高劑量RAP再生溫摻瀝青復合料路用功效實驗研究

文/肖宏宇、劉琦

1 前言

瀝青復合料溫摻再生工藝是一種綜合溫摻與熱再生工藝雙重優勢的新技術，能夠在降低施工操作溫度同時，間接降低污染物排放，體現了路用建設技術材料循環利用與有效節能減排。本研究在試驗室實驗過程中，設計了3 種高劑量RAP 再生復合料，摻配回收料比率分別是65%、75%、85%，同時對高劑量再生瀝青復合料溫摻拌再生工藝實施進一步實驗研究[1]。

2 溫摻拌再生工藝實驗方案

2.1 溫摻劑材料

選擇應用兩款不同型式的變性劑，即Sasobit 溫摻劑和Defuron 溫摻劑。

2.1.1 Sasobit 溫摻劑

Sasobit 變性作用一般體現在對高溫功效和抗老化功效的改善上，其變性機理為復合料溫度降低到90℃時，溶液析出沙索溫摻劑，從而鎖定了早先混溶瀝青中飽和蠟類、油類組分，瀝青即使在夏季高溫環境下亦不會泛油發軟，進而極大緩解瀝青路面發生車轍病害。瀝青發生老化是由于組分中利于路用功效的組分逐步流失所引發，Sasobit 變性劑利于鎖定瀝青中輕質蠟類、油類組分，進而提高瀝青抗老化功效。該款溫摻劑各項功效如表1具體所示[2]。

表1 變性劑各項功效指標參數

2.1.2 Defuron 溫摻劑

Defuron溫摻劑呈現為淡黃色液體，實際施工中可以跟瀝青攪拌均勻后應用。該溫摻劑屬于表面活性型溫摻劑，能夠減少瀝青混凝土施工溫度。變性成分作用是提高抗落剝功能，該款溫摻劑可用于各種橡膠瀝青、變性瀝青、基質瀝青中，所需劑量亦比較少。冬季低溫條件施工、隧洞施工劑量為瀝青質量的0.4%～0.5%，養護施工、大比例熱再生、山區施工劑量為瀝青質量的0.3%～0.5%。

表2 變性劑Defuron 各項功效指標參數

2.2 實驗方案

本研究中，對溫摻技術的實驗內容側重于加進溫摻劑以后，減少預熱和攪拌溫度對于再生瀝青復合料路用功效的影響，如果還能保持良好的應用功效，就顯示溫摻技術可以與高劑量熱再生技術結合，兩者可以相輔相成發揮作用[3]。

選用AC-13 型級配瀝青復合料，應用75%RAP劑量的再生瀝青復合料，研究添加Sasobit 溫摻劑、Defuron 溫摻劑的再生復合料的路用功效，與無變性劑的再生復合料開展比較。這兩種溫摻劑從功效、應用方法上存在一定差異，Sasobit 溫摻劑是固體顆粒，一般選用“干拌法”添加到瀝青復合料中。在本研究中，沙索加進時機是在再生復合料與新骨料攪拌過程中，相關文獻顯示，Sasobit 溫摻劑的劑量是瀝青總量的3%。Defuron 溫摻劑是一種液體變性劑，可以選取摻在新瀝青亦或再生劑中，本研究中因為選用霧噴法開展再生劑的添加，因此將Defuron溫摻劑摻入在再生劑里面，增強變性劑的擴散率，以達到更好的溫摻功效。Defuron 溫摻劑的劑量為瀝青總量的0.5%，溫摻與熱摻拌工藝的溫度設定見表3具體所示。溫摻技術相比于熱摻技術，瀝青、礦料加熱及攪拌溫度降低了25℃。

表3 熱摻拌、溫摻拌再生復合料溫度參數設定

3 溫摻拌再生瀝青復合料路用功效實驗

溫摻再生瀝青復合料路用功效實驗方法選用常規瀝青復合料的實驗方法，路用功效實驗也包括高溫車轍實驗、水穩定性實驗等。

3.1 高溫車轍實驗

動穩度是評價瀝青復合料耐高溫車轍能力的技術指標，動穩度越高，瀝青復合料在高溫條件下抵御外部形變的效能就越強；瀝青再生復合料在車轍實驗時，有些試樣剛開始會構成車轍，45min 左右達3～4mm 深度，但在后面內車轍的加深速度很緩慢，導致在計算動穩度時該值太大，一組試驗的三個試樣變異常數太大，需要重新開展實驗。溫摻再生瀝青復合料的車轍實驗結果如表4具體所示。

