Evotherm溫拌再生瀝青混合料路用性能研究

李佳坤，孔令云，陳先勇，郭天彪，郭 鵬，劉振秋

(1.重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院重慶400074;2.重慶重交再生資源開發(fā)有限公司重慶400060)

目前我國公路建設(shè)事業(yè)已進(jìn)入管養(yǎng)并重的新時(shí)期，國家主要高速路網(wǎng)已經(jīng)基本建成。早期修建的公路已有大量進(jìn)入了大中修期。大中修過程中產(chǎn)生的廢舊料的處理已逐漸成為一個(gè)棘手的問題。一方面廢舊料堆放需要占用大量的土地資源，污染環(huán)境。另一方面廢舊料還有一定的利用價(jià)值，作為廢舊料堆放造成了資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。廢舊料的再生利用成為可持續(xù)發(fā)展的有效途徑［1-2］?，F(xiàn)階段影響瀝青路面熱再生技術(shù)的關(guān)鍵問題是舊料的用量問題，舊料用量除受路用性能的制約外，施工溫度是影響舊料摻量的重要方面。舊料用量過多，將導(dǎo)致最終再生混合料出料溫度的偏低，影響正常的攤鋪、碾壓。現(xiàn)有的技術(shù)中，溫拌技術(shù)可有效的降低施工溫度30℃左右?；跓嵩偕嬖诘闹饕獑栴}(舊料摻量偏低)以及溫拌技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢，筆者展開溫拌技術(shù)在熱再生方面的研究。溫拌劑選擇我國使用較為廣泛的Evotherm，舊料摻量分別為0%，30%，40%，50%，研究主要從瀝青混合料的高溫性能、水穩(wěn)定性能、低溫性能等方面展開。

1 原材料

1.1 溫拌劑

溫拌劑技術(shù)采用美德維實(shí)偉克公司DAT濃縮液溫拌技術(shù)，是美德公司Evotherm溫拌技術(shù)的第二代技術(shù)。DAT濃縮液顏色為褐色或棕色。試驗(yàn)前，將DAT濃縮液與水按照1∶9的比例調(diào)配形成試驗(yàn)用的表面活性水溶液。試驗(yàn)過程中，先加入瀝青，然后在瀝青表面添加溫拌劑，最后加入集料。在拌合過程中，表面活性水溶液在膠結(jié)料和混合料內(nèi)部形成潤滑結(jié)構(gòu)，有助于提高混合料的拌和和易性。表面活性水溶液中的水會部分蒸發(fā)，殘留的水存在于混合料中形成“水微?！?，有利于提高混合料的流動性。碾壓完成后，表面活性成分轉(zhuǎn)移到石料表面，并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵，提高混合料的整體穩(wěn)定性。

1.2 瀝 青

試驗(yàn)用新瀝青為SK 70#基質(zhì)瀝青，試驗(yàn)用舊料取于渝長路，首先將舊料去除2.36 mm以下細(xì)料，然后將舊料分成 3 檔：2.36 ～4.75 mm，4.75 ～9.5 mm，9.5～ 13.2 mm，3 檔舊料本身油石比分別為6.47%，4.26%，2.26%。新、舊瀝青主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 新、舊瀝青主要技術(shù)指標(biāo)匯總Table 1 New and old main technical index of asphalt

從以上數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在新瀝青中加入溫拌劑后，溫拌瀝青的針入度、軟化點(diǎn)、延度、黏度變化并不明顯，這與基于表面活性的溫拌劑機(jī)理有關(guān)，即在瀝青與集料間形成潤滑結(jié)構(gòu)而不改變?yōu)r青的黏度等指標(biāo);舊瀝青老化后針入度變小，瀝青變硬，延度降低，瀝青變脆，軟化點(diǎn)升高，高溫穩(wěn)定性提高，黏度變大。

1.3 集 料

試驗(yàn)用新集料為石灰?guī)r，舊集料為花崗巖，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)見表2。經(jīng)過試驗(yàn)測試，其性能滿足JTG F 40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》［3］要求。舊料抽提后，各檔舊料的級配如圖1。

