王 淼,岳亞軍 ,劉永光,嚴(yán)攀登 ,魏紅強
(1.亳州機場開發(fā)投資有限責(zé)任公司,安徽 亳州 236800;2.中機空港(北京)建設(shè)有限公司,北京 100001)
就地?zé)嵩偕菫r青路面再生利用的一種重要方式,其施工不需要銑刨,通過加熱、耙松、添加再生劑以及視情況添加少部分新料,在治愈路面病害的同時,還可實現(xiàn)路面材料100%循環(huán)利用[1-2],得到了道路專家學(xué)者的廣泛關(guān)注。
原本就地?zé)嵩偕鷳{借其循環(huán)鏈最短、施工效率高、質(zhì)量優(yōu)異、綠色環(huán)保等優(yōu)勢,在國內(nèi)應(yīng)當(dāng)具有廣闊的發(fā)展前景,但是其實際應(yīng)用率卻遠(yuǎn)低于預(yù)期,主要原因之一在于傳統(tǒng)石化油基再生劑價格昂貴且性能不穩(wěn)定[3]。隨著近年來的研究探索,植物油基再生劑逐漸得到開發(fā)與應(yīng)用[4],目前已有的研究成果使道路領(lǐng)域工作者對再生劑有了初步的認(rèn)識,但不同種類的再生劑對老化瀝青的還原效果不盡相同,如何針對瀝青路面不同病害情況選擇合理的再生劑則成為了關(guān)鍵?;诖?,本文采用植物油基與石化油基兩種再生劑對就地?zé)嵩偕鸀r青混合料的力學(xué)性能進行對比研究,通過瀝青針入度、延度以及軟化點試驗確定再生劑最佳摻量,并在此基礎(chǔ)上采用車轍試驗、彎曲破壞試驗、凍融劈裂試驗及動態(tài)模量試驗分別評價再生瀝青混合料的力學(xué)性能,以期為就地?zé)嵩偕耐茝V應(yīng)用提供借鑒與參考。
從某高速公路維修養(yǎng)護路段上面層熱耙松回收料中抽提老化瀝青,并對其相關(guān)技術(shù)指標(biāo)進行檢測,結(jié)果如表1所示。
表1 RAP技術(shù)指標(biāo)
就地?zé)嵩偕蠷AP的含量較高,通常需要添加再生劑以軟化調(diào)和RAP中的老化瀝青,該研究用植物油基與石化油基兩種再生劑技術(shù)指標(biāo)列于表2。
表2 再生劑技術(shù)指標(biāo)
該研究中新加瀝青為SBS改性瀝青,其技術(shù)指標(biāo)列于表3。
表3 SBS改性瀝青技術(shù)指標(biāo)
在瀝青混合料回收料(RAP)抽提得到的老化瀝青中分別加入植物油基與石化油基再生劑,并對比分析兩種再生劑在摻量為 8%、10%、12%、14%下瀝青25℃針入度、10℃延度及軟化點,研究再生劑種類及含量對老化瀝青的影響。
2.2.1 配合比設(shè)計
瀝青路面在長期運營及就地?zé)岚宜傻倪^程中不可避免地造成集料級配細(xì)化,因而再生瀝青混合料需添加新集料對級配進行優(yōu)化,該研究用就地?zé)嵩偕旌狭虾铣杉壟錇?0%RAP+10%新料,其各篩孔通過率如表4所示。就地再生瀝青混合料配合比設(shè)計中瀝青膠結(jié)量總量包含舊瀝青混合料部分、再生劑部分以及新加瀝青部分,該研究以總油石比4.6%、4.9%、5.2%、5.5%、5.8%進行馬歇爾試驗確定其最佳摻量,并通過路用性能試驗進行驗證。
表4 就地?zé)嵩偕旌狭显O(shè)計級配
2.2.2 力學(xué)性能試驗
以最佳再生劑摻量、最佳油石比成型兩種就地?zé)嵩偕旌狭显嚰?,以原瀝青路面混合料為參照,采用車轍試驗、低溫彎曲試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗及動態(tài)模量試驗來分別評價兩種再生瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性及動態(tài)力學(xué)特性。
不同再生劑摻量下瀝青三大指標(biāo)結(jié)果如圖1所示,從圖中可以看到,隨著再生劑摻量的增加,瀝青的針入度、延度升高,軟化點下降,這是因為再生劑作為輕質(zhì)油分調(diào)整了瀝青四組分比例,降低了瀝青黏度從而改善其流變特性。在相同再生劑摻量下,植物油基再生瀝青針入度、延度高于石化油基再生瀝青而軟化點較低,這從側(cè)面反映出植物油基再生劑在恢復(fù)瀝青低溫抗裂性方面更具優(yōu)勢。當(dāng)再生劑摻量達到14%時,兩種再生瀝青三大指標(biāo)均能滿足70號道路石油瀝青技術(shù)指標(biāo)要求,綜合考慮再生劑經(jīng)濟性與功能性,建議兩種再生劑的最佳摻量為14%,并進行下述瀝青混合料力學(xué)性能研究。
