以廢機(jī)油和廢潤滑脂為再生劑的SMA再生瀝青混合料性能研究

胡 瀟

(新疆新紀(jì)元公路設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司 烏魯木齊市 830000)

0 引言

如何將用于建造道路的瀝青混合料進(jìn)行再生循環(huán)使用已成為我國道路行業(yè)面臨的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)，瀝青混合料的大量使用所帶來的資源、環(huán)境問題迫使道路行業(yè)思考新技術(shù)來降低這些材料的使用，其中被廣泛接受的是再生瀝青路面回收技術(shù)[1-3]。通常情況下，在道路的重建、重新鋪裝和修復(fù)過程中經(jīng)過破碎、銑刨、拆除得到的廢舊路面材料(RAP)包含老化瀝青和集料，對(duì)于RAP的回收利用可以減少對(duì)路面材料的需求，這也解決了RAP的不合理應(yīng)用所帶來的環(huán)境問題。

20世紀(jì)90年代，RAP再生利用開始在我國的瀝青混合料中使用，到目前為止，大約90%的RAP被回收利用，作為瀝青混合料、顆粒底基層、基層和填充料的替代品。瀝青路面再生技術(shù)發(fā)展至今逐步普及，但是仍有許多不足之處。在低RAP(25%以下)再生技術(shù)已經(jīng)成熟，但RAP(>25%)中大量的老化瀝青粘結(jié)劑的強(qiáng)度比原來的粘結(jié)劑硬度高并導(dǎo)致疲勞破壞[4]。高摻配比例的瀝青路面再生技術(shù)仍有待充分研究，以待盡可能地節(jié)約成本。

SMA瀝青混合料是一種間斷級(jí)配混合料，其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的密級(jí)配瀝青混合料。SMA一般由70%～80%的粗骨料、8%～12%的填料和6%～8%的粘結(jié)劑組成。粗骨料形成骨架結(jié)構(gòu)，提供強(qiáng)度和優(yōu)越的抗滑性，而在骨架結(jié)構(gòu)中形成的空隙由填充材料填充。SMA混合料的重要優(yōu)點(diǎn)是提高了抗車轍能力、穩(wěn)定性和耐久性[5-9]。由于其具有的優(yōu)勢(shì)，SMA已成為多年來主要的瀝青混合料之一。因此，本研究將RAP運(yùn)用到SMA混合料中，充分利用SMA和RAP的優(yōu)勢(shì)。

本研究通過將WEO和WG兩種再生劑添加到SMA再生瀝青混合料中[10]，并在室內(nèi)進(jìn)行了高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性試驗(yàn)，旨在確定再生劑種類和用量對(duì)RAP制備的SMA混合料的影響，提出充分發(fā)揮二者各自優(yōu)勢(shì)的RAP和SMA的有效結(jié)合技術(shù)。

1 原材料

1.1 再生劑

本研究所用再生劑為WEO和WG。WEO是從車輛和工業(yè)中提取的使用過的發(fā)動(dòng)機(jī)油，使用WEO提供了巨大的環(huán)境效益，如減少土壤和水污染。WEO中含有多種添加劑，如聚合物、粘度調(diào)節(jié)劑和潤滑增強(qiáng)劑等，這些添加劑對(duì)老化瀝青有積極的影響。此外，WEO的化合物與瀝青類似(因?yàn)閮烧叨际腔谑偷漠a(chǎn)品)，它很容易混合并激活老化瀝青。WG又稱黃脂，是食品加工業(yè)和動(dòng)物加工過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品。它含有大量月桂酸(脂肪酸)和肉豆蔻酸甘油三酯，使WG在環(huán)境中處于半固態(tài)。在本研究中，將WG在80～100℃的熱板上加熱2 min使其液化，然后加入組合集料(新集料和RAP的組合)中。在加熱作用下，WG通過潤滑集料從而改善老化瀝青的流變性。再生劑的性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 再生劑的物理數(shù)據(jù)

1.2 新瀝青

在本研究中使用了新瀝青VG-30級(jí)作為粘結(jié)劑，物理性能按照規(guī)范進(jìn)行測(cè)試。表2描述了瀝青的物理特性，所有參數(shù)都在規(guī)范的限制范圍內(nèi)。

表2 新瀝青VG-30性能數(shù)據(jù)

1.3 集料

本研究中選用集料為石灰?guī)r粗細(xì)集料，選用的RAP是實(shí)體道路翻修工程中破碎銑刨得到的廢舊路面材料，并進(jìn)行抽提篩分。為了量化RAP中老化瀝青的含量，按照J(rèn)TG E20-2011[11]的程序提取老化瀝青，RAP中老化瀝青含量為3.8%。石灰?guī)r集料和RAP集料的物理性能匯總于表3。

表3 新集料和RAP中集料的物理性質(zhì)

2 配合比設(shè)計(jì)

本研究中對(duì)RAP摻量(10%、20%、30%、40%)、再生劑的種類(廢機(jī)油、廢潤滑脂)和用量(0%、3%、6%、9%)進(jìn)行混合排列，對(duì)SMA骨架密實(shí)級(jí)配進(jìn)行設(shè)計(jì)，級(jí)配曲線見圖1。

圖1 不同RAP摻量再生瀝青混合料級(jí)配曲線圖

3 路用性能試驗(yàn)

