基于試驗(yàn)段的新型溫拌再生瀝青性能評(píng)價(jià)

苗江濤

（新疆交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830006）

0 引言

自從溫拌技術(shù)引進(jìn)中國(guó)以來(lái)，解決了我國(guó)許多高海拔高緯度低溫地區(qū)瀝青路面施工的難題。對(duì)于新疆阿勒泰地區(qū)一級(jí)公路的試驗(yàn)段而言，選用溫拌技術(shù)，既是利用溫拌技術(shù)的低排放，也是利用了其在高海拔地區(qū)的低溫施工適應(yīng)性而進(jìn)行的一次嘗試；另外北疆部分發(fā)達(dá)地區(qū)的公路已經(jīng)進(jìn)入維護(hù)和修補(bǔ)階段，有大量的銑刨料產(chǎn)生，為進(jìn)行循環(huán)利用，針對(duì)試驗(yàn)段采用再生瀝青混合料設(shè)計(jì)，既利用了廢舊料也節(jié)省了成本，另外還達(dá)到了環(huán)保的目的。

本次試驗(yàn)段項(xiàng)目選用了Evotherm LT新型溫拌改性技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)使得溫拌溫度更低，適用的級(jí)配范圍更廣，實(shí)現(xiàn)此技術(shù)的關(guān)鍵在于對(duì)老化后和新舊瀝青混合物進(jìn)行評(píng)價(jià)。舊瀝青混合料集料性能不會(huì)有太大變化。但是對(duì)于回收得到舊料中的瀝青，提取十分不便，即便成功抽提得到了瀝青，性能也產(chǎn)生了較大衰變，這對(duì)于混合料再生后性能影響很大，值得進(jìn)行細(xì)致的研究和分析，以便指導(dǎo)今后的工程實(shí)踐和科學(xué)研究。

1 試驗(yàn)瀝青的性能指標(biāo)

1.1 瀝青的提取

取1kg左右的瀝青混合料，裝入燒杯中，將燒杯中加入三氯乙烯，浸泡混合料30min，然后將混合料及溶液倒入離心分離機(jī)中，將圓環(huán)形濾紙墊在分離器的邊緣上，加蓋緊固，開動(dòng)離心機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸至3000r／min，待瀝青溶液從排出口流出后停機(jī)3～5min，再?gòu)碾x心分離機(jī)的上蓋的孔中加入新的三氯乙烯，繼續(xù)進(jìn)行離心分離，直至從排出口流出的瀝青溶液呈清澈的淡黃色為止。每種混合料重復(fù)進(jìn)行上述試驗(yàn)3次。試驗(yàn)結(jié)束后，每種瀝青混合料可得到大約3500ml三氯乙烯與瀝青的混合液。

將上述試驗(yàn)得到的三氯乙烯與瀝青混合液進(jìn)行蒸餾分離。由于三氯乙烯的沸點(diǎn)只有90℃，而瀝青的沸點(diǎn)高于350℃。在蒸餾過(guò)程中，三氯乙烯先揮發(fā)出去，剩余為瀝青。

1.2 基質(zhì)瀝青性能指標(biāo)

瀝青是結(jié)合料中分量最多的一部分，為了維持成本與保證試驗(yàn)的一般性，并與回收得到的瀝青樣品具有可對(duì)比性，本文試驗(yàn)采用了較為常用的加德士70＃瀝青，其各項(xiàng)指標(biāo)見表1。

表1 加德士70#瀝青各項(xiàng)指標(biāo)

除了上述常規(guī)瀝青指標(biāo)的測(cè)定，本文還對(duì)實(shí)驗(yàn)用瀝青的SHRP指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)定，以期可以全面分析瀝青性能的衰變，進(jìn)而提出可用作再生的舊料標(biāo)準(zhǔn)。

SHRP規(guī)范PG分級(jí)采用彎曲梁流變?cè)囼?yàn)（BBR）來(lái)評(píng)價(jià)結(jié)合料的低溫特性。規(guī)定是采用經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱（RTFOT）老化和壓力老化烘箱（PAV）老化后的瀝青結(jié)合料進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度定為比實(shí)際路面溫度提高10℃，能夠很好地模擬瀝青的性質(zhì)。本文試驗(yàn)用加德士70＃瀝青DSR試驗(yàn)結(jié)果見表2，本文試驗(yàn)用加德士70＃瀝青BBR試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表2 加德士70#瀝青DSR試驗(yàn)結(jié)果

表3 加德士70#瀝青BBR試驗(yàn)結(jié)果

僅從SHRP實(shí)驗(yàn)所得到指標(biāo)來(lái)看，本文試驗(yàn)所用加德士70#瀝青的SHRP分級(jí)為PG 64—12。

1.3 回收瀝青性能指標(biāo)

