抗剝落劑對乳化瀝青冷再生瀝青混合料性能的影響研究

摘要：為解決乳化瀝青冷再生混合料水穩(wěn)定性差的問題，文章通過在乳化瀝青冷再生混合料中摻加胺類和非胺類抗剝落劑，開展浸水馬歇爾、凍融劈裂、浸水飛散試驗，對其水穩(wěn)定性評價指標(biāo)開展區(qū)分度分析。結(jié)果表明：抗剝落劑能有效提升乳化瀝青冷再生混合料水穩(wěn)定性性能，隨著抗剝落劑摻量增加，水穩(wěn)定性能評價指標(biāo)MS0、TSR、ΔS均先增加后有所降低并趨于平穩(wěn)，非胺類抗剝落劑對乳化瀝青冷再生混合料水穩(wěn)定性性能的提升效果優(yōu)于胺類抗剝落劑；水穩(wěn)定性能指標(biāo)區(qū)分度方面，飛散損失ΔS遠(yuǎn)高于MS0和TSR指標(biāo)，且MS0和TSR指標(biāo)區(qū)分度＜0.002，說明乳化瀝青冷再生混合料水穩(wěn)定性能差異較小，指標(biāo)區(qū)分能力弱。

關(guān)鍵詞：道路工程；乳化瀝青冷再生混合料；抗剝落劑；水穩(wěn)定性能；區(qū)分度

中圖分類號：U416.03? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-4874（2024）04-0062-05

0 引言

瀝青路面在維修和養(yǎng)護時將產(chǎn)生大量瀝青路面回收材料（RAP料），RAP料的存放與處理將占用大量的環(huán)境資源［1］。與此同時，RAP料由優(yōu)質(zhì)集料和舊瀝青組成，對RAP料直接廢棄處理將造成資源浪費，瀝青路面再生利用成為解決方案之一。在瀝青路面再生技術(shù)中，乳化瀝青冷再生不僅成本低，對RAP料的利用率也較高［2］。相比其他再生技術(shù)，乳化瀝青冷再生存在水穩(wěn)定性不足的突出問題，提升乳化瀝青冷再生瀝青混合料水穩(wěn)定性能成為當(dāng)前瀝青路面再生技術(shù)的熱點研究方向［3］。在乳化瀝青冷再生混合料水穩(wěn)定性能研究方面，國內(nèi)已有較多文獻(xiàn)。例如，王文虎［4］研究水泥添加量、乳化瀝青用量、水的使用量對乳化瀝青冷再生混合料的水穩(wěn)定性能影響，得出結(jié)論：隨著水泥、水、乳化瀝青用量的增加，乳化瀝青冷再生混合料水穩(wěn)定性能存在峰值，并非這三者摻量越高越好。劉秘強等［5-8］從養(yǎng)生條件、配合比優(yōu)化等方面開展乳化瀝青冷再生混合料的水穩(wěn)定性能改善研究，得出大量有參考價值的結(jié)論。但以上文獻(xiàn)多從養(yǎng)生條件、配合比優(yōu)化、水泥摻量等因素分析乳化瀝青冷再生混合料的水穩(wěn)定性能，較少關(guān)注抗剝落劑對乳化瀝青冷再生混合料的水穩(wěn)定性能影響。抗剝落劑能夠有效改善瀝青混合料的水穩(wěn)定性能［9］，已經(jīng)得到文獻(xiàn)證實。因此文章嘗試將抗剝落劑摻入乳化瀝青冷再生瀝青混合料，以期改善乳化瀝青冷再生瀝青混合料水穩(wěn)定性能，為工程實踐提供一定參考。

1 試驗材料

RAP料為廣西某高速公路銑刨所產(chǎn)生，對RAP采用離心分離獲得礦料和舊瀝青，相關(guān)材料的試驗結(jié)果見表1和表2。由表2可知，瀝青路面在自然環(huán)境和行車荷載和作用下已經(jīng)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的老化現(xiàn)象。

乳化瀝青來自德國維特根廠家，水為飲用水，水泥為普通硅酸鹽水泥，新料規(guī)格為20～25 mm。乳化瀝青相關(guān)技術(shù)指標(biāo)見表3。選取2種抗剝落劑，分別為美國美德維實偉克公司生產(chǎn)的胺類抗剝落劑EVOTHERM M1（記為M1）和重慶某公司生產(chǎn)的非胺類抗剝落劑（記為FA）。

2 配合比設(shè)計

2.1 級配

根據(jù)規(guī)范［10］要求，開展乳化瀝青冷再生瀝青混合料的配合比設(shè)計。級配范圍參考規(guī)范［11］AC-25型瀝青混合料礦料級配要求，具體的級配曲線圖如下頁圖1所示。

