新舊混融瀝青中再生劑與溫拌劑的相互作用

陳銳浩，呂建兵，謝曉冬，李梓焜

(廣東工業(yè)大學土木與交通工程學院，廣州 510006)

0 概述

我國在上世紀八、九十年代開始修建了大規(guī)模的瀝青道路?，F(xiàn)如今三十幾年過去了，這些瀝青道路相繼到達了壽命期限，各省高速公路與國省道開始進行大修、中修及改擴建工程。如此一來便會產(chǎn)生大量的廢舊瀝青路面材料(RAP)。如何更好地利用這些材料引發(fā)了國內外眾多學者進行了再生瀝青路面技術的研究，并相繼取得了一系列的成果和實際工程應用經(jīng)驗。目前熱再生技術已經(jīng)愈發(fā)成熟，但由于其在拌和過程中需要進行高溫加熱，并伴隨大量有毒氣體的排放，不僅會造成大量能源消耗而且也會對周圍環(huán)境進行污染[1-2]。因此隨著我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推進以及對環(huán)保理念的不斷加深，更環(huán)保的溫拌再生技術逐漸步入研究展開階段。

再生技術就是通過采用摻入再生劑的方式，來達到恢復老化瀝青的性能的目的。很多文獻均以再生劑對老化瀝青性能影響進行了研究[3-6]。溫拌再生技術就是在原有再生技術的基礎上引入了溫拌劑，使得混合料得以在更低的溫度下進行拌和以及攤鋪，這也有效地避免老化瀝青在高溫施工下發(fā)生二次老化作用[7-8]。另外，更低的施工溫度使得路面鋪筑過程中可以消耗更少的能量，而且也有研究表明，這一過程中有害氣體排行大幅下降[9]。

目前，國內對于溫拌再生技術多以評價溫拌劑性能或是溫拌再生混合料的路用性能的角度進行研究。柳捷[10]用加德士70#瀝青進行老化實驗后發(fā)現(xiàn)，瀝青的針入度和延度大幅下降，軟化點和動力黏度有所增加；接著通過添加15%(質量比)的DAT溫拌劑之后發(fā)現(xiàn)新舊瀝青比為5:1的混合瀝青指標明顯地改善，黏度大幅下降。陳靜云[11]采用降黏型和表面活性型兩種溫拌劑，對不同老化瀝青摻量下(30%、40%、50%、60%和70%)的兩種溫拌再生瀝青進行了旋轉黏度試驗、動態(tài)剪切流變試驗和彎曲梁流變試驗，結果表明隨老化瀝青摻量的增加，瀝青的旋轉黏度、車轍因子及疲勞因子升高，低溫蠕變速率下降；降黏型溫拌再生瀝青 A 與普通再生瀝青相比，黏度下降 20% ～ 30%，高溫性能和抗車轍能力降低，其抗疲勞性能和低溫性能均有不同程度的提高；表面活性型溫拌再生瀝青 B 與普通再生瀝青相比，其黏度、高溫性能和抗車轍能力基本不變，抗疲勞性能和低溫性能略有提高。婁禹嵐[12]使用殼牌生產(chǎn)的Thiopave顆粒溫拌劑研究了不同溫拌劑摻量下再生瀝青混合料的路用性能，結果表明改性劑摻量的增加能夠提高溫拌再生瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和抗老化性能。但隨著 Thiopave 摻量的增加，溫拌再生瀝青混合料的低溫性能、水穩(wěn)定性能和抗疲勞性能都有逐漸下降的趨勢。以上研究多從溫拌劑性能評價以及溫拌再生混合料路用性能方面進行研究，并沒有涉及到再生劑與溫拌劑的單獨作用和協(xié)同作用下的相互影響，即從溫拌劑與再生劑的配伍性角度來進行研究。本文將從這一角度進行研究，采用瀝青三大指標和135℃的運動黏度，研究探討新舊混融瀝青中再生劑與溫拌劑這兩種摻加劑間相互的影響關系。

1 試驗材料及試驗方案

1.1 試驗材料

本文采用的新瀝青是改性瀝青I-D，舊瀝青是通過從回收的RAP材料中利用全自動瀝青抽提儀抽提得到抽提液，再將抽提液進行阿布森法實驗去除三氯乙烯得到的。回收的舊瀝青與改性瀝青的性能見表1和表2。再生劑采用上海范威森倍克的FBK型再生劑，溫拌劑選用英杰維特公司的益路 3G溫拌劑。

