溫拌再生瀝青的性能研究與試驗

林勇文， 彭馨彥， 洪 晶

(廣州市市維新材料科技有限公司， 廣州 510450)

隨著中國道路建設進入“建養并重”時代，在對舊瀝青道路的養護和改造中，一方面會產生大量的廢舊瀝青混合料，這些廢舊材料的處理，目前許多地方仍以掩埋或者廢棄的方法，既浪費資源也會對土地資源造成不必要的浪費。另一方面，新的路面材料包括石料、瀝青，需要重新開采，會產生新的環境污染問題。瀝青混合料再生技術是解決上述問題的有效途徑，該技術對于中國實現構建節約資源、生態環保的和諧交通具有重大意義。

再生技術中，廠拌再生因其質量穩定，是瀝青混合料再生技術應用較多的途徑和方式，而如何提高再生料中RAP的摻量是目前廠拌再生瀝青混合料主要研究方向之一[1]。目前廠拌熱再生混合料RAP摻量一般在30%左右，如果繼續提高RAP摻量，容易造成幾個問題：一是新骨料溫度必須提高，而這容易加劇再生混合料老化；二是新骨料與RAP溫度差距大造成溫度離析嚴重；三是新舊骨料更加難以攪拌均勻。

溫拌再生技術是將溫拌技術引入瀝青路面材料再生中的一種再生工藝，使用溫拌再生瀝青混合料減少老化和溫度離析。本文使用項目組研制的分散型再生劑，結合溫拌技術，對溫拌再生瀝青進行性能研究和試驗。

1 再生劑的試驗和摻量選擇

近年來的研究表明，瀝青路面的老化一方面由輕質組分(主要是芳香烴類物質)的老化，另外一方面，瀝青各組分在長期的車輛荷載和氣候作用下發生團聚也是瀝青模量增加、變形性能下降的重要原因。中國的瀝青路面的大中修年限普遍較西方國家短，瀝青的性能劣化主要是由后者引起的。

采用項目組研制的分散型再生劑。該再生劑以多種天然高分子化合物為基礎制備的表面活性劑混合而成，在再生瀝青混合料拌和過程中，再生劑能加速老化瀝青的大分子膠團的分散，并促使其與新瀝青有效融合，從而提高再生瀝青混合料的性能。并且適用于高摻量舊料的再生瀝青混合料。

對廢舊瀝青混合料中提取的老化70#瀝青，使用再生劑與老化瀝青按照6%、8%、10%的比例混合均勻后進行瀝青三大指標試驗，檢測結果見表1。

表1 瀝青指標試驗結果

表1表明，老化后的瀝青針入度和延度明顯下降，軟化點有明顯提高。項目組制備的再生劑主要針對老化瀝青的分散及其與新瀝青的有效混合，因此單純摻加再生劑至老化瀝青對其性能沒有顯著的還原作用，且隨摻量變化不大，選用8%的含量用于下一步試驗。

2 溫拌劑的試驗和摻量選擇

溫拌劑使用最為廣泛的有機物降黏劑和化學活性劑的溫拌技術。本項目溫拌劑選擇3個：有機物降黏劑Sasobit、溫拌劑DT(表面活性劑有機物復合類)、化學活性劑Evotherm M1。

取用廈門華特70#瀝青作為基質瀝青，把瀝青加熱到155 ℃，按照建議摻量把溫拌劑與瀝青用攪拌器攪拌15 min混合均勻，混合好的瀝青樣品用于測試溫拌瀝青指標及溫拌瀝青混合料指標。

2.1 溫拌瀝青的黏-溫曲線的實驗結果分析

為了比較不同溫拌劑在不同的溫度下對基質瀝青的降黏效果，采用布氏旋轉運動黏度測試方法測定基質瀝青在添加不同溫拌劑劑量后在不同溫度下的黏度。試驗的測試結果見表2。根據表2制作黏溫曲線，如圖1～圖3所示。

