廢舊瀝青再生性能研究

盧輝

（邢臺(tái)路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北邢臺(tái) 054000）

0 引言

20世紀(jì)90年代末，我國(guó)道路建設(shè)迅速發(fā)展，高等級(jí)公路、國(guó)省道干線路、城市道路等逐年遞增。瀝青面層是路面結(jié)構(gòu)的重要組成部分，壽命一般為10～15年[1]，但因重載交通和自然環(huán)境等因素的影響，大量瀝青路面在運(yùn)營(yíng)不到10年就會(huì)出現(xiàn)較嚴(yán)重的車轍、裂縫和坑槽等病害，需要維護(hù)、翻修或改擴(kuò)建[2]。改建、維修過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量廢舊瀝青混合料（RAP），因此，合理、高效地利用RAP，將其變廢為寶，可大幅降低建設(shè)成本，對(duì)節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[3]。

廢舊瀝青再生利用技術(shù)主要分為：廠拌熱再生、就地?zé)嵩偕?、廠拌冷再生和就地冷再生四種。冷再生技術(shù)是將廢棄的瀝青混合料作為骨架或填充物，再通過(guò)添加其他材料直接重復(fù)利用；熱再生技術(shù)是通過(guò)添加再生劑改善廢舊瀝青混合料的黏結(jié)性能，恢復(fù)其膠結(jié)作用，從而實(shí)現(xiàn)再生利用，其中廠拌熱再生技術(shù)所制備的再生混合料質(zhì)量可控，性能穩(wěn)定，適用范圍廣泛[4-5]。本文以實(shí)際工程回收的RAP為研究基礎(chǔ)，利用廠拌熱再生技術(shù)對(duì)其進(jìn)行再生利用。

1 材料性能

1.1 廢舊瀝青混合料（RAP）

本研究使用的RAP為襄建產(chǎn)業(yè)園區(qū)對(duì)某城市主干道路面層銑刨產(chǎn)生的廢料。將RAP經(jīng)過(guò)二次破碎、篩分，最終分為0～9mm、9～16mm和16～25mm三種規(guī)格，如圖1所示。

對(duì)回收的RAP進(jìn)行隨機(jī)取樣，通過(guò)燃燒法測(cè)定舊瀝青含量平均值為4.8%。

RAP的級(jí)配組成對(duì)于設(shè)計(jì)再生瀝青混合料的級(jí)配尤為重要，在級(jí)配設(shè)計(jì)前對(duì)三種規(guī)格的RAP進(jìn)行篩分。測(cè)得各檔通過(guò)率如表1所示：

圖1 三種規(guī)格的RAP圖

表1 RAP篩分?jǐn)?shù)據(jù)

由表1可知，整體RAP偏細(xì)。這是因?yàn)闉r青面層在車輛長(zhǎng)期碾壓下出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，并且在銑刨過(guò)程中可能會(huì)存在集料受力破碎的現(xiàn)象，導(dǎo)致整體RAP細(xì)化。由于RAP中細(xì)料含量較多，導(dǎo)致平均瀝青含量略高于當(dāng)?shù)谹C-20瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)的最佳瀝青含量。再生混合料配合比設(shè)計(jì)時(shí)，以測(cè)得的舊料中平均瀝青含量為基礎(chǔ)，將三種舊料搭配使用。

1.2 再生劑

瀝青的老化是由于輕質(zhì)油分的揮發(fā)、低分子化合物的轉(zhuǎn)變使得瀝青化學(xué)成分之間的比例平衡被打破，引起膠體溶液結(jié)構(gòu)改變，最終導(dǎo)致瀝青的多種性能不能滿足路面使用要求[6]。因此再生劑的作用是利用自身油分和良好的滲透性來(lái)提高老化瀝青流變指數(shù)，改善其結(jié)構(gòu)形態(tài)，使老化瀝青性能得到恢復(fù)，從而改善再生瀝青混合料的路用性能。