表1 RAP中瀝青性質

表2 改性瀝青性質

1.2 試驗方案

首先采用舊瀝青與新瀝青按質量比2:8和3:7這兩種比例進行混合，得到兩種混融瀝青。例如在20%舊瀝青摻量的混融瀝青中，舊瀝青:新瀝青=20:80。并采用高速剪切機對兩種瀝青進行混合操作，以保證舊瀝青和新瀝青混融。接著按照規(guī)范JTG E20-2011[13]，進行瀝青針入度、5℃延度、25℃軟化點以及135℃的旋轉黏度試驗，研究混融瀝青在FBK型再生劑、益路 3G溫拌劑單獨作用下與協(xié)同作用下瀝青性能指標的變化。其中研究單獨作用時，溫拌劑的摻量按照相對于舊瀝青質量的0‰、3‰、6‰和9‰進行摻入，再生劑的摻量按照相對于舊瀝青質量的0%、3%、5%和7%進行添加。研究協(xié)同作用時再生劑統(tǒng)一采用5%的摻量加入混融瀝青中，研究不同摻量下(0‰、0.3%、0.6%和0.9%)的益路3G溫拌劑對其的影響。

2 瀝青性能試驗

2.1 針入度

本文采用標準瀝青針入度試驗，參照規(guī)范[13]T 0604-2011中的方法進行試驗，試驗結果如圖1～圖3所示。

圖1 再生劑單獨作用下混融瀝青的針入度變化

圖2 溫拌劑單獨作用下混融瀝青的針入度變化

圖3 再生劑與不同摻量溫拌劑協(xié)同作用下混融瀝青的針入度變化

由圖1可以看到，當FBK再生劑單獨作用于兩種不同舊瀝青比例的混融瀝青時，針入度的變化趨勢相同，均隨著再生劑摻量的增加而升高。但含30%舊瀝青的混融瀝青針入度增長得更快，每增加2%再生劑后，針入度的平均增長率達到14.8%，而另一種混融瀝青的針入度平均增長率僅有7.3%左右。另外也可以看到當再生劑摻量達到7%時，兩種混融瀝青的針入度接近甚至高于新瀝青。由圖2可以看到，在3G溫拌劑單獨作用下，混融瀝青的針入度變化不大，表明溫拌劑對混融瀝青的針入度影響不大。由圖3所示，在5%再生劑與不同摻量溫拌劑作用下，卻呈現(xiàn)兩種變化趨勢，含20%舊瀝青的混融瀝青隨溫拌劑的增加，針入度逐漸下降；而含30%舊瀝青的混融瀝青隨溫拌劑的增加，針入度逐漸上升。這可能是由于5%再生劑作用于20%舊瀝青后還有剩余，在溫拌劑加入后與多余的再生劑直接作用導致了瀝青針入度下降。

2.2 軟化點

本文采用環(huán)球法進行瀝青軟化點試驗，具體試驗操作參照規(guī)范[13]T 0606-2011，試驗結果如圖4～圖6所示。

由圖4可以看到，再生劑對混融瀝青軟化點的影響趨勢大體一致，加入再生劑會使混融瀝青的軟化點降低。另外由圖4兩條曲線變化的幅度來看，含30%舊瀝青的混融瀝青在再生劑的作用下，軟化點下降幅度較為明顯，因此舊瀝青摻量的多少也會影響再生劑對于舊瀝青的作用。而在3%的再生劑摻量以上時，兩種混融瀝青的軟化點變化幅度都不大，最大只有2.9℃的變化。圖5也表明了溫拌劑單獨作用下，會使混融瀝青的軟化點下降。不同的是，在含30%舊瀝請的混融瀝青中加入0.9%的溫拌劑后，會使軟化點升高，甚至高于基準瀝青1.3℃，原因可能是過量的溫拌劑可以令混融瀝青軟化點升高。圖6表明在5%再生劑與不同摻量的溫拌劑協(xié)同作用時，兩個混融瀝青也表現(xiàn)出了不同的變化規(guī)律。含20%舊瀝青的混融瀝青的軟化點隨溫拌劑增加先下降后升高，不過最終相對于基準瀝青軟化點還是降低了。而含30%舊瀝青的混融瀝青的軟化點隨溫拌劑摻量的增加卻有明顯升高，并且在溫拌劑摻量為0.6%時，配合5%的再生劑可以使軟化點達到70.7℃。