表2 溫拌曲線試驗結果 單位：Pa·s

2.1.1 Sasobit對溫拌瀝青黏度的影響

從圖1可以看出，在基質瀝青中分別加入3種摻量的Sasobit溫拌劑后，在相同溫度下，瀝青的黏度隨著摻量的增加而降低。說明摻量越大，降黏效果越好。且同一種摻量的溫拌瀝青，其黏度都隨著溫度的升高而下降，這與基質瀝青的物理特性受溫度的影響是一致的。由表2可看到，在120 ℃以上，各摻量溫拌劑降黏的效果差別逐漸減小。當溫度85 ℃以下時，瀝青的黏度隨著摻量的增加而增加。說明Sasobit溫拌劑在此溫度下有效地改善了瀝青的高溫性能。在溫度低于降黏劑熔點時，添加劑會在瀝青中形成網狀的晶格結構，增加瀝青的高溫穩定性。同時顯示同一溫度下，當摻量大于2%之后各摻量的降黏效果差別接近，即更多的摻量對降低瀝青的黏度作用不大。因此，從經濟性和降黏效果兩個角度綜合考慮，Sasobit溫拌劑對基質瀝青較合理的摻量約為2%。

圖1 Sasobit 對瀝青黏度的影響

2.1.2 DT對溫拌瀝青黏度的影響

由圖2可以看出，在基質瀝青中分別加入不同摻量的溫拌劑DT，在相同溫度下，瀝青的黏度都隨著摻量的增加而降低。說明摻量越大，降黏效果越好。且同一種摻量的溫拌瀝青，其黏度都隨著溫度的升高而下降，這與基質瀝青的物理特性受溫度的影響是一致的。由圖中還可看到，130 ℃以下，溫拌劑降黏效果比較明顯，130 ℃以上，各摻量DT溫拌劑降黏的效果差別逐漸減小。同時顯示同一溫度下，當摻量越大，降黏效果越好，6%摻量對于基質瀝青有較大的降幅，6%～8%的降幅差距不太大，因此，從經濟性和降黏效果兩個角度綜合考慮，DT溫拌劑對基質瀝青較合理的摻量為6%。

圖2 DT對瀝青黏度的影響

2.1.3 Evotherm對溫拌瀝青黏度的影響

由圖3可以看出，在基質瀝青中分別加入不同摻量的溫拌劑Evotherm，在相同溫度下，瀝青的黏度隨著摻量的增加而降低。說明摻量越大，降黏效果越好。且同一種摻量的溫拌瀝青，其黏度都隨著溫度的升高而下降，這與基質瀝青的物理特性受溫度的影響是一致的。由圖中還可看到，130 ℃以下，溫拌劑降黏效果比較明顯，130 ℃以上，各摻量Evotherm溫拌劑降黏的效果差別逐漸減小。同時顯示同一溫度下，當摻量越大，降黏效果越明顯，0.5%～1.5%的降幅差距不大，因此，從經濟性和降黏效果兩個角度綜合考慮，Evotherm溫拌劑對基質瀝青較合理的摻量可為0.5%。

圖3 Evotherm對瀝青黏度的影響

2.1.4 3種溫拌劑對比分析

不同摻加量的Sasobit、 DT和 Evotherm溫拌瀝青的黏溫關系曲線的對比情況可以看出，在經濟合理摻量下(Sasobit摻量2%、 DT摻量6%、 Evo-therm摻量0.5%)，在100 ℃以上溫度下，3種添加劑均具有降黏作用，DT比Sasobit具有更好的降黏效果，Sasobit比Evotherm具有更好的降黏效果，當溫度低于85 ℃，Sasobit具有增黏作用。溫拌劑對布氏黏的降低效果為DT> Sasobit> Evotherm。

根據規范施工的建議，適宜于拌和的瀝青黏度為0.17±0.2 Pa·s，適宜于壓實的瀝青黏度為0.28±0.3 Pa·s[3]。通過圖1～圖3可以看出，從黏度指標來看，溫拌劑Sasobit拌和溫度下降了3～5 ℃，壓實溫度下降了3～5 ℃；溫拌劑DT拌和溫度下降了6～8 ℃，碾壓溫度下降了5～7 ℃；溫拌劑Evotherm拌和溫度下降了2～4 ℃，碾壓溫度下降了1～2 ℃。在具體應用時還應結合具體工程實踐確定拌合溫度和壓實溫度。

由于溫拌瀝青與其混合料的降黏機理并不完全相同，表面活性劑類溫拌劑靠微乳化效果起到與石料的潤滑作用，從而減低拌和及施工溫度[4]。有機物類溫拌劑降低了瀝青混合物的黏度，適宜在較低的溫度下擊實[5]。