瀝青路面的老化主要是瀝青的老化，從表4中可以看出回收后的瀝青針入度減小，軟化點(diǎn)增大，延度大幅度降低。這說(shuō)明在取樣路面的瀝青已嚴(yán)重老化，瀝青基本失去了原有的柔韌性和延展性，如不加以處理而繼續(xù)使用勢(shì)必容易發(fā)生路面損壞（注：為保證實(shí)驗(yàn)的可對(duì)比性，本文中舊料在原先鋪筑時(shí)采用的是相同的70#瀝青，道路已投入使用5年）。舊瀝青DSR試驗(yàn)結(jié)果見表5?；厥諡r青BBR試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表4 舊瀝青各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)

表5 舊瀝青DSR試驗(yàn)結(jié)果

表6 回收瀝青BBR試驗(yàn)結(jié)果

2 溫拌再生瀝青研究

2.1 LT添加劑對(duì)瀝青本身的影響

本文采用Evotherm溫拌瀝青技術(shù)，它為直投分散技術(shù)，或稱為添加LT濃縮液溫拌技術(shù)，是美德維實(shí)偉克公司Evotherm溫拌技術(shù)的第三代技術(shù)。由于乳化瀝青的粘度較低，因此其有可能在較低溫度下與石料拌和均勻。目前來(lái)看，其是一種在新疆干冷地區(qū)較為可行并且試用性較好的一種溫拌技術(shù)。

在本文的研究中，將LT溫拌劑加入到基質(zhì)瀝青當(dāng)中，其中基質(zhì)瀝青與LT溫拌劑質(zhì)量比為9∶1?；|(zhì)瀝青與基質(zhì)瀝青＋溫拌劑LT三大指標(biāo)對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 基質(zhì)瀝青添加溫拌劑前后對(duì)比

由表7可以看出，基質(zhì)瀝青加LT溫拌劑的性能與基質(zhì)瀝青幾乎相同。這是由溫拌劑LT本身的性質(zhì)決定的，因?yàn)闇匕鑴㎜T常溫下為水溶液，待加入溫拌劑LT的SBS改性瀝青攪拌均勻后，LT中的水分大部分已經(jīng)揮發(fā)，只留下小部分的活性劑成分，對(duì)瀝青的性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生微量的改變，但影響不大。

鑒于瀝青本身性能在添加LT溫拌劑后變化不大，本文不再進(jìn)行TFOT或是PAV等其他試驗(yàn)，同時(shí)考慮到乳化瀝青溫拌技術(shù)對(duì)瀝青粘度有影響，按不同比例混合的溫拌劑和瀝青，分別測(cè)試不同溫度下的布氏旋轉(zhuǎn)粘度，粘度結(jié)果見圖1。

基質(zhì)瀝青與加溫拌劑LT的基質(zhì)瀝青粘度均隨溫度的升高而逐漸降低，可以發(fā)現(xiàn)，在溫度范圍為110～140℃范圍內(nèi)，相比于普通基質(zhì)瀝青，添加LT的基質(zhì)瀝青的布氏旋轉(zhuǎn)粘度有所下降，但下降的幅度較低；當(dāng)溫度大于150℃時(shí)三種瀝青的粘度接近。從添加LT的基質(zhì)瀝青的制備過(guò)程來(lái)看，因?yàn)闇匕鑴㎜T在常溫下為液體，待加入溫拌劑LT的基質(zhì)瀝青物理發(fā)泡完畢后，LT溫拌劑中水溶液已經(jīng)基本揮發(fā)，只剩余少量表面活性成分，在少水的狀態(tài)下，活性成分無(wú)法形成有效的水膜結(jié)構(gòu)，對(duì)基質(zhì)瀝青的粘度影響不大。

2.2 破乳速度對(duì)瀝青性能的影響

通過(guò)對(duì)基質(zhì)瀝青＋LT溫拌劑的粘溫曲線的研究發(fā)現(xiàn)，瀝青的破乳速度影響著瀝青的性能變化，但破乳速度不能以定量的方式進(jìn)行評(píng)價(jià)。本文采用瀝青指標(biāo)來(lái)觀測(cè)破乳速度。不同老化程度瀝青的性能指標(biāo)見表8。

表8 不同程度老化瀝青的性能指標(biāo)

從表8可以看出，在60s左右，針入度顯示乳化瀝青能完全破乳，使其能夠恢復(fù)到基質(zhì)瀝青的標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 酸堿度對(duì)瀝青性能的影響

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，乳化瀝青中陽(yáng)離子的活性受H＋濃度的影響，經(jīng)過(guò)調(diào)整乳化劑瀝青體系中酸堿平衡。試驗(yàn)通過(guò)鹽酸來(lái)調(diào)節(jié)瀝青乳液的酸堿度，采用pH試紙來(lái)檢測(cè)pH值，溫度為15℃。試驗(yàn)結(jié)果如表9所示。