表2 集料主要技術(shù)指標(biāo)Table 2 Main technical index of aggregate

圖1 舊料抽提后級配曲線Fig.1 Grading curve of the old material after extraction

2 配合比設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)條件及混合料級配

新集料預(yù)熱溫度160℃，舊料預(yù)熱溫度110℃，新瀝青預(yù)熱溫度145℃，拌合溫度145℃，成型溫度135℃。預(yù)熱時(shí)間均為2 h。防止新瀝青老化，加熱時(shí)間不宜過長，加熱溫度不宜高于145℃太多。

采用AC-13型瀝青混合料，混合料級配選擇在中值的基礎(chǔ)上調(diào)整級配，使級配曲線形成倒S曲線，級配曲線詳見圖2。

圖2 AC-13型瀝青混合料級配曲線Fig.2 Gradation curve of AC-13 type asphalt mixture

2.2 熱拌瀝青混合料最佳瀝青用量確定

采用傳統(tǒng)的熱拌方法確定瀝青用量，試驗(yàn)初擬油石比分別為 4.0%，4.5%，5.0%，5.5% 的 4 個(gè)油石比，采用傳統(tǒng)的馬歇爾方法成型試件，測試各油石比瀝青混合料穩(wěn)定度、流值、毛體積相對密度，并計(jì)算孔隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度，試驗(yàn)結(jié)果見表3。參照J(rèn)TG F 40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》［4］中規(guī)定的最佳瀝青用量計(jì)算方法，確定AC-13型瀝青混合料的最佳油石比為4.8%。

表3 馬歇爾試驗(yàn)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)Table 3 Technical index of the Marshall test

3 溫拌瀝青混合料路用性能

試驗(yàn)中，溫拌再生瀝青混合料采用與熱拌瀝青混合料一致的油石比。首先確定各檔舊料的摻配比例。通過舊料的油石比及級配，計(jì)算摻入各檔舊料中所含舊瀝青質(zhì)量及舊集料級配?？偟臑r青質(zhì)量減去舊瀝青質(zhì)量即為所需加入新瀝青質(zhì)量。目標(biāo)級配減去舊集料級配即為所需加入新集料級配。

試驗(yàn)研究了舊料摻量0%，30%，40%，50%的溫拌瀝青混合料及舊料摻量0%的熱瀝青混合料的高溫性能、水穩(wěn)定性能、低溫性能。

3.1 高溫性能

車轍試驗(yàn)評價(jià)是國內(nèi)評價(jià)瀝青混合料高溫性能的常用方法，通過試驗(yàn)測試混合料的動穩(wěn)定度，以此作為評價(jià)指標(biāo)。按照規(guī)范成型長300 mm、寬300 mm、厚50 mm的車轍板，在常溫下放置1 d后，放置于溫度為60℃的恒溫室中保溫5 h，然后置于碾壓實(shí)驗(yàn)臺上開始試驗(yàn)［5］。試驗(yàn)測試了不同舊料摻量下瀝青混合料動穩(wěn)定度，試驗(yàn)結(jié)果見表4、圖3。

表4 溫拌再生瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Rutting test results of warm mix asphalt mixture

圖3 溫拌再生瀝青混合料動穩(wěn)定度相對增加量與舊料摻量關(guān)系Fig.3 Relation figure between old material mixing amount and dynamic stability of warm-recycled asphalt mixture

由表4、圖3可以看出：

1)級配等條件均相同的條件下，溫拌瀝青混合料的動穩(wěn)定度略低于熱拌瀝青混合料的動穩(wěn)定度，根據(jù)已有文獻(xiàn)分析［6-7］，導(dǎo)致該現(xiàn)象的原因主要是熱拌瀝青混合料生產(chǎn)過程中加熱溫度高于溫拌瀝青混合料，其導(dǎo)致的瀝青的老化嚴(yán)重于溫拌過程，從而導(dǎo)致了其動穩(wěn)定度略高;

