP 應(yīng)以最佳配比要求進(jìn)行添加方能使再生瀝青混合料的路用性能達(dá)到最佳，發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)價(jià)值，因此，本文以破碎篩分后的5mm～10mmRAP 為試驗(yàn)基礎(chǔ)，分別試驗(yàn)了在0%、20%、40%含量下再生瀝青混合料的各指標(biāo)參數(shù)，以確定最佳配比，詳見表1。

表1 不同含量下再生瀝青混合料的技術(shù)指標(biāo)

從表1 的數(shù)據(jù)可得出，摻加RAP 的再生瀝青混合料的高溫性能提高，其動(dòng)穩(wěn)定度隨著RAP的含量增加而增加；摻加RAP后再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性有所下降，但仍然符合規(guī)定要求，同時(shí)，其殘留強(qiáng)度比隨著RAP殘留呈上升的趨勢(shì)；摻加RAP后再生瀝青混合料的彎拉應(yīng)變開始減小，并且隨著RAP 的含量不斷變小，同時(shí)破壞強(qiáng)度和彎曲勁度模量變大，說明RAP的含量影響其低溫性能，使其變脆。

5 不同劑量再生劑對(duì)再生瀝青混合料的影響

與新拌瀝青混合料相比，RAP 因?yàn)r青老化而低溫抗裂性能較差，要提高RAP的低溫抗裂性能，通常需要用再生劑對(duì)回收的舊瀝青進(jìn)行性能改良。再生劑能快速滲透到老化瀝青中，使舊瀝青組分發(fā)生變化，恢復(fù)原有特性，從而改善老化瀝青的性能。通過試驗(yàn)，對(duì)刨銑回收的舊瀝青在推薦的摻量范圍內(nèi)摻入2%～8%進(jìn)行再生劑處理，并對(duì)摻入再生劑的再生瀝青的針入度、軟化點(diǎn)和延展度等指標(biāo)進(jìn)行了測定。表2列出了試驗(yàn)的詳細(xì)結(jié)果。

表2 再生瀝青性能結(jié)果

由表2中可知，再生劑能顯著改善舊瀝青的性能，而舊瀝青的低溫性能提高約14%，然而，盡管添加再生劑能改善舊瀝青的路用性能，但再生劑的成分復(fù)雜，通常是合成樹脂或石油化工混合物，過多的添加反而會(huì)影響RAP的性能，為了分析不同摻量的再生劑對(duì)RAP性能的影響，本文對(duì)不同摻量的RAP進(jìn)行了馬歇爾試驗(yàn)，并進(jìn)行了體積計(jì)算，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 馬歇爾試驗(yàn)和體積變化結(jié)果

由表中可以看出，增加再生劑的用量，可使舊瀝青的空隙率明顯減少，說明再生劑對(duì)瀝青起到軟化作用，提高瀝青的致密性。但是穩(wěn)定性隨再生劑摻量增加而降低，流值隨再生劑摻量增加而增加。最大彎曲應(yīng)變、凍融劈裂試驗(yàn)及不同再生劑摻量高溫車轍試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 路用性能技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

從表4可以看出，RAP凍融劈裂強(qiáng)度隨摻量的增加先增加后降低，在試驗(yàn)范圍內(nèi)再生劑摻量對(duì)水穩(wěn)定性影響不大。再生劑的摻量為6%時(shí)，RAP 試驗(yàn)得出的流值超出了使用規(guī)范要求，主要原因是因?yàn)樵偕鷦┛筛纳菩阅埽档土藶r青膠結(jié)料的黏度，從而影響RAP 高溫性能。小梁低溫彎曲試驗(yàn)表明再生劑可提高RAP 的最大彎曲拉力，提高RAP 的低溫抗裂性能。再生劑可以提高混合料的延性、變形能力及低溫性能。

綜上，在再生劑摻量不足的情況下，RAP 的空隙率較高，對(duì)路面壓實(shí)有一定的影響；當(dāng)再生劑摻量過大時(shí)，RAP的空隙率較低，抗高溫性能較差。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)嚴(yán)格計(jì)算和控制再生劑的摻量，以確保瀝青混合料的最佳性能。

6 結(jié)束語

文章以瀝青路面再生技術(shù)為研究問題，對(duì)再生劑摻量對(duì)RAP 的路用性能影響進(jìn)行詳細(xì)的試驗(yàn)分析，通過試驗(yàn)不同摻量下瀝青混合料的針入度、軟化點(diǎn)、延展度、最大彎拉應(yīng)變、穩(wěn)定度、流值、動(dòng)穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比等技術(shù)指標(biāo)，得出了以下結(jié)論。

（1）再生劑的加入，可使瀝青混合料的性能明顯改善。

（2）增加再生劑的用量，可使舊瀝青的空隙率明顯減少，說明再生劑對(duì)瀝青起到軟化作用，提高瀝青的致密性。

（3）再生劑摻量過大時(shí)，RAP 的空隙率較低，抗高溫性能較差。

（4）穩(wěn)定性隨再生劑摻量增加而降低，流值隨再生劑摻量增加而增加，當(dāng)摻量為6%時(shí)，流值超出了使用規(guī)范要求，說明已不具備使用條件。