溫拌再生瀝青的性能研究與試驗(yàn)

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(guó)道路建設(shè)進(jìn)入“建養(yǎng)并重”時(shí)代，在對(duì)舊瀝青道路的養(yǎng)護(hù)和改造中，一方面會(huì)產(chǎn)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(fèi)資源也會(huì)對(duì)土地資源造成不必要的浪費(fèi)。另一方面，新的路面材料包括石料、瀝青，需要重新開(kāi)采，會(huì)產(chǎn)生新的環(huán)境污染問(wèn)題。瀝青混合料再生技術(shù)是解決上述問(wèn)題的有效途徑，該技術(shù)對(duì)于中國(guó)實(shí)現(xiàn)構(gòu)建節(jié)約資源、生態(tài)環(huán)保的和諧交通具有重大意義。

再生技術(shù)中，廠拌再生因其質(zhì)量穩(wěn)定，是瀝青混合料再生技術(shù)應(yīng)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(xù)提高RAP摻量，容易造成幾個(gè)問(wèn)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(yán)重；三是新舊骨料更加難以攪拌均勻。

溫拌再生技術(shù)是將溫拌技術(shù)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(xiàng)目組研制的分散型再生劑，結(jié)合溫拌技術(shù)，對(duì)溫拌再生瀝青進(jìn)行性能研究和試驗(yàn)。

1 再生劑的試驗(yàn)和摻量選擇

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

采用項(xiàng)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(chǔ)制備的表面活性劑混合而成，在再生瀝青混合料拌和過(guò)程中，再生劑能加速老化瀝青的大分子膠團(tuán)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(duì)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(jìn)行瀝青三大指標(biāo)試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 瀝青指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

表1表明，老化后的瀝青針入度和延度明顯下降，軟化點(diǎn)有明顯提高。項(xiàng)目組制備的再生劑主要針對(duì)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(duì)其性能沒(méi)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(yàn)。

2 溫拌劑的試驗(yàn)和摻量選擇

溫拌劑使用最為廣泛的有機(jī)物降黏劑和化學(xué)活性劑的溫拌技術(shù)。本項(xiàng)目溫拌劑選擇3個(gè)：有機(jī)物降黏劑Sasobit、溫拌劑DT(表面活性劑有機(jī)物復(fù)合類(lèi))、化學(xué)活性劑Evotherm M1。

取用廈門(mén)華特70#瀝青作為基質(zhì)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(cè)試溫拌瀝青指標(biāo)及溫拌瀝青混合料指標(biāo)。

2.1 溫拌瀝青的黏-溫曲線的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

為了比較不同溫拌劑在不同的溫度下對(duì)基質(zhì)瀝青的降黏效果，采用布氏旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)試方法測(cè)定基質(zhì)瀝青在添加不同溫拌劑劑量后在不同溫度下的黏度。試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。根據(jù)表2制作黏溫曲線，如圖1～圖3所示。

表2 溫拌曲線試驗(yàn)結(jié)果 單位：Pa·s

2.1.1 Sasobit對(duì)溫拌瀝青黏度的影響

從圖1可以看出，在基質(zhì)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(shuō)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(zhì)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(dāng)溫度85 ℃以下時(shí)，瀝青的黏度隨著摻量的增加而增加。說(shuō)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(diǎn)時(shí)，添加劑會(huì)在瀝青中形成網(wǎng)狀的晶格結(jié)構(gòu)，增加瀝青的高溫穩(wěn)定性。同時(shí)顯示同一溫度下，當(dāng)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(duì)降低瀝青的黏度作用不大。因此，從經(jīng)濟(jì)性和降黏效果兩個(gè)角度綜合考慮，Sasobit溫拌劑對(duì)基質(zhì)瀝青較合理的摻量約為2%。

圖1 Sasobit 對(duì)瀝青黏度的影響

2.1.2 DT對(duì)溫拌瀝青黏度的影響

由圖2可以看出，在基質(zhì)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(shuō)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(zhì)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(shí)顯示同一溫度下，當(dāng)摻量越大，降黏效果越好，6%摻量對(duì)于基質(zhì)瀝青有較大的降幅，6%～8%的降幅差距不太大，因此，從經(jīng)濟(jì)性和降黏效果兩個(gè)角度綜合考慮，DT溫拌劑對(duì)基質(zhì)瀝青較合理的摻量為6%。

圖2 DT對(duì)瀝青黏度的影響

2.1.3 Evotherm對(duì)溫拌瀝青黏度的影響

由圖3可以看出，在基質(zhì)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(shuō)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(zhì)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(shí)顯示同一溫度下，當(dāng)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(jīng)濟(jì)性和降黏效果兩個(gè)角度綜合考慮，Evotherm溫拌劑對(duì)基質(zhì)瀝青較合理的摻量可為0.5%。

