評(píng)估過(guò)度預(yù)熱的回收料對(duì)再生瀝青混凝土的影響

念紅芬,周傳興,吳宇戈

(攀枝花學(xué)院土木工程學(xué)院，攀枝花　617000)

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評(píng)估過(guò)度預(yù)熱的回收料對(duì)再生瀝青混凝土的影響

念紅芬,周傳興,吳宇戈

(攀枝花學(xué)院土木工程學(xué)院，攀枝花617000)

近幾年來(lái)，因資源過(guò)度開(kāi)采導(dǎo)致建筑材料價(jià)格日益增加，加上人們逐漸重視資源回收觀念，已重視道路刨除的瀝青混凝土回收料的回收再利用。然而，在輸送過(guò)程中，只能知道拌合鼓初端送入口的加熱溫度為多少，并不能實(shí)際掌握拌合鼓內(nèi)的實(shí)際溫度。因此，回收料有可能受到高溫加熱，導(dǎo)致產(chǎn)生老化甚至碳化現(xiàn)象，進(jìn)而影響再生瀝青混凝土的質(zhì)量。本研究采用瀝青拌合廠回收瀝青混凝土作為研究材料，依據(jù)回收料不同老化條件主要以微觀差異性及工程性質(zhì)來(lái)探討，研究結(jié)果顯示，過(guò)度預(yù)熱的回收料的確會(huì)造成再生瀝青混凝土的質(zhì)量不佳，尤其抵抗水侵害的能力明顯降低許多。

過(guò)度預(yù)熱; 張力; 殘余強(qiáng)度

1　引　言

國(guó)內(nèi)的瀝青拌合廠進(jìn)行再生材料拌合時(shí)，幾乎都是利用氣旋式的加熱方式將其回收料加熱，再經(jīng)過(guò)輸送帶運(yùn)送與新鮮料拌合，成為再生瀝青混凝土[1]。為提高回收料于再生瀝青混凝土的用量，瀝青拌合廠對(duì)回收料會(huì)采用過(guò)度預(yù)熱，此時(shí)瀝青可能在高溫下產(chǎn)生碳化、過(guò)度老化，都會(huì)影響再生瀝青混凝土的質(zhì)量。

本研究采用瀝青拌合廠回收瀝青混凝土作為研究材料，依據(jù)回收料的不同老化條件，以微觀差異性進(jìn)行分析，第一部分就回收料不同加熱溫度及時(shí)間，分析回收料老化程度及再生瀝青混凝土瀝青薄膜包裹程度，找出其微觀結(jié)構(gòu)的差異性；第二部分為求取其工程性質(zhì)，如穩(wěn)定性、張力強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度的數(shù)值，探討其過(guò)度預(yù)熱的回收料對(duì)再生瀝青混凝土質(zhì)量的影響。

2　試　驗(yàn)

本研究以瀝青拌合廠回收瀝青混凝土作為研究材料，探討回收料過(guò)度預(yù)熱及一般預(yù)熱對(duì)再生瀝青混凝土的影響。所謂過(guò)度預(yù)熱是指經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室利用高溫爐加熱取樣得之，其加熱溫度有150 ℃和200 ℃二種溫度，而一般預(yù)熱是指從道路刨除的瀝青混凝土回收料未經(jīng)過(guò)高溫爐加熱。

2.1瀝青物性試驗(yàn)

2.1.1針入度試驗(yàn)

試驗(yàn)方法依照 CNS 10090[2]規(guī)范進(jìn)行，其主要目的在于表示瀝青黏結(jié)料的軟硬程度與稠度，以及做為瀝青等級(jí)分類的依據(jù)。量測(cè)針入度為25 ℃,100 g, 5 s。

2.1.2黏度試驗(yàn)

試驗(yàn)方法依照 CNS 14186[2]規(guī)范進(jìn)行，采用某公司所制黏度儀進(jìn)行瀝青黏度的量測(cè)，本試驗(yàn)可用來(lái)測(cè)定瀝青材料在某一溫度下的流動(dòng)行為，并可以決定瀝青混凝土的拌合與滾壓溫度。

2.1.3比重試驗(yàn)

試驗(yàn)方法依照 ASTM D70[3]規(guī)范進(jìn)行，本試驗(yàn)可用來(lái)辨別瀝青材料的特性，并可由已知的體積換算重量。

2.2瀝青混凝土工程性質(zhì)

2.2.1張力試驗(yàn)

張力試驗(yàn)為測(cè)定材料張力強(qiáng)度的方法之一。試驗(yàn)方法如下：

(1) 將制作完成的試體放置在恒溫箱中養(yǎng)治2 h。

(2) 取出試體，放置在張力試驗(yàn)儀上，墊上墊條，加壓并記錄其荷重與變形曲線。

(3) 將所得的極限加載荷重代入下式中，即可求得張應(yīng)力值。

(1)