2.2 溫拌瀝青的高溫性能

基于廣州地區的氣候特點，夏炎冬溫多雨。考慮到瀝青的低溫性能不是影響瀝青路用性能的主要因素，而其高溫性能對瀝青路用性能有著重要的影響，軟化點是大多數國家用來評價瀝青高溫性能的指標之一，本次試驗僅著重測定溫拌瀝青的軟化點。試驗結果見表3。

表3 摻加溫拌劑對瀝青軟化點的影響 單位：℃

從表3可以看出，在基質瀝青中添加Sasobit會增大瀝青的軟化點。且隨著溫拌劑添加量的增加而增加，說明溫拌劑能夠一定程度改善原瀝青的高溫性能。添加DT會降低瀝青的軟化點，且隨著溫拌劑添加量的增加而幅度加大，說明溫拌劑降低了原瀝青的高溫性能。添加Evotherm對瀝青的軟化點影響比較輕微，隨著溫拌劑添加量的增加降幅不明顯，溫拌劑對原瀝青的高溫性能基本沒影響。

3 溫拌再生瀝青混合料性能檢驗

3.1 再生瀝青混合料級配和油量確定

首先按照再生規范熱拌和混合料配合比設計方法，采用馬歇爾試驗，確定礦料級配最佳瀝青用量[6]，作為溫拌再生瀝青混合料的級配和油量。

選用級配見表4，級配曲線如圖4所示。采用改性瀝青作膠結材料，選用180 ℃拌和，170 ℃擊實,經標準馬歇爾試驗，確定最佳瀝青用量，最佳油石比。最佳油石比各項指標試驗結果見表5，其中分散型再生劑按回收料老化瀝青含量的8%計入油石比內。

圖4 再生AC-20級配曲線

表4 再生AC-20礦料級配

表5 馬歇爾試驗結果

3.2 溫拌再生瀝青混合料性能試驗

溫拌再生瀝青混合料再生劑采用上述分散型再生劑，用量為回收料瀝青含量的8%，溫拌劑采用Evotherm溫拌劑時用量為瀝青含量(包括新瀝青和舊瀝青)的0.5%，Sasobit溫拌劑的摻量為2%，DT溫拌劑的摻量為6% 溫拌劑含量等量替換新瀝青用量，采用前述級配比例和確定的最佳瀝青用量，配制溫拌再生瀝青混合料，按照出料溫度140 ℃、成型溫度130 ℃進行混合料生產和試件制作溫度控制。以擊實試件密度表征其擊實效果及耐久性能，以動穩定度試驗檢驗其耐高溫性能、以殘留穩定度表征其耐水穩定性，溫拌再生AC-20C性能測試試驗結果見表6。

表6 溫拌再生AC-20瀝青混合料(RAP含量60%)性能測試結果

表6顯示，在RAP含量達到60%以上時，使用了分散型再生劑，未添加溫拌劑，當成型溫度為130 ℃時，溫拌AC-20試件空隙率和殘留穩定度指標未能達到熱拌瀝青混合料技術要求，添加了3種溫拌劑的溫拌AC-20各項指標均能達到或超過熱拌改性新瀝青混合料技術要求。按擊實效果排序，DT 6%> Evotherm 0.5%> Sasobit 2%>未添加溫拌劑；按耐高溫性能排序， Evotherm 0.5% >Sasobit 2% > DT 6% >未添加溫拌劑；按耐水穩定性排序，DT 6%>Evotherm 0.5%> Sasobit 2%>未添加溫拌劑。

在施工實踐中，壓實條件好的工況，首選各項性能指標較均衡的Evotherm作為溫拌添加劑；而在壓實條件比較惡劣條件下，可選用擊實效果最好的DT作為溫拌添加劑。

4 結論

1)廠拌溫拌再生瀝青混合料合理摻加添加劑后，材料在水穩定性、抗高溫性能、耐久性等方面均達到新瀝青混合料指標水平，路用性能均能夠滿足規范的要求。采用溫再生技術再生混合料中的RAP摻量可提高到60%以上。

2)采用分散性再生劑結合本文中3種溫拌劑的溫拌再生技術再生混合料，壓實條件好的工況，首選各項性能指標較均衡的Evotherm作為溫拌添加劑，而在壓實條件比較惡劣條件下，推薦選用擊實效果最好的DT作為溫拌添加劑。