表9 不同pH值時(shí)的破乳速度試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)表明，堿性環(huán)境會(huì)使破乳速度減慢，要把時(shí)間控制在合理的范圍之內(nèi)，可通過(guò)向?yàn)r青體系中添加適當(dāng)?shù)南?，?lái)減緩破乳以達(dá)到施工可操控的目的。在本次試驗(yàn)段施工溫度在8～16℃之間，綜合考慮適當(dāng)添加消石灰1.7‰，pH值為7.5，以控制破乳溫度在15℃，時(shí)間在80s為最佳。

2.4 適于溫拌再生的回收瀝青研究

為了達(dá)到提高舊料利用率，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化的目標(biāo)，需要對(duì)舊料的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析，找出適合于進(jìn)行溫拌再生的瀝青混合料。本文擬通過(guò)下述試驗(yàn)提供一些控制指標(biāo)，方便選擇適合于進(jìn)行溫拌再生的瀝青混合料。

前文已經(jīng)檢測(cè)得到了實(shí)驗(yàn)用瀝青和從舊料提取得到瀝青的各項(xiàng)指標(biāo)，為了進(jìn)行上面提出的要求，對(duì)從舊料提取得到的瀝青進(jìn)行繼續(xù)老化，得到不同程度老化的瀝青（編號(hào)A、B、C），具體情況見表10。

表10 不同程度老化瀝青的性能指標(biāo)

將回收瀝青、瀝青A、B、C分別與原樣瀝青進(jìn)行溫拌混合（溫拌劑劑量統(tǒng)一為瀝青劑量的10%，新舊瀝青比例為7∶3），然后檢測(cè)混溶后得到瀝青樣本的各項(xiàng)指標(biāo)（樣本標(biāo)號(hào)為D、E、F、G），具體結(jié)果見表11。

表11 混溶后瀝青的性能指標(biāo)

從試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)分析，在各項(xiàng)指標(biāo)里針入度對(duì)于再生后的瀝青要求最為苛刻，為使其得到更大的推廣，以針入度作為控制指標(biāo)。從本文得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，針入度比約為50%時(shí)（70＃瀝青），溫拌再生后得到的瀝青各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求，對(duì)照規(guī)范中對(duì)于道路石油的瀝青的要求，可知該標(biāo)準(zhǔn)適用范圍其實(shí)很廣——對(duì)于大多數(shù)道路回收得到的瀝青混合料均適宜進(jìn)行溫拌再生。

有必要指出，對(duì)于含有瀝青針入度比偏低的舊料，同樣可以進(jìn)行溫拌再生，但是考慮到溫拌再生的經(jīng)濟(jì)性，不如直接進(jìn)行熱拌再生更為合理。當(dāng)然，如果要進(jìn)行準(zhǔn)確的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)需要進(jìn)行大量的混合料實(shí)驗(yàn)，這不在本文的討論范圍之內(nèi)，有興趣者可進(jìn)行深入的分析研究。

3 結(jié)論

3.1 本文首先檢測(cè)了實(shí)驗(yàn)用瀝青以及從舊路回收得到瀝青的各種性能，簡(jiǎn)單比對(duì)了瀝青在實(shí)際路面中的老化狀況。

3.2 驗(yàn)證了瀝青混合料在拌和過(guò)程中舊瀝青與集料、舊瀝青與新瀝青的混溶程度，即一般情況下新舊瀝青是部分混溶的，混溶的程度與集料性質(zhì)、拌和溫度等條件有關(guān)，完全混溶狀態(tài)是比較難以實(shí)現(xiàn)的，適度提高拌合溫度對(duì)于瀝青混溶有較大幫助。

3.3 表面活性劑LT可以使瀝青針入度增加，延度降低，軟化點(diǎn)升高，但是變化的幅度不大，LT還可以使SBS改性瀝青的布氏旋轉(zhuǎn)粘度有所下降，但下降的幅度較低；是因?yàn)闇匕鑴㎜T常溫下為液態(tài)，其降粘效果主要是通過(guò)發(fā)泡來(lái)實(shí)現(xiàn)的，隨著LT中水分的蒸發(fā)，LT對(duì)瀝青的潤(rùn)滑效果已經(jīng)不明顯，所以不論是從三大指標(biāo)還是布氏粘度，添加LT溫拌劑的瀝青相比于未添加的瀝青其性能指標(biāo)變化幅度都不大。

3.4 破乳速度是影響施工速度的關(guān)鍵，通過(guò)檢測(cè)針入度、軟化點(diǎn)和布氏粘度來(lái)確定破乳時(shí)間，根據(jù)施工時(shí)阿勒泰地區(qū)平均氣溫，調(diào)節(jié)酸堿度pH值確定在7.5，破乳速度最佳。

3.5 分析檢驗(yàn)了溫拌再生后瀝青的性能指標(biāo)，提出以舊瀝青針入度作為控制指標(biāo)來(lái)確定是否適合進(jìn)行溫拌再生，并指出溫拌再生的適用性很廣，對(duì)于大多數(shù)舊路均適宜。

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