再生瀝青混合料的混合效率研究

李汝陽 朱旭東

（河南省中原路橋建設（集團）有限公司 南陽 河南473000）

1 引言

隨著再生瀝青混合料（RAP）越來越多地應用于瀝青路面施工，新舊瀝青混合效率問題一直被道路研究者所關注。一般來說，經(jīng)歷過服役期的瀝青路面在車輛荷載和外界環(huán)境的反復作用下，結(jié)合料不同程度地被氧化，稠度變大。然而，當將舊結(jié)合料應用于新路面結(jié)構(gòu)時，人們一般假定新舊瀝青是完全混合的，這個假定對瀝青路面的長期服務性能起著至關重要的作用。如果稠度很大的舊瀝青沒有與新瀝青均勻地混合在一起，再生瀝青路面結(jié)構(gòu)性能將得不到保證。

很多道路研究者針對再生瀝青混合料的研究做了大量工作，自2000年以來，國內(nèi)開始對瀝青路面結(jié)合料的老化行為和再生機理進行系統(tǒng)深入的研究，并結(jié)合地區(qū)情況加以應用。但與發(fā)達國家相比，我國的瀝青路面再生技術還處于起步階段，缺乏必要的理論指導，混合料的性能評價也有待深入研究。交通部于2008年發(fā)布了《瀝青路面再生應用技術規(guī)范》（JTGF41-2008），對指導我國瀝青路面再生技術的應用和推廣具有積極的推動作用[1]。為了有效回收利用翻修產(chǎn)生的瀝青廢料，需開展廢舊瀝青材料與新瀝青的混合效率研究，該研究具有顯著的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。一般來講，瀝青路面在車輛荷載和外界環(huán)境的反復作用下，RAP材料中瀝青經(jīng)過長期老化而變硬變脆[2]。然而，當舊結(jié)合料應用于新路面結(jié)構(gòu)時，人們一般假定新舊瀝青是完全混合的，這個假定對瀝青路面的長期服務性能有較大影響[3]。如果稠度很大的舊瀝青沒有與新瀝青均勻地混合在一起，再生瀝青路面結(jié)構(gòu)性能將得不到保證。研究新舊瀝青混合效率而恰當?shù)卦O計路面結(jié)構(gòu)，服務整個道路使用壽命是一項很重要的工作。黃寶山和Bowers等人為了評價新舊瀝青混合效率采用了DSR和有限元分析等方法[4]，中國對RAP材料的研究開展較晚，目前還沒有一個成熟的應用指導意見。

筆者主要對新舊瀝青的混合效率進行細致的研究，并對不同的研究結(jié)果對比分析，包括施工拌合工藝、研究方法對新舊瀝青混合效率的影響，得出目前研究新舊瀝青混合效率的方法對于恰當設計路面結(jié)構(gòu)而服務整個道路使用壽命是很重要的。另外，從保護環(huán)境、節(jié)約能源和經(jīng)濟的角度考慮，舊瀝青與溫拌劑結(jié)合使用是非常有必要的。

2 材料選擇與試驗方法

2.1 材料選擇

PG 64-22新瀝青、新集料、回收瀝青混合料?；厥樟蠎谕残屋仚C中處理2min后對其標準篩分，收集僅落在2.38mm孔徑上的細料，保證集料沒有灰塵、團聚現(xiàn)象；新集料為石灰?guī)r，也對其進行標準篩分，收集落在12.7mm孔徑上的粗集料；經(jīng)處理后的回收料對其抽提，測得瀝青含量為3.26%。拌合試驗要求混合料的瀝青含量為3%，65%的回收料，35%新集料，加入新瀝青的量是集料重量的0.91%，新瀝青摻量由室內(nèi)試驗得到。溫拌劑分為表面活性類和蠟類2種，其摻量分別為瀝青總量的0.42%和1.5%，根據(jù)不同的拌合工況將相應溫拌劑加入熱瀝青中攪拌均勻。

2.2 拌合試驗

新瀝青和新集料加熱拌合，為了確保新瀝青很好地裹覆到新集料上，待拌合1min后，再加入回收料一起拌合至試驗設定時間，試驗工況見表1。拌合完成后把粗料與細料分離，按照AASHTOA T164的標準方法用正溴丙烷作溶劑分別對粗、細料做溶液抽提，回收瀝青。

表1 拌合試驗工況

2.3 DSR試驗

回收的瀝青做DSR和頻率掃描試驗，溫度為10℃，25℃和40℃，頻率為0.01、0.1、1、10、20和25HZ，歷時8s，最終生成25℃下的DSR主曲線。

2.4 GPC方法

凝膠滲透色譜法（簡稱GPC法），是用來測定高聚合物相對分子質(zhì)量及其分布的快速而可靠的方法，可以評價瀝青結(jié)合料特性。依據(jù)以往研究，混合效率定義為粗集料里大分子含量與細集料里大分子含量的比值，其表達式為：

