再生瀝青混合料制備工藝對路用性能影響研究

李彬

(葛洲壩集團交通投資有限公司，湖北 武漢 430000)

0 引言

瀝青路面具有平整舒適、噪音小、揚塵少等優點，是我國高速公路的主要路面形式，但是瀝青路面的設計壽命為10～15 年，目前很多高速公路已進入養護中期，大、中修過程中會產生大量的RAP，由于瀝青屬于高分子材料，不容易降解，直接掩埋會對環境造成嚴重的危害。再生技術能夠將RAP 中的集料和瀝青回收利用，不僅節約能源，而且減少對環境的破壞。目前國內外對再生瀝青混合料進行了大量的研究，尤其在RAP 的分散均勻性上進行了更深入研究，Nguyen使用紅色集料區分新集料與RAP，通過圖像觀察沿壓實軸垂直方向的切片情況，觀察RAP 膠團的分散隨干拌時間的變化情況。發現延長干拌時間能夠有效改善RAP 膠團的分散均勻性。然而過長的干拌時間會加劇舊瀝青的老化情況，降低再生混合料的路用性能。但是目前對再生過程中的制表工藝研究不清晰，使再生瀝青混合料的路用性能不夠穩定，因此研究再生瀝青混合料的制備工藝具有重大意義。

1 原材料

此次試驗采用中國石油生產的昆侖牌70#基質瀝青，依據公路瀝青路面施工技術規范對其進行基本性能測試，使用破碎機將RAP 分為兩檔，以9.5mm 篩孔作為界限篩孔。分別將兩檔RAP 進行抽提，然后進行篩分。

2 制備工藝對瀝青混合料性能的影響

根據以往研究，再生瀝青混合料的性能受拌和溫度的影響較小，而受干拌時間和預熱溫度的影響較大，為了確定RAP 膠團的合適的破碎溫度，將分別將RAP 置于80～150℃的烘箱中1h，發現當溫度小于80℃時，膠團在拌和鍋的攪拌下不易破碎，當溫度超過130℃時，RAP 將會黏結在拌和鍋壁上。為確定合適的干拌時間和預熱溫度，選擇規范中要求的150℃作為標準拌和溫度，采用不同的干拌時間和拌和溫度到方案A-I，9 種具體的制備工藝如表1 所示。

表1 試驗所用制備工藝

2.1 高溫性能

使用穩定度、流值和動穩定度等試驗評價再生瀝青混合料的高溫性能，按照規范對A-I，9 種再生瀝青混合料進行上述三種試驗，結果如表2 所示。

表2 再生瀝青混合料的高溫性能試驗結果

圖1 動穩定度試驗結果

圖2 穩定度試驗結果

圖3 流值試驗結果

由表2 可知：

其一，在相同的預熱溫度下，隨著干拌時間的增加再生瀝青混合料的動穩定度和穩定度均出現明顯的提高，動穩定度受集料骨架作用影響較大。當干拌時間為60s 時，RAP 膠團未被完全分散到新集料中，尤其是細集料集中，使部分混合料形成懸浮密實結構，動穩定度較差。隨著干拌時間的增加，RAP 膠團在新混合料中分散更加均勻，形成穩定的骨架結構，動穩定度增加。當干拌時間為90s 時，RAP 中的集料已經均勻的分散到新混合料中，再增加干拌時間也不會增加級配的強度，因此，當干拌時間為120s 時，動穩定度增加并不明顯。對比方案A、D、G 和方案B、E、H 發現當干拌時間一樣時，動穩定度隨著拌和溫度的增加而增加，這是因為預熱溫度的增加RAP 膠團更容易被分散，相同干拌時間下，預熱溫度為110℃時，動穩定度有明顯的提升，但是當加熱溫度為130℃時，動穩定度并沒有明顯提升，這可能是因為預熱溫度過高，使RAP 膠團黏性增大，部分RAP 膠團黏在攪拌鍋壁上，且不容易分散在新混合料中，使再生瀝青混合料的性質不夠穩定，從方案G、H、I 中可以看出動穩定度離散性變大[1]。

其二，因為試驗時，馬歇爾試件外部受壓，內部受拉，因此穩定度、流值不能完全反應混合料的抗車轍性能，但是可以一定程度上反應瀝青膠漿的性能，由方案A-C 可知，當預熱溫度為90℃時，方案B 的穩定度相較于方案A 增加較為明顯，而方案C 的穩定度增長幅度很小，這是因為當攪拌時間為60s 時，RAP 膠團并未被完全分散，當攪拌時間從60s 增加到90s 時，RAP 膠團已經分散均勻，所以穩定度增加較為明顯，而當攪拌時間由90s 增加到120s 時，受預熱溫度的限制，RAP 膠團已經不能被繼續破碎，因此穩定度基本不會繼續增加。而方案D-F 的預熱溫度更高，RAP中舊瀝青的利用率更大，因此穩定度更好，其增加趨勢與方案A-C 相同，仍隨著攪拌時間的增加而增加，當RAP 膠團不能被繼續分散時，穩定度值會區域穩定，而方案G-I 由于預熱溫度過高，RAP 膠團中部分膠砂黏在拌和鍋壁上，導致再生瀝青混合料的穩定度下降（見圖1、2、3）。