式中St為張力強(qiáng)度(kg/cm2)；P為極限加載荷重(kg)；D為試體直徑(cm)；H為試體高度(cm)。

2.2.2殘余強(qiáng)度試驗(yàn)

利用 AASHTO T283[3]試驗(yàn)法制作直徑 10 cm、高 6.35 cm 的瀝青混凝土試體，將制作完成的試體放入 60 ℃的熱水中，使其完全覆蓋試體，模擬實(shí)際路面于下雨過(guò)后浸泡于水中的情形，浸泡 24 h后，將試體取出放入 25 ℃恒溫水槽中2 h，進(jìn)行張力試驗(yàn)，比較養(yǎng)治前后張力強(qiáng)度來(lái)評(píng)估瀝青混凝土對(duì)水分侵害的耐久性。

2.2.3穩(wěn)定性試驗(yàn)

試驗(yàn)方法如下：

(a)將試體浸泡于 60 ℃的恒溫水槽內(nèi) 30～40 s。

(b)將馬歇爾穩(wěn)定試驗(yàn)儀的兩半圓型鐵環(huán)內(nèi)側(cè)涂上一層滑油，使試體能自由運(yùn)轉(zhuǎn)而無(wú)阻力。

(c)由恒溫水槽中取出試體，至于鐵環(huán)內(nèi)，并置于試驗(yàn)機(jī)上。

(d)開(kāi)動(dòng)儀器，以每秒 5.1 cm 的應(yīng)變速率加壓于試體上，直到試體破壞為止。再由計(jì)算機(jī)記錄器上讀出有關(guān)穩(wěn)定性數(shù)據(jù)。

(e)此試驗(yàn)需在試體從水槽中取出后，30 s內(nèi)完成。

3　結(jié)果與討論

3.1瀝青物性試驗(yàn)

其基本物性試驗(yàn)結(jié)果與規(guī)范列于表 1，其試驗(yàn)結(jié)果均符合相關(guān)規(guī)范的要求[4]。

表1　AC-20 基本物性試驗(yàn)

3.2回收料老化后試驗(yàn)

此項(xiàng)研究主要是探討回收料過(guò)度預(yù)熱及一般預(yù)熱的條件下，兩者的黏度差異。因此，將回收料分為老化前及老化后的條件，取得回收料老化后的瀝青膠漿及粒料后進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)[5]。其不同老化條件的黏度結(jié)果列于表2。

表2　回收料不同老化條件的黏度

3.3工程性質(zhì)試驗(yàn)

3.3.1間接張力試驗(yàn)分析

張力值試驗(yàn)結(jié)果如圖1、圖2

圖1　回收料加熱 150 ℃的張力值(kPa)Fig.1　Recycling is heated indirectly tension value of 150 ℃

圖2　回收料加熱 200 ℃的張力值(kPa)Fig.2　Recycling is heated indirectly tension value of 200 ℃

從張力圖表中可以看到張力值的趨勢(shì)隨著回收料受到高溫長(zhǎng)時(shí)間的加熱而逐漸下降，再經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析的步驟，更能明確得知老化后的回收料，表面原有的瀝青膠漿隨著高溫長(zhǎng)時(shí)間加熱的影響，可能是舊有的瀝青膠漿已經(jīng)燃燒掉甚至碳化，瀝青薄膜厚度也隨之減少，導(dǎo)致失去黏結(jié)效果無(wú)法與新鮮的瀝青膠漿及粒料進(jìn)行完全拌合，使得張力強(qiáng)度隨著高溫長(zhǎng)時(shí)間的影響而下降。

3.3.2殘余強(qiáng)度試驗(yàn)分析

圖3與圖4 分別顯示回收料不同加熱溫度的殘余強(qiáng)度值。

圖3　回收料加熱 150 ℃的殘余強(qiáng)度值Fig.3　Recycling is heated residual strength value of 150 ℃

圖4　回收料加熱 200 ℃的殘余強(qiáng)度值Fig.4　Recycling is heated residual strength value of 200 ℃

從殘余強(qiáng)度圖表中就可以看出，添加老化后的回收料與新鮮瀝青混凝土的強(qiáng)度相比較，兩者相差甚多。如果在經(jīng)過(guò) ANOVA 統(tǒng)計(jì)分析，一樣將過(guò)度預(yù)熱回收料分成三種探討方式，分別有不同添加比例、不同加熱溫度和不同加熱時(shí)間。分析結(jié)果得知，添加 20%或 40%的過(guò)度預(yù)熱回收料，不論加熱溫度高低或者加熱時(shí)間多寡，呈現(xiàn)出的結(jié)果有顯著差異性。