本研究采用的再生劑為北京新路時(shí)代交通科技有限公司提供的RTM-HR1型再生劑，該再生劑室溫下為透明、淡黃色黏性液體；不含瀝青質(zhì)，富含芳香分，對(duì)老化瀝青具有很強(qiáng)的擴(kuò)散、滲透能力，可有效補(bǔ)充老化瀝青中缺失的成分。再生劑的基本參數(shù)如表2所示：

表2 再生劑R-H的基本參數(shù)

1.3 新集料

本試驗(yàn)擬設(shè)計(jì)AC-20型瀝青混合料，RAP整體偏細(xì)，粒徑在5mm以下的料含量較多。因此，為了能夠設(shè)計(jì)出合理的級(jí)配，增加粒徑為10～20 mm、10～15mm和少量5～10 mm的新集料。新集料采用石灰?guī)r，對(duì)新集料的性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示：

表3 新集料性能指標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯總表

由表3可知，新集料各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 5521—2019）的技術(shù)要求，可用于再生混合料中。

1.4 老化瀝青、新瀝青及再生瀝青

瀝青因日照、雨淋等自然環(huán)境因素下發(fā)生老化，各項(xiàng)性能指標(biāo)均會(huì)出現(xiàn)不同程度的下降。因此，在進(jìn)行RAP再生前，需對(duì)老化瀝青的性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。分析再生劑使用前后，老化瀝青性能指標(biāo)變化，及與新瀝青相比，數(shù)據(jù)的差異性。本試驗(yàn)采用抽提法對(duì)RAP中的舊瀝青進(jìn)行提取回收，對(duì)回收后的老化瀝青進(jìn)行針入度、軟化點(diǎn)、延度三大指標(biāo)檢測(cè)分析。

本試驗(yàn)所用瀝青為70#基質(zhì)瀝青。根據(jù)再生劑廠家指導(dǎo)建議，再生劑摻加量為RAP中殘留瀝青含量的5%～10%，本次試驗(yàn)按10%添加。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4：

表4 老化瀝青、新瀝青及再生瀝青三大指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果

由表4可知，老化瀝青針入度和延度下降明顯，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于規(guī)范要求，但軟化點(diǎn)較高。說(shuō)明瀝青質(zhì)含量增多，瀝青變硬，流變性能差，老化嚴(yán)重。新瀝青三大指標(biāo)均在規(guī)范要求范圍內(nèi)。利用再生劑對(duì)老化瀝青進(jìn)行再生后，針入度和延度顯著提升；軟化點(diǎn)下降，三大指標(biāo)均在規(guī)范要求內(nèi)，反映出瀝青結(jié)構(gòu)成分得到調(diào)節(jié)，流變性能得到改善，表明再生劑再生效果良好。

1.5 再生瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)

根據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 5521—2019）和《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）中相應(yīng)設(shè)計(jì)方法和技術(shù)要求進(jìn)行再生混合料級(jí)配設(shè)計(jì)。

廢舊瀝青混合料具有表面不平整、黏附的老化瀝青較多、回收料的級(jí)配不均勻的特點(diǎn)，再加上再生劑的使用，使其結(jié)構(gòu)形式更加復(fù)雜。因此，在RAP再生過(guò)程中，再生瀝青混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)對(duì)再生性能影響極大。通過(guò)增加級(jí)配中粗集料的用量使混合料中的粗集料形成穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)，使合成級(jí)配曲線的調(diào)整再生瀝青混合料級(jí)配要求，優(yōu)良的集料級(jí)配可以使瀝青混合料各組分的位置分布和相互作用更加合理，達(dá)到提高瀝青混合料路用性能的效果。

再生劑A摻量為RAP中殘留瀝青含量的10%。設(shè)計(jì)RAP摻量分別為30%、35%、40%和45%的AC-20型瀝青混合料，合成的級(jí)配曲線如圖2～圖5所示：