2)摻加舊料有利于提高溫拌瀝青混合料的動穩(wěn)定度，且動穩(wěn)定度的相對增加量與舊料摻量呈良好的線性關(guān)系;根據(jù)已有資料分析［8］，引起該現(xiàn)象的原因主要是舊料中舊瀝青老化，黏度增加，瀝青變硬，抗高溫性能增強(qiáng)。

3.2 水穩(wěn)定性能

在國內(nèi)，通常采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)評價(jià)瀝青混合料水穩(wěn)定性能，張鎮(zhèn)［9］研究發(fā)現(xiàn)凍融劈裂試驗(yàn)比浸水馬歇爾試驗(yàn)更嚴(yán)格，更能反映水穩(wěn)定性能優(yōu)劣。所以，筆者采用凍融劈裂試驗(yàn)評價(jià)溫拌再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性能。按照規(guī)范采用馬歇爾擊實(shí)方法成型試件，雙面各擊實(shí)50次，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Freeze-thaw splitting test results

由表5可以看出：

1)溫拌劑的加入，對瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度有一定的提高;

2)對本研究中采用的舊瀝青混合料而言，舊料摻量在40%以內(nèi)時(shí)，溫拌再生瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比增加，抗水穩(wěn)定性提高，舊料摻量高于40%時(shí)，溫拌再生瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比減少，抗水穩(wěn)定性減弱，可見，溫拌再生瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度與舊料摻量之間呈現(xiàn)先增加后減小的關(guān)系。

3.3 低溫性能

采用瀝青混合料彎曲試驗(yàn)評價(jià)溫拌瀝青混合料低溫性能，將碾壓成型的車轍板切割成長(250±2)mm、寬(30±2)mm、高(35±2)mm 的棱柱體。試驗(yàn)跨徑為(200±2)mm，溫度為－10℃，加載速率為50 mm/min［9］，試驗(yàn)結(jié)果見表 6。

表6 －10℃瀝青混合料彎曲試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Bend test results of asphalt mixture at－10℃

由表6可以看出：

1)溫拌瀝青混合料的低溫彎拉破壞強(qiáng)度、勁度模量、最大破壞應(yīng)變均與熱拌瀝青混合料的相當(dāng)，可見，溫拌劑的添加，對瀝青混合料的低溫性能影響不顯著;

2)隨著舊料摻加量的增加，溫拌再生瀝青混合料的低溫彎拉強(qiáng)度、勁度模量呈增大的趨勢，而低溫彎拉破壞應(yīng)變則呈顯著減小的趨勢，可見，隨著舊料摻量增加，溫拌再生瀝青混合料低溫性能有下降的趨勢。

4 結(jié)論

1)溫拌劑對瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫性能影響不顯著，但對瀝青混合料的水穩(wěn)定性有一定的正面作用;

2)溫拌再生瀝青混合料中，混合料的高溫性能隨著舊料摻量的增加呈良好的線性增加關(guān)系;混合料的水穩(wěn)定性隨著舊料的摻加呈先增加后減小的趨勢，存在明顯的拐點(diǎn);而混合料的低溫性能，則隨著舊料摻量的增加而顯著的降低。

3)溫拌再生瀝青混合料的高溫性能優(yōu)于溫拌瀝青混合料，但低溫性能不及溫拌瀝青混合料;水穩(wěn)定性能受舊料摻量影響，適當(dāng)摻加舊料有利于提高水穩(wěn)定性能，此時(shí)水穩(wěn)定性能優(yōu)于溫拌瀝青混合料，相反，舊料摻量過多時(shí)水穩(wěn)定性能衰減，導(dǎo)致溫拌再生瀝青混合料水穩(wěn)定性低于溫拌瀝青混合料。

筆者主要就溫拌再生的路用性能進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)研究，對引起上述性能變化的機(jī)理未能作相應(yīng)的研究，在后續(xù)的研究中，可針對引起上述現(xiàn)象的機(jī)理做進(jìn)一步的深入研究，尤其是舊料摻量對溫拌再生瀝青混合料水穩(wěn)定性影響中，拐點(diǎn)出現(xiàn)的機(jī)理的研究。

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