2.2 低溫性能

低溫性能不足是瀝青路面產生坑槽、裂縫等早期病害的主要原因之一，對瀝青路面的耐久性和使用壽命有重大影響。本文采用小梁低溫彎曲試驗進行低溫性能試驗，并以最大彎拉應變作為評價指標，彎拉應變能夠反映混合料試樣在最大拉應力下的抗變形能力，彎拉應變越大，瀝青混合料的低溫穩定性越好。受試件截面尺寸影響較大，規范要求截面尺寸為30mm×35mm，但是ATB-25 粒徑較大，為減少試驗結果的變異性，經摸索性試驗，本文采用跨徑為200mm，截面尺寸為50mm×55mm 的棱柱體小量試樣進行試驗。試驗結果如表3 所示。

表3 低溫彎曲小梁試驗結果

由表3 可知：

干拌時間和預熱溫度對彎拉應變的影響都較大，瀝青是影響瀝青混合料低溫性能的重要因素，方案A-C 由于預熱溫度較低，有效瀝青用量較少，彎拉應變較小，方案D-F 由于預熱溫度較高，舊瀝青利用率較高，有效瀝青較多且分散均勻因此彎拉應變較大，而方案G-H 雖然預熱溫度最高，但是部分細集料和瀝青黏附在拌和鍋壁上，致使粗集料間的黏結力下降，而且過高的預熱溫度使RAP 中的瀝青進一步老化，使瀝青的流動性和塑性降低，脆性增大進一步降低了再生瀝青混合料的低溫性能。對比方案D 和方案F 可知，干拌時間也不宜過長，長時間拌和不僅會加劇瀝青的老化，而且會增加成本，降低再生瀝青混合料的經濟效益（見圖4）。

圖4 低溫彎曲小梁試驗結果

圖5 殘留穩定度試驗結果

2.3 水穩性能

瀝青混合料的水穩定性對其使用壽命具有重要影響，目前水穩定性的評價方法有很多如浸水抗壓強度試驗、浸水車轍試驗和浸水馬歇爾試驗等，本文采用我國傳統的浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，使用殘留穩定度和凍融劈裂強度比評價再生瀝青混合料的水穩定性能，試驗結果如表4 所示。

表4 水穩定性試驗結果

圖6 凍融劈裂強度比試驗結果

由表4 可知：

所有方案的殘留穩定度都不是很高，基本都滿足大于80%的要求，劈裂強度和凍融劈裂強度與混合料內部的空隙率和瀝青性能有很大關系，凍融劈裂強度比與混合料的水穩性能關系不大，凍融劈裂強度能夠反映混合料的抗水損性能，對比方案D、E、F 可知，攪拌時間對水穩性能影響較大，水穩性能隨攪拌時間的增加而呈現先增大后減小的趨勢，干拌時間的增加雖然會使RAP 中瀝青和細集料分散更加均勻，但是也會加劇舊瀝青的老化，而對于水穩定度而言，級配的貢獻很小，不足10%，瀝青的性能是穩定度的決定性因素，老化后的瀝青軟化點增加，延度和針入度減少，因此水穩定性降低，對比方案B、E、H 可知預熱溫度過高使部分細集料黏結在拌和鍋上，方案H 制備的混合料膠漿數量變少，因此水溫性能低于方案E（見圖5、6）。另一個造成混合料水穩定性變差的原因是集料破碎，在壓實過程中，由于再生混合料中細集料較少，瀝青膠漿不能提供足夠的潤滑作用，造成混合料的可壓實性較差，粗集料間的內摩阻力過大，致使部分粗集料被壓碎，試件內空隙率變大，抗水損能力變差，方案I 由于細集料較少，且瀝青老化情況嚴重，因此水穩定性最差[2]。

4 結語

干拌時間和預熱溫度對混合料的性能影響都較大，瀝青混合料的高溫穩定性隨著預熱溫度和干拌時間的增加而增加，但是當預熱溫度達到130℃時，會出現部分膠漿黏結在拌和鍋壁上的現象，且隨著RAP的黏性增大，較難分散于新混合料中。隨著干拌時間的增加再生混合料的高溫穩定性逐漸增大，但是低溫穩定性和水穩定性會降低。

綜合考慮再生瀝青混合料的高溫性能，低溫性能和水穩性能推薦的制備工藝為拌和溫度為150℃，干拌時間為120s，預熱溫度為110℃。