圖4 再生劑單獨作用下混融瀝青的軟化點變化

圖5 溫拌劑單獨作用下混融瀝青的軟化點變化

圖6 再生劑與不同摻量溫拌劑協(xié)同作用下混融瀝青的軟化點變化

2.3 延度

本文采用的延度試驗的試驗溫度為5℃，拉伸速度為5cm/min ±0.25cm/min，具體試驗操作參照T 0605-2011，試驗結果如圖7～圖9所示。

圖7 再生劑單獨作用下混融瀝青的延度變化

圖8 溫拌劑單獨作用下的混融瀝青的延度變化

圖9 再生劑與不同摻量溫拌劑協(xié)同作用下混融瀝青的延度變化

再生劑單獨作用下混融瀝青的延度變化如圖7所示，可以明顯地看到，在再生劑作用下，兩種混融瀝青的延度變化規(guī)律高度一致，延度均隨著再生劑摻量的增加而提高。從圖8可以看到，含20%舊瀝青的混融瀝青在溫拌劑單獨作用下延度下降幅度的降低，當溫拌劑摻量為0.9%時，相對于基準瀝青延度下降百分比為23.8%。而含30%舊瀝青的混融瀝青在溫拌劑作用下延度的變化規(guī)律則是略有下降，但隨溫拌劑摻量增加，延度變化不明顯。圖9所示的曲線表明，在含20%舊瀝青的混融瀝青中，溫拌劑對混融瀝青的延度作用較為明顯，變化趨勢和規(guī)律也與其在溫拌劑下所表現(xiàn)的相對一致；而含30%舊瀝青的混融瀝青中則是再生劑對瀝青延度的影響較為明顯，并且可以看到5%再生劑與0.6%溫拌劑協(xié)同作用下混融瀝青的延度達到最高，相比基準瀝青提高22.8%。由此也可以推斷，在小比例舊瀝青的混融瀝青中，再生劑不好與舊瀝青發(fā)生作用，而在舊瀝青較高比例時，再生劑能更明顯地起作用。

2.4 135℃旋轉黏度

本文采用布洛克菲爾德黏度計，在135℃的條件下，對混融瀝青進行試驗，具體的試驗操作參照T 0625-2011。試驗結果如圖10～圖12所示。

可以看到，在圖10和圖11中，兩種混融瀝青不管是單獨加入再生劑或是單獨加入溫拌劑，混融瀝青的135℃的旋轉黏度均隨著再生劑或溫拌劑摻量的增加而逐漸減小。不同的是，在再生劑單獨作用下，含20%舊瀝青的混融瀝青中每增加2%的再生劑摻量，135℃下旋轉黏度的平均下降百分比為6.7%；而每增加0.3%的溫拌劑則平均下降15.4%，由此可以看到3G溫拌劑對于混融瀝青的降黏效果顯著，且好于FBK再生劑對混融瀝青的降黏效果。由圖12分析可見，兩種混融瀝青在5%再生劑和不同摻量下溫拌劑的協(xié)同作用下，黏度下降的速度相較于溫拌劑單獨作用下有所減低，其中含20%舊瀝青的混融瀝青的下降百分比達到8.4%，而另一種混融瀝青則有12.2%。另外5%再生劑搭配0.9%溫拌劑時，135℃的旋轉黏度最低。

圖10 再生劑單獨作用下混融瀝青的黏度變化

圖11 溫拌劑單獨作用下混融瀝青的黏度變化

圖12 再生劑與不同摻量溫拌劑協(xié)同作用下混融瀝青的黏度變化

3 結論

(1)FBK再生劑單獨作用下，可以提高混融瀝青的針入度和5℃時的延度，而降低混融瀝青的軟化點和135℃的旋轉黏度。而從兩種混融瀝青各瀝青指標的變化幅度來看，在含30%舊瀝青的混融瀝青中，再生劑的影響作用更加明顯。

(2)3G溫拌劑單獨作用下混融瀝青的軟化點和135℃的旋轉黏度均有明顯降低，針入度和延度則變化不大。此外3G溫拌劑對混融瀝青的旋轉黏度影響較為明顯，降黏的效果優(yōu)于再生劑。

(3)從5%再生劑與不同摻量的溫拌劑協(xié)同作用的效果來看，除了黏度呈現(xiàn)出相同的變化趨勢，瀝青三大指標均呈現(xiàn)不一樣的變化趨勢。

(4)綜合所有數(shù)據(jù)來看，含30%舊瀝青的混融瀝青中，5%FBK再生劑與0.6%3G溫拌劑的搭配效果更好，得到的各項瀝青性能指標更加優(yōu)越。