圖1 再生瀝青三大指標(biāo)試驗結(jié)果
3.2.1 高溫穩(wěn)定性
從圖2可以看出,3種瀝青混合料動穩(wěn)定度大小依次為:原路面>石化油基>植物油基,這是由于再生劑補充了瀝青老化過程中丟失的芳香分,瀝青輕質(zhì)油分增加而瀝青質(zhì)比例降低,瀝青抗變形能力出現(xiàn)一定削弱。植物油基再生混合料動穩(wěn)定度約為石化油基的85%,但依然達到13 000次/mm以上,完全滿足重載交通路面的抗車轍需求。
圖2 再生混合料車轍試驗結(jié)果
3.2.2 低溫抗裂性
根據(jù)目前研究進展,低溫開裂依然是就地?zé)嵩偕趯嶋H應(yīng)用過程中面臨的重要問題之一[5]。圖3顯示了3種瀝青混合料的彎曲破壞試驗結(jié)果,從中可以看出原路面的低溫彎拉應(yīng)變已不滿足規(guī)范要求。加入再生劑后,瀝青混合料最大彎拉應(yīng)變得到顯著提高。同時可以觀察到,植物油基再生混合料最大彎拉應(yīng)變比石化油基高出約21%左右,這與再生瀝青的延度試驗相吻合,再次表明植物油基再生劑對于恢復(fù)老化瀝青的低溫抗裂性優(yōu)勢突出。
圖3 再生混合料彎曲破壞試驗結(jié)果
3.2.3 水穩(wěn)定性
瀝青老化致使瀝青變硬變脆,削弱瀝青與集料的黏附性,進一步加劇瀝青混合料對水分侵入的敏感性,因而抗水損壞能力也是就地?zé)嵩偕鸀r青混合料需重點關(guān)注的性能。圖4顯示了3種瀝青混合料的浸水馬歇爾試驗及凍融劈裂試驗結(jié)果,從中可以看到,原路面瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂強度比最差,而植物油基與石化油基再生瀝青混合料基本相同,且均達到90%以上,再生劑的摻入使得瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂強度均有10%左右的提升。
圖4 再生混合料水穩(wěn)定性試驗結(jié)果
3.2.4 動態(tài)特性
瀝青路面實際處于動態(tài)荷載作用下,因而其力學(xué)表現(xiàn)必然受到加載頻率的影響,我國路面設(shè)計規(guī)范采用20℃、10 Hz條件下的動態(tài)模量作為路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中的力學(xué)參數(shù)取值[6]。該研究在5℃、20℃、50℃及10 Hz試驗條件下進行動態(tài)模量試驗以反映其在低、中、高溫范圍內(nèi)動態(tài)力學(xué)特性,結(jié)果如圖5所示??梢钥吹剑S著溫度升高,3種瀝青混合料的動態(tài)模量減小;在相同溫度下,3種瀝青混合料模量的大小為:原路面>石化油基>植物油基。在低溫時,植物油基再生混合料動態(tài)模量較低,這對于瀝青路面低溫抗開裂性能是有利的;在20℃、10 Hz標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計條件下,植物油基、石化油基再生混合料的動態(tài)模量分別為8 002 MPa、8 215 MPa,與我國路面設(shè)計規(guī)范中SMA類瀝青混合料動態(tài)模量相當(dāng);隨著溫度升高,兩種再生瀝青混合料動態(tài)模量逐漸接近,意味著植物油基再生混合料溫度敏感性要優(yōu)于石化油基再生混合料。
圖5 再生混合料動態(tài)模量試驗結(jié)果
a)隨著再生劑摻量的增加,瀝青的針入度、延度升高,軟化點下降;在相同摻量下,植物油基再生瀝青針入度、延度高于石化油基再生瀝青,綜合考慮經(jīng)濟性與功能性要求,推薦該植物油再生劑的最佳摻量為老化瀝青的14%.
b)植物油基再生混合料的高溫動穩(wěn)定度約為石化油基再生混合料的85%,而低溫最大彎拉應(yīng)變高出其21%,殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂強度比兩者均達到90%以上,在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計條件下動態(tài)模量與SMA類瀝青混合料相當(dāng),綜合力學(xué)性能優(yōu)秀。