3 結(jié)果分析

3.1 拌合時間影響分析

復數(shù)模量隨拌合時間變化的主曲線如圖1所示，粗集料里回收的瀝青流變特性較好且拌合時間在30s、60s、105s時沒有明顯差別，細集里回收的瀝青流變性較差，這種情況下可以判斷從粗集料中回收的瀝青沒有混合舊瀝青。但是當拌合時間增加到150s時，在較低的拌合頻率下復數(shù)模量明顯增大，這表明從粗集料中提取出了舊瀝青。

圖1 不同頻率下復數(shù)模量隨拌合時間的變化曲線

由圖2中的數(shù)據(jù)得出：拌合溫度為60℃，拌合時間從30s增加到150s的工況下，混合效率大約從55%增加到將近80%。將拌合時間（分別30s、60s、105s、150s）與混合效率線性回歸，得出擬合方程：混合效率%=0.1591x拌合時間+49.73。

假定整個拌合時間內(nèi)，混合效率與拌合時間呈直線變化，由回歸方程知，混合效率達到100%所需要的拌合時間約為5min，在實際工程中是不現(xiàn)實的。但是在室內(nèi)嘗試著做了拌合時間為5nim的情況，得出了一個重要結(jié)論：拌合時間從150s增加到300s，混合效率僅僅從77%增加到78%，通過增加拌合時間來提高混合效率是幾乎沒有意義的。而且拌合時間超過150s后，拌合時間與混合效率不成線性關系，出現(xiàn)這種結(jié)果很可能是拌合時間過長，混合料溫度下降所致，也可能是持續(xù)提高拌合溫度混合效率不會繼續(xù)提高。當然，300s的拌合時間應用于施工現(xiàn)場是不實際的。

3.2 拌合溫度影響分析

混合效率隨拌合溫度的變化如圖3所示，細集料的舊瀝青大分子量百分率沒有明顯增加，可能是由于粗集料上的瀝青正在接收RAP中舊瀝青分子；也可能是由于新的熱集料與新熱瀝青可以促進舊瀝青溶解，并且新舊瀝青進一步相互擴散；還有可能是溫度增高，新瀝青被氧化而變硬，同時舊瀝青的穩(wěn)定性也有利于一部分新瀝青被氧化。但是必須考慮到溫度升高對混合效率的潛在影響，這一部分的研究仍在繼續(xù)。

圖3 拌合時間為105s時不同拌合溫度下的混合效率變化規(guī)律

3.3 溫拌劑影響分析

分別對2種溫拌劑的使用效果進行了評價，對比分析得出兩者都有利于新舊瀝青混合，但是具體表現(xiàn)有差異，添加表面活性類與其它2種方法相比更有利于提高混合效率。這表明：表面活性類溫拌劑確實有助于新舊瀝青混合，蠟類溫拌劑似乎可以改善混合料的工作性，粗集料與新瀝青拌均勻后更容易裹覆RAP材料。在拌合時間更長、溫度更高的條件下，進一步研究蠟類與表面面活性類溫拌劑的作用時發(fā)現(xiàn)：蠟類溫拌劑也提高了RAP的摻合能力。

4 結(jié)論

為了評價拌合時間、拌合溫度與溫拌劑對新舊瀝青混合效率的影響，用大量新集料，PG 64-22新瀝青、回收料中的細料作為拌合原材料。對9種工況下的混合料進行拌合試驗，拌合后將裹覆有瀝青的粗細集料分開并分別抽提，回收瀝青，采用DSR和GPC試驗方法，研究瀝青的流變特性和分子量分布，得出以下結(jié)論：

4.1在一定的拌合條件下，新舊瀝青混合效率能達到80%以上。

4.2拌合時間增加，新舊瀝青混合裹覆到新集料上。

4.3拌合時間超過2.5min，即使拌合時間與混合效率呈線性關系，對提高混合效率的作用也很有限。

4.4拌合溫度對混合效率有顯著影響，拌合溫度從130℃上升到180℃，混合效率從59%增加到70%。

4.5拌合溫度超過180℃時，回收料里的大分子含量沒有明顯增加。

4.6表面活性類溫拌劑對提升新舊瀝青混合效率有顯著影響，摻加溫拌劑拌合條件在130℃、105s混合料達到76%，等同于不摻溫拌劑拌合條件在160℃、150s的情況。

［1］鄭南翔，侯月琴，紀小平.老化瀝青再生性能的預估分析［J］.長安大學學報（自然科學版），2009，29（3）:6-10.

［2］譚憶秋，王佳妮，馮中良，等.瀝青結(jié)合料紫外老化機理［J］.中國公路學報，2008，21（1）:19-24.

［3］Zhao，S.，Huang，B.，Shu，X.，et al..Compara-tive evaluation of warm mix asphalt containing high percentages ofreclaimed asphalt pavement［J］.Constr.Build.Mater.，2013，44，92-100.

［4］Benjamin F.Bowers，Jason Moore，Baoshan Huang etal..Blending efficiency of Reclaimed Asphalt Pavement:An approach utilizing rheological properties and molecular weight distributions［J］.Fuel，2014，135:63-68.