表4 溫摻拌再生瀝青復合料車轍實驗結果

表4數據揭示，兩種溫摻再生復合料高溫功效都符合規范需求，相對于無溫摻劑的劑量再生瀝青復合料，溫摻瀝青復合料的高溫功效要優于再生熱摻拌瀝青復合料，Defuron 溫摻瀝青復合料的動穩度與熱摻拌瀝青復合料的差異不大，動穩度介于65%RAP 劑量及85%RAP 劑量再生熱摻拌瀝青復合料間。溫摻再生瀝青復合料的高溫功效滿足規范需求，Sasobit 溫摻劑有變性高溫功效的功能，略大于熱摻拌瀝青復合料的高溫功效，Defuron 溫摻瀝青復合料的高溫功效與熱摻拌瀝青復合料的相近。

3.2 水穩定性實驗

3.2.1 馬歇爾浸水實驗

馬歇爾浸水實驗是評價瀝青復合料抵抗水損害的技術指標之一。制作兩組標準馬歇爾試樣，反正面擊實75 次，每組4 個試樣；試驗組在60℃恒溫水浴箱浸泡24h 以后，測試穩定度MS1，比對組在60℃恒溫水浴箱浸泡30～40min 以后測出穩定度MS，試驗組與比對組的穩定度比值MS1/MS 為殘留穩定度MS0，溫摻再生復合料馬歇爾浸水實驗結果如表5具體所示。

表5 溫摻拌再生瀝青復合料馬歇爾浸水實驗結果

表5數據揭示，浸水前后溫摻再生瀝青復合料馬歇爾穩定度均符合高出8kN 的規范需求，殘留穩定度也滿足高出8kN 的規范需求，表明再生后溫摻瀝青復合料在抗水損害性能上可以符合規范技術需求。

3.2.2 融凍劈裂實驗

融凍劈裂實驗制備試樣與馬歇爾實驗在擊實頻次上存在差異，融凍劈裂實驗需要反正面各擊實50次，同樣隨機將試樣分成2 組，各組4 個試樣。試驗組試樣首先需要開展真空飽水實驗，將試樣放在滿水盆中，置于97.3～98.7kPa 的真空箱中，保持15min；時間滿足后即可恢復常壓，并置放0.5h。取出試樣放入密封塑料袋并加進10ml 水，在-18～±2℃的恒溫冰箱中冰凍16h，冰凍時間到了以后，除去塑料膜，試樣放入60℃恒溫浴水箱浸泡24h，這就實現了一次融凍循環過程。對照組無須做其他處理，將試驗組、對照組試樣在劈裂試驗開始之前，浸入恒溫25℃的水箱中不低于2h，取出后即科開始劈裂實驗。加荷速度是50mm/min，獲得實驗的最大載荷。

融凍劈裂實驗相較馬歇爾浸水實驗，經歷了一次融凍循環，可較好地模擬自然環境條件下瀝青路面隨環境溫度變化而發生的溫度應力變化，能夠更加綜合地評估再生復合料的水穩功效。在試驗中，記錄未經融凍循環過程實驗的比對組劈裂強度，通過融凍循環過程實驗的試驗組劈裂強度為RT2，則融凍劈裂強度比為RT2/RT1，再生瀝青復合料的融凍劈裂實驗結果如表6具體所示。

表6 溫摻再生瀝青復合料融凍劈裂實驗結果

摻Defuron 變性劑的再生復合料劈裂強度要大于摻Sasobit 的，并且Defuron 溫摻再生瀝青復合料與熱摻拌再生復合料功效類似。另外，融凍劈裂強度規律明顯，Sasobit 的劈裂強度比Defuron 和熱摻拌再生瀝青復合料的均要低。盡管增強了瀝青復合料的壓密度，降低了間隙率，一定程度強化了瀝青復合料的劈抗拉強度，但其自身成分即為蠟，在融凍循環過程過程中，對瀝青再生復合料劈抗拉強度會產生負面影響。

4 結語

基于Sasobit 和Defuron 摻加劑，75%的RAP 摻拌量所形成的再生瀝青復合料，其路用功效實驗揭示：溫摻再生瀝青復合料的施工溫度降低25℃，其路用功效依然完好。除此之外，溫摻再生瀝青復合料能夠減少生產過程中的有害氣體排放，控制緩解瀝青二次老化問題。雖然溫摻瀝青復合料的其他功效略低于熱摻再生瀝青復合料，但仍符合路用規范需求。