圖2 RAP—30%合成級(jí)配曲線圖

圖3 RAP—35%合成級(jí)配曲線圖

圖4 RAP—40%合成級(jí)配曲線圖

圖5 RAP—45%合成級(jí)配曲線圖

采用馬歇爾擊實(shí)法確定不同RAP摻量下的最佳油石比，再生根據(jù)相關(guān)規(guī)范中的算法計(jì)算出最佳油石比，最終根據(jù)實(shí)際情況，選擇最合適的油石比。

2 結(jié)果與分析

探究不同RAP摻量對(duì)再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性、高溫性能、低溫抗裂性能的影響。

2.1 水穩(wěn)定性能

分別制備RAP摻量為30%、35%、40%和45%的再生混合料馬歇爾試件，探究其穩(wěn)定度和水穩(wěn)定性。結(jié)果如表5：

表5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總表

由表5可知，五種混合料的穩(wěn)定度均符合相關(guān)規(guī)范要求。同摻量下，摻加再生劑A的再生混合料性能較優(yōu)，殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比分別提高了4.58%和5.52%。隨著RAP摻量增加，再生瀝青混合料殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度逐漸降低，RAP摻量為45%時(shí)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)均低于規(guī)范要求。

2.2 高溫性能

通過(guò)瀝青混合料車轍試驗(yàn)，探究RAP摻量為30%、35%、40%和45%的再生瀝青混合料高溫性能，結(jié)果如表6所示：

表6 高溫性能數(shù)據(jù)匯總表

由表6可知，五種混合料的動(dòng)穩(wěn)定度均符合規(guī)范要求。隨著RAP摻量增加，再生瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定次數(shù)增大，當(dāng)RAP摻量為45%時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度顯著提升。

RAP摻量增加，即混合料中老化瀝青含量增多，造成軟化點(diǎn)升高，黏度和硬度分別增大，所以高溫性能提升。

2.3 低溫抗裂性能

通過(guò)瀝青混合料小梁彎曲試驗(yàn)，探究RAP摻量為30%、35%、40%和45%的再生瀝青混合料低溫抗裂性能，結(jié)果如表7所示：

表7 低溫抗裂性能數(shù)據(jù)匯總表

由表7可知，不摻加再生劑的低溫破壞應(yīng)變遠(yuǎn)小于規(guī)范要求；隨著RAP摻量增加，再生瀝青混合料的低溫破壞應(yīng)變降低，當(dāng)RAP摻量為45%時(shí)，低溫破壞應(yīng)變顯著下降，低于規(guī)范要求。

RAP摻量增加，即混合料中老化瀝青含量增多，老化瀝青油分降低，瀝青質(zhì)含量高，脆而易斷裂，所以再生瀝青混合料低溫性能隨RAP的增加而降低。

3 結(jié)論

利用廠拌熱再生的方式對(duì)RAP進(jìn)行再生過(guò)程中，再生混合料配合比設(shè)計(jì)、加料順序、拌和溫度及拌和時(shí)間等因素對(duì)再生性能的影響至關(guān)重要。本文針對(duì)上述關(guān)鍵因素設(shè)計(jì)出合理的試驗(yàn)方案，通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果得出以下結(jié)論：

（1）本次研究，摻加RTM-HR1型再生劑情況下，RAP摻加量為35%時(shí)，穩(wěn)定度為17.79kN，殘留穩(wěn)定度為90.68%，凍融劈裂強(qiáng)度比為88.12%，動(dòng)穩(wěn)定度為1 784次/mm，低溫破壞應(yīng)變?yōu)? 019με，上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)均符合相關(guān)規(guī)范要求。

（2）RTM-HR1型再生劑可恢復(fù)老化瀝青的部分路用性能，具有良好的再生性。

（3）老化基質(zhì)瀝青經(jīng)再生后，高溫抗車轍性能和穩(wěn)定度得到適當(dāng)提升，流變性能變差，低溫性出現(xiàn)明顯下降，且摻量越大，影響越顯著。因此，設(shè)計(jì)RAP摻量及再生劑用量時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注對(duì)再生瀝青混合料低溫性能的評(píng)價(jià)。