2.2 確定最佳含水量

乳化瀝青由水、瀝青、乳化劑構(gòu)成，因此本文所分析含水率包括乳化瀝青所含水分。根據(jù)《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》（JTG E51-2009）相關(guān)要求開展擊實試驗，確定最佳含水量。其核心步驟為通過改變含水量，獲得不同含水量下干密度，最大干密度所對應(yīng)的含水量即為最佳含水量。試驗結(jié)果如圖2所示，最終確定最佳含水量為3.4%。

2.3 確定最佳水泥含量

水泥含量對乳化瀝青冷再生混合料強度有重要影響，因此設(shè)置不同水泥摻量（外摻，0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%），在最佳含水率下制備乳化瀝青冷再生混合料，并開展馬歇爾試驗，試驗結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，隨著水泥摻量增加，乳化瀝青冷再生混合料馬歇爾穩(wěn)定度線性增長，但工程實踐表明過高的水泥摻量易導(dǎo)致乳化瀝青冷再生混合料產(chǎn)生收縮裂縫［12］，因此最終確定水泥摻量為2%。

2.4 確定最佳乳化瀝青含量

通過干濕劈裂強度確定最佳乳化瀝青含量。設(shè)置不同摻量（內(nèi)摻）乳化瀝青，制作馬歇爾試件，并按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2011）［13］要求開展干濕劈裂強度試驗，試驗結(jié)果見圖4。由圖4可知，隨著乳化瀝青摻量增加，干濕劈裂強度均存在峰值，且在乳化瀝青摻量為4%時達(dá)到最高，因此最終確定乳化瀝青最佳摻量為4%。

3 結(jié)果及分析

3.1 浸水馬歇爾試驗

在室內(nèi)制作摻抗剝落劑的乳化瀝青冷再生混合料馬歇爾試件，配合比采用前文配合比結(jié)果，后文同。M1和FA抗剝落劑摻量（外摻）設(shè)置為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%，后文同。為減少數(shù)據(jù)變異性，每組試驗制作10個馬歇爾試件，其中5個用于未浸水馬歇爾試驗，5個用于浸水馬歇爾試驗。試驗結(jié)果如圖5和下頁表4、表5所示。由圖5和表4、表5可知，馬歇爾穩(wěn)定度和浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗結(jié)果變異系數(shù)均較小。M1和FA均對乳化瀝青冷再生混合料浸水馬歇爾試驗結(jié)果產(chǎn)生正面效果。具體而言，乳化瀝青冷再生混合料隨著M1和FA摻量增加浸水前后穩(wěn)定度均有所增加，表明抗剝落劑可以改善乳化瀝青冷再生混合料礦料與膠結(jié)料的粘附性從而提升其力學(xué)強度和水穩(wěn)定性能。對比分析M1和FA，發(fā)現(xiàn)非胺類抗剝落劑對乳化瀝青冷再生混合料的水穩(wěn)定性提升效果優(yōu)于胺類抗剝落劑。進一步對數(shù)據(jù)開展分析，可以發(fā)現(xiàn)乳化瀝青冷再生混合料的水穩(wěn)定性指標(biāo)MS0隨著抗剝落劑摻量的增加先快速增加而后有所降低并趨于平穩(wěn)。產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因主要為在抗剝落劑摻量較小時粘附性提升明顯，而隨著摻量增加可能對粘附性產(chǎn)生了不利影響。該現(xiàn)象產(chǎn)生原因有待微觀試驗進一步驗證。

3.2 凍融劈裂試驗

凍融劈裂試驗用于測試瀝青混合料水穩(wěn)定性能，主要的步驟為對凍融前后的馬歇爾試件開展劈裂試驗，獲得劈裂強度，以凍融前后劈裂強度比（TSR）表征瀝青混合料的水穩(wěn)定性能。凍融劈裂試驗結(jié)果如表6、表7及下頁圖6所示。從表6、表7及圖6可知，乳化瀝青冷再生混合料隨著抗剝落劑摻量的增加凍融前后的劈裂強度均有所增加。具體分析可知，與浸水馬歇爾試驗結(jié)果類似，凍融前后劈裂強度以及TSR指標(biāo)均隨著抗剝落劑的摻量增加呈現(xiàn)先快速增加而后減小再趨于平穩(wěn)的趨勢。與浸水馬歇爾試驗結(jié)果的不同之處在于，TSR指標(biāo)隨著抗剝落劑摻量先增加后減小的過程更加明顯。產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因在于凍融劈裂試驗條件相較浸水馬歇爾試驗更為嚴(yán)苛。因此，在評價摻抗剝落劑乳化瀝青冷再生混合料水穩(wěn)定性能時，TSR指標(biāo)相較MS0指標(biāo)對抗剝落摻量更加敏感。