圖3 Evotherm對(duì)瀝青黏度的影響

2.1.4 3種溫拌劑對(duì)比分析

不同摻加量的Sasobit、 DT和 Evotherm溫拌瀝青的黏溫關(guān)系曲線的對(duì)比情況可以看出，在經(jīng)濟(jì)合理?yè)搅肯?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(dāng)溫度低于85 ℃，Sasobit具有增黏作用。溫拌劑對(duì)布氏黏的降低效果為DT> Sasobit> Evotherm。

根據(jù)規(guī)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(shí)的瀝青黏度為0.28±0.3 Pa·s[3]。通過(guò)圖1～圖3可以看出，從黏度指標(biāo)來(lái)看，溫拌劑Sasobit拌和溫度下降了3～5 ℃，壓實(shí)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(yīng)用時(shí)還應(yīng)結(jié)合具體工程實(shí)踐確定拌合溫度和壓實(shí)溫度。

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

2.2 溫拌瀝青的高溫性能

基于廣州地區(qū)的氣候特點(diǎn)，夏炎冬溫多雨?？紤]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(duì)瀝青路用性能有著重要的影響，軟化點(diǎn)是大多數(shù)國(guó)家用來(lái)評(píng)價(jià)瀝青高溫性能的指標(biāo)之一，本次試驗(yàn)僅著重測(cè)定溫拌瀝青的軟化點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 摻加溫拌劑對(duì)瀝青軟化點(diǎn)的影響 單位：℃

從表3可以看出，在基質(zhì)瀝青中添加Sasobit會(huì)增大瀝青的軟化點(diǎn)。且隨著溫拌劑添加量的增加而增加，說(shuō)明溫拌劑能夠一定程度改善原瀝青的高溫性能。添加DT會(huì)降低瀝青的軟化點(diǎn)，且隨著溫拌劑添加量的增加而幅度加大，說(shuō)明溫拌劑降低了原瀝青的高溫性能。添加Evotherm對(duì)瀝青的軟化點(diǎn)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(duì)原瀝青的高溫性能基本沒(méi)影響。

3 溫拌再生瀝青混合料性能檢驗(yàn)

3.1 再生瀝青混合料級(jí)配和油量確定

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

選用級(jí)配見(jiàn)表4，級(jí)配曲線如圖4所示。采用改性瀝青作膠結(jié)材料，選用180 ℃拌和，170 ℃擊實(shí),經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試驗(yàn)，確定最佳瀝青用量，最佳油石比。最佳油石比各項(xiàng)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5，其中分散型再生劑按回收料老化瀝青含量的8%計(jì)入油石比內(nèi)。

圖4 再生AC-20級(jí)配曲線

表4 再生AC-20礦料級(jí)配

表5 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

3.2 溫拌再生瀝青混合料性能試驗(yàn)

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(shí)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(jí)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(jìn)行混合料生產(chǎn)和試件制作溫度控制。以擊實(shí)試件密度表征其擊實(shí)效果及耐久性能，以動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)檢驗(yàn)其耐高溫性能、以殘留穩(wěn)定度表征其耐水穩(wěn)定性，溫拌再生AC-20C性能測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 溫拌再生AC-20瀝青混合料(RAP含量60%)性能測(cè)試結(jié)果

表6顯示，在RAP含量達(dá)到60%以上時(shí)，使用了分散型再生劑，未添加溫拌劑，當(dāng)成型溫度為130 ℃時(shí)，溫拌AC-20試件空隙率和殘留穩(wěn)定度指標(biāo)未能達(dá)到熱拌瀝青混合料技術(shù)要求，添加了3種溫拌劑的溫拌AC-20各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到或超過(guò)熱拌改性新瀝青混合料技術(shù)要求。按擊實(shí)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(wěn)定性排序，DT 6%>Evotherm 0.5%> Sasobit 2%>未添加溫拌劑。

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

4 結(jié)論

1)廠拌溫拌再生瀝青混合料合理?yè)郊犹砑觿┖?，材料在水穩(wěn)定性、抗高溫性能、耐久性等方面均達(dá)到新瀝青混合料指標(biāo)水平，路用性能均能夠滿足規(guī)范的要求。采用溫再生技術(shù)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(jié)合本文中3種溫拌劑的溫拌再生技術(shù)再生混合料，壓實(shí)條件好的工況，首選各項(xiàng)性能指標(biāo)較均衡的Evotherm作為溫拌添加劑，而在壓實(shí)條件比較惡劣條件下，推薦選用擊實(shí)效果最好的DT作為溫拌添加劑。