3.3.3穩(wěn)定性試驗(yàn)分析

馬歇爾穩(wěn)定性系指試體受壓時(shí)所能承受的最大荷重，數(shù)值較高者表示瀝青混凝土可承載荷重的能力也較佳，依交通部公路總局規(guī)定其穩(wěn)定性需大于 800 kg以上。圖5 與圖 6 分別顯示回收料不同加熱溫度的分析結(jié)果，結(jié)果顯示不管添加 20%或 40%老化后的回收料，則看不出有顯著差異，然而在不同加熱溫度及不同加熱時(shí)間的條件中有顯著差異性，尤其以不同加熱溫度最為明顯。這也說(shuō)明了，回收料從加熱 150 ℃至200 ℃已經(jīng)無(wú)法承受高溫的悶燒，以致原有的瀝青膠漿燃燒碳化，喪失原有的黏結(jié)效果，無(wú)法發(fā)揮回收料舊有瀝青的功能，使得穩(wěn)定性呈現(xiàn)的效果不佳。

圖5　回收料加熱 150 ℃的穩(wěn)定性，含油量 5.2%Fig.5　Recycling is heated stable value 150 ℃,the oil content of 5.2%

圖6　回收料加熱 200 ℃的穩(wěn)定性，含油量 5.2%Fig.6　Recycling is heated stable value 200 ℃, the oil content of 5.2%

4　結(jié)　論

利用電子顯微鏡，可以清楚看到一般預(yù)熱回收料的表層有著類似糖漿般濃稠的瀝青膠漿，而過(guò)度預(yù)熱的回收料隨著加熱溫度的提高及加熱時(shí)間的增長(zhǎng)，其回收料表面的瀝青薄膜厚度隨之呈現(xiàn)越來(lái)越薄甚至有剝脫的現(xiàn)象，在老化條件加熱 150 ℃及600 s后黑石頭現(xiàn)象已經(jīng)相當(dāng)明顯，其瀝青膠漿受到長(zhǎng)時(shí)間高溫的影響已經(jīng)燃燒揮發(fā)甚至有碳化現(xiàn)象。 綜合工程性質(zhì)來(lái)看，只有一般預(yù)熱的回收料不論添加比例多少，在所有的試驗(yàn)項(xiàng)目當(dāng)中呈現(xiàn)的結(jié)果是最為穩(wěn)定且均有通過(guò)規(guī)范值，然而過(guò)度預(yù)熱的回收料添加20%時(shí)，只有在回收料加熱 150 ℃的老化條件表現(xiàn)尚可，而在加熱200 ℃的老化條件就呈現(xiàn)不佳的現(xiàn)象。當(dāng)過(guò)度預(yù)熱回收料添加高達(dá)40%時(shí)，整體表現(xiàn)已經(jīng)不佳。

[1] 高子渝,焦生杰,唐相偉.頻率對(duì)微波加熱瀝青混合料的影響[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009,(06):4-5.

[2] 朱博.瀝青拌和設(shè)備的新趨勢(shì)——超大型微波式廢舊道路材料再生瀝青拌和站正在開(kāi)發(fā)中[J].交通世界(建養(yǎng).機(jī)械),2009,(04):9-11.

[3] 張?zhí)扃?崔獻(xiàn)奎,張兆鏜.微波加熱原理、特性和技術(shù)優(yōu)勢(shì)[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化,2008，(07):8-10.

[4] 朱松青,史金飛,孫銅生.微波在瀝青路面養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用研究[J].材料導(dǎo)報(bào),2007，(S2)：286-290

[5] Zhao D Y,Wang J S.Modified application with microwave[J].ScienceofFood,2004:13-15.

Impact Assessment of Recycled Materials over the Preheating of Recycled Asphalt Concrete

NIANHong-fen,ZHOUChuan-xing,WUYu-ge

(Panzhihua College of Civil and Building Engineering College,Panzhihua 617000,China)

In recent years, due to over-exploitation of resources, resulting in increasing prices of construction materials, coupled with people's increasing emphasis on the concept of recycling resources, it has great importance to eliminating road asphalt concrete recycling material recycling. However, in the course of transmission, we can only know the beginning of the end to send mixing drum inlet temperature of heating much, and can not actually grasp the actual temperature inside the mixing drum. Therefore, recycled materials are likely to be heated to high temperatures, resulting in aging and even carbonization, thereby affecting the quality of recycled asphalt concrete. In this study, recycled asphalt mixing plant asphalt concrete as research material, recycled material according to different aging conditions mainly microscopic differences and engineering nature to explore, study results showed that excessive preheat the recycled material would indeed cause the quality of recycled asphalt concrete is not good, especially the ability to resist water violations decreased a lot.

over-preheated；indirect tension;residual strength

念紅芬(1974-),女，碩士研究生，講師.主要從事土木工程工程材料方面的研究.

TU526

A

1001-1625(2016)06-1980-05