基于RAP摻量、再生劑種類和用量三因素進(jìn)行再生瀝青混合料組合設(shè)計(jì)，通過對(duì)組合設(shè)計(jì)的28種混合料試件進(jìn)行性能試驗(yàn)，分析兩種再生劑和RAP對(duì)SMA混合料試件的性能影響。

3.1 高溫穩(wěn)定性

變形是路面病害最常見的表現(xiàn)形式，路面發(fā)生永久變形的現(xiàn)象稱為車轍，路面抗車轍性能是衡量其動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的指標(biāo)。本研究通過高溫車轍試驗(yàn)對(duì)28種再生瀝青混合料進(jìn)行高溫性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。根據(jù)圖2的結(jié)果可知，WEO和WG的使用對(duì)于不同RAP摻量混合料的動(dòng)穩(wěn)定度均產(chǎn)生了增大效果。與0%對(duì)照組試件相比，以6%WEO作為再生劑對(duì)于混合料的高溫性能提升幅度最大，達(dá)到了28.2%～34.8%。與WG相比較，以WEO作為再生劑的混合料的高溫性能總體表現(xiàn)良好，對(duì)混合料的增幅效果更明顯。同時(shí)，以RAP作為橫向?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)，隨著WEO、WG百分比的變化，30%RAP條件下的混合料較其他RAP摻量均取得動(dòng)穩(wěn)定度峰值。

3.2 低溫抗裂性

低溫小梁彎曲試驗(yàn)按JTG E20-2011中瀝青混合料彎曲試驗(yàn)T0715-2011方法進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，WEO和WG的使用對(duì)于SMA再生瀝青混合料低溫性能均有所提升，其中以3%、6%、9%WG與3%WEO作為再生劑對(duì)于破壞應(yīng)變提升效果差別較小。6%WEO對(duì)SMA再生瀝青混合料的破壞應(yīng)變?cè)龇黠@，與0%的對(duì)照組試件相比，提升幅度達(dá)到了32.9%～42.6%。同時(shí)，進(jìn)行RAP摻量橫向?qū)Ρ瓤梢园l(fā)現(xiàn)，當(dāng)RAP摻量在10%～30%時(shí)破壞應(yīng)變呈現(xiàn)線性增長的趨勢(shì)，但RAP超過30%時(shí)破壞應(yīng)變值均出現(xiàn)下降趨勢(shì)，因此30%RAP的SMA再生瀝青混合料較其他RAP摻量在實(shí)際路面再生工程中有較大優(yōu)勢(shì)。

圖2 不同再生劑用量的SMA再生瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度變化曲線

圖3 不同再生劑用量的SMA再生瀝青混合料破壞應(yīng)變?cè)囼?yàn)結(jié)果

3.3 水穩(wěn)定性

本研究采用浸水馬歇爾試驗(yàn)評(píng)價(jià)水穩(wěn)定性，試驗(yàn)按JTG E20-2011中的試驗(yàn)方法進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，SMA再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性能均隨著RAP百分比的提高而下降，其中40%RAP條件下浸水殘留穩(wěn)定度較10%RAP降低了19%～22%。這是因?yàn)镽AP替代部分天然集料應(yīng)用到瀝青混合料中，通常會(huì)使路面的抗水損害能力不足。同時(shí)，WEO和WG的使用對(duì)于SMA再生瀝青混合料的浸水殘留穩(wěn)定度增幅效果一般。與WG相比較，WEO作為再生劑的表現(xiàn)總體上較為突出，6%WEO條件下水穩(wěn)定性能的增幅明顯。這是因?yàn)閃EO中含有聚合物、粘度調(diào)節(jié)劑和潤滑增強(qiáng)劑等多種添加劑，這些添加劑對(duì)老化瀝青性能恢復(fù)有積極的影響。此外，WEO的化合物與瀝青類似(因?yàn)閮烧叨际腔谑偷漠a(chǎn)品)，它很容易混合并激活老化瀝青。

圖4 不同再生劑用量的SMA再生瀝青混合料浸水殘留穩(wěn)定度變化曲線

4 結(jié)語

(1)以RAP作為基準(zhǔn)可以發(fā)現(xiàn)，廢機(jī)油(WEO)、廢潤滑脂(WG)作為再生劑均能提高再生瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫性能，對(duì)于高溫性能提升最高達(dá)到了28.2%～34.8%，對(duì)于低溫性能提升最高達(dá)到32.9%～42.6%，但對(duì)于水穩(wěn)定性能的提升較小。

(2)比較廢機(jī)油(WEO)、廢潤滑脂(WG)對(duì)于混合料的性能增幅效果可以發(fā)現(xiàn)，WEO的總體表現(xiàn)優(yōu)于WG。總體來看，6% WEO條件下的SMA再生瀝青混合料的各方面性能表現(xiàn)最優(yōu)異。

(3)將廢機(jī)油(WEO)和廢潤滑脂(WG)作為再生劑摻入到再生瀝青混合料中，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)WEO、WG的有效環(huán)保利用，而且對(duì)于其路用性能有著提升效果。

(4)綜合高溫、低溫和水穩(wěn)性能考慮，以6%WEO作為再生劑的30%RAP的SMA再生瀝青混合料具有較好的綜合性能，可以運(yùn)用到廢舊路面材料的實(shí)體再生工程中，綜合實(shí)現(xiàn)RAP和SMA混合料的自身特點(diǎn)的結(jié)合。