3.3 浸水飛散試驗

規(guī)范（文獻(xiàn)［13］）中T 0733浸水飛散試驗用于測試瀝青混合料水穩(wěn)定性能。根據(jù)肖劉路［14］的研究結(jié)果，對于乳化瀝青冷再生混合料，浸水飛散試驗旋轉(zhuǎn)300次試件剝落嚴(yán)重。因此，文章浸水飛散試驗采用的旋轉(zhuǎn)次數(shù)與文獻(xiàn)［14］一致，為100次。浸水飛散試驗結(jié)果如表8和圖7所示。由表8和圖7可知，與浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗結(jié)果類似，兩種抗剝落劑對乳化瀝青冷再生混合料水穩(wěn)定性能提升均產(chǎn)生較好效果，且均隨著摻量增加先快速增加而后有所降低并趨于平穩(wěn)。在提升乳化瀝青抗飛散方面，非胺類抗剝落劑優(yōu)于胺類抗剝落劑。

3.4 水穩(wěn)定性評價指標(biāo)區(qū)分度分析

采用區(qū)分度來分析MS0、TSR、ΔS作為乳化瀝青水穩(wěn)定性能評價指標(biāo)的區(qū)分度和敏感性。區(qū)分度是評價指標(biāo)對試驗對象區(qū)分能力的一個數(shù)量指標(biāo)，某評價指標(biāo)的區(qū)分度值越高，表明該指標(biāo)對評價對象的區(qū)分能力越強，提供的有效信息越多，越能夠有效評價試驗對象［15］。文章選取了兩種抗剝落劑，每種抗剝落劑的摻量為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%。因此，有3個水穩(wěn)定性評價指標(biāo)，11個評價對象（包括不摻抗剝落劑的對照組）。依據(jù)文獻(xiàn)［15］，構(gòu)建初始信息矩陣X′=（x′ij）n×m，見式（1），其中x′ij為第i個評價對象的第j個指標(biāo)數(shù)值。采用比重法［16］對初始信息矩陣進行無量綱處理，計算公式見式（2），獲得信息矩陣X=（xij）n×m，信息矩陣見式（3）。然后，采用熵值賦權(quán)法［17］計算每個指標(biāo)的權(quán)重wj。最后，采用式（4）計算每個指標(biāo)的區(qū)分度Dj。

Dj=（maxi=1-11xij-mini=1-11xij）wj（4）

權(quán)重wj和區(qū)分度Dj計算結(jié)果見表9。從表9可知：ΔS的區(qū)分度最高，為0.038 1，TSR次之，MS0最低。文獻(xiàn)［15］表明，當(dāng)區(qū)分度＜0.002時，評價指標(biāo)對評價結(jié)果的差異程度影響很弱，可以忽略不計。MS0和TSR指標(biāo)的區(qū)分度均＜0.002，因此可以認(rèn)為上述兩個指標(biāo)并不能很好評價乳化瀝青冷再生混合料水穩(wěn)定性性能。MS0和TSR指標(biāo)評價結(jié)果區(qū)分度小的原因在于這二者的試驗原理類似，均為測試浸水前后、凍融前后強度比值確定水穩(wěn)定性能。浸水馬歇爾試件需要在60 ℃±1 ℃恒溫水槽中保溫48 h，凍融劈裂試件在凍融后需要在60 ℃±0.5 ℃的恒溫水槽中保溫24 h，在恒溫水槽保溫期間，乳化瀝青冷再生混合料強度仍然在增長，且在高溫作用下強度增長高于常溫放置下的對照組，因此通過浸水前后、凍融前后強度比值所確定的乳化瀝青冷再生混合料水穩(wěn)定性能有所失真。

4 結(jié)語

選取胺類和非胺類抗剝落劑，摻入乳化瀝青冷再生混合料中，開展水穩(wěn)定性能試驗，并對不同水穩(wěn)定性能評價指標(biāo)區(qū)分度開展分析，得出結(jié)論如下：

（1）抗剝落劑對乳化瀝青冷在生混合料水穩(wěn)定性能有顯著影響，體現(xiàn)在摻抗剝落劑乳化瀝青冷再生混合料水穩(wěn)定性能評價指標(biāo)MS0、TSR、ΔS優(yōu)于未摻抗剝落乳化瀝青冷再生混合料。在提升乳化瀝青水穩(wěn)定方面，非胺類抗剝落劑優(yōu)于胺類抗剝落劑。

（2）水穩(wěn)定性能評價指標(biāo)區(qū)分度分析結(jié)果表明，飛散損失ΔS區(qū)分度明顯高于MS0和TSR指標(biāo)，MS0和TSR指標(biāo)區(qū)分度＜0.002，對評價結(jié)果的影響程度可以忽略不計。在乳化瀝青水穩(wěn)定性評價指標(biāo)方面，除了傳統(tǒng)的MS0和TSR指標(biāo)，引入飛散損失ΔS指標(biāo)是有必要的。

參考文案

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作者簡介：胡偉杰（1990—），碩士，工程師，主要從事公路養(yǎng)護工程研究工作。