基于溶劑瀝青的冷再生瀝青混合料性能評價

劉 鵬, 徐世法, 柴林林, 段文志

(1.北京建筑大學 土木與交通工程學院 北京市城市交通基礎設施建設工程技術中心，北京 100044；2.北京建筑大學 土木與交通工程學院 首都世界城市順暢交通協(xié)同創(chuàng)新中心，北京 100044；3.北京市城市道路養(yǎng)護管理中心，北京 100169)

基于溶劑瀝青的冷再生瀝青混合料性能評價

劉 鵬1, 徐世法1, 柴林林2, 段文志3

(1.北京建筑大學 土木與交通工程學院 北京市城市交通基礎設施建設工程技術中心，北京 100044；2.北京建筑大學 土木與交通工程學院 首都世界城市順暢交通協(xié)同創(chuàng)新中心，北京 100044；3.北京市城市道路養(yǎng)護管理中心，北京 100169)

傳統(tǒng)的瀝青混合料冷再生技術有乳化瀝青和泡沫瀝青冷再生，本研究嘗試采用所開發(fā)的溶劑瀝青作為結合料對廢舊瀝青混合料進行冷再生，提出了試件的成型和養(yǎng)生方法，進行了配合比組成設計并采用熱拌瀝青混合料的標準對溶劑瀝青冷再生混合料的性能進行評價. 試驗結果表明，溶劑瀝青冷再生混合料的水穩(wěn)定性能、高溫穩(wěn)定性能均滿足我國熱拌改性瀝青混合料規(guī)范的性能要求，低溫性能雖然不滿足改性瀝青混合料的要求，但能滿足普通瀝青混合料規(guī)范的性能要求.

瀝青混合料； 冷再生； 溶劑瀝青； 配合比設計； 性能評價

城市道路和公路在養(yǎng)護、維修和改造過程中產生了大量廢舊瀝青混合料(RAP)，若不加以有效利用，不僅造成資源的極大浪費，而且將對環(huán)境造成污染. 熱再生技術雖然可以有效地對瀝青混合料實現(xiàn)再生利用，但舊料摻加比例低. 近年來，冷再生技術在我國得到了較大發(fā)展，但大多數研究與應用主要采用乳化瀝青、改性乳化瀝青或泡沫瀝青作為結合料，雖然可以高比例利用舊料，但其性能較差，達不到熱再生的性能要求，只能用于基層或下面層.

溶劑瀝青再生瀝青混合料是將廢舊瀝青路面材料在常溫下與特別制備的溶劑瀝青拌合與施工的一種新型路面材料，國內外研究甚少.

本研究嘗試使用所開發(fā)的溶劑瀝青作為結合料對舊料RAP進行再生利用，旨在提高舊料摻配比例和冷再生瀝青混合料的路用性能，將豐富瀝青混合料冷再生技術，并對今后溶劑瀝青再生瀝青混合料的研究與應用提供參考.

1 溶劑型瀝青的開發(fā)

作為再生劑的溶劑瀝青是影響冷再生混合料性能最重要的因素之一，本研究所使用的溶劑瀝青是一種新型瀝青材料，由有機溶劑和瀝青混合而得，可以在常溫條件下使用，暴露于空氣后有機溶劑揮發(fā)并與空氣中的物質形成水化物. 因此，該瀝青不同于傳統(tǒng)的稀釋瀝青. 與舊料的裹附性較好，并具有很強的黏結力. 其性能如表1所示.

2 廢舊瀝青混合料(RAP)的級配

依據《公路瀝青路面再生技術規(guī)范》(JTG F41—2008),采用離心抽提儀和阿布森法對RAP中的集料進行分離. 通過試驗分析，回收的老化瀝青的各項指標見表2，RAP篩分級配見表3，將篩分結果與AC- 13的級配范圍進行對比,并設計合成級配.

表1 溶劑型瀝青試驗指標

表2 回收瀝青指標

由表2可知,舊瀝青的軟化點和黏度都變大了,舊瀝青的針入度以及延度都減小了,根據《公路瀝青路面再生技術規(guī)范》(JTG F241—2008)中的材料要求,可以推斷RAP料中的瀝青老化嚴重.

表3 RAP的集料級配

將篩分結果與AC- 13的級配范圍進行對比，RAP 料合成級配的最大公稱粒徑是13.2 mm，其中粒料的直徑大于9.5 mm的顆粒大約為19.8%,級配曲線大致為S形，合成級配曲線介于AC- 13混合料級配的上下限之間.

3 溶劑瀝青冷再生混合料的配合比設計

3.1 試件的成型和養(yǎng)生方法

經過反復實驗，溶劑瀝青冷再生混合料試件的成型采用馬歇爾二次擊實法，即先雙面擊實50次，在110 ℃烘箱中高溫養(yǎng)生24 h，養(yǎng)生完畢后取出雙面再次擊實25次，再連同試模在室溫中放置24 h，脫模后在60 ℃恒溫水槽中養(yǎng)生30 min，進行馬歇爾試驗.

3.2 配合比設計

在廢舊瀝青混合料當中分別添加3.5%、4.0%、 4.5% 、5%、5.5%的溶劑瀝青，按上述的方法成型馬歇爾試件，測定冷再生混合料的力學與體積指標見表4、圖1.

表4 再生混合料力學體積指標

由表4和圖1可知，隨著溶劑瀝青用量增加，再生混合料成型馬歇爾試件的穩(wěn)定度、毛體積密度均先增后減，用量在4.5%時達到最大值；礦料間隙率先減后增，用量在4.5%時達到最小值；有效瀝青飽和度、流值增大；孔隙率減小. 綜合再生混合料的力學體積指標、穩(wěn)定度以及試件成型養(yǎng)生狀態(tài)等因素，確定最佳溶劑瀝青用量確定為4.5%.

4 冷再生混合料性能評價

溶劑瀝青再生混合料作為一種新型瀝青路面材料，必須具有足夠的強度，以抵抗路面荷載在路面內產生的壓縮、拉伸、彎曲、剪切等應力，從而保證路面具有長久的使用壽命. 因此，為了檢驗溶劑瀝青再生混合料的路用性能，本研究參照熱拌瀝青混合料路用性能評價方法，根據所確定的溶劑型瀝青用量對溶劑瀝青再生混合料進行了殘留馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗、車轍試驗以及低溫小梁彎曲試驗.

4.1 水穩(wěn)定性能

4.1.1 浸水馬歇爾試驗

采用上文所述混合料試件成型及養(yǎng)生方法制備試件，按照熱拌瀝青混合料浸水馬歇爾試驗方法進行測試，試驗結果見表5.

表5 浸水馬歇爾試驗結果

4.1.2 凍融劈裂試驗

采用上文所述混合料試件成型及養(yǎng)生方法制備試件，按照熱拌瀝青混合料凍融劈裂試驗方法進行測試，試驗結果見表6.

表6 凍融劈裂試驗結果

綜合浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗結果可以得知,在最佳瀝青用量下,再生混合料殘留穩(wěn)定度百分比、凍融劈裂強度比分別為86.8%、84.5%，均大于熱拌改性瀝青混合料所要求的規(guī)范值，因此，再生混合料抗水損害能力滿足要求，具有優(yōu)良的水穩(wěn)定性.

4.2 高溫性能

目前國內外對瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性評價試驗方法主要有馬歇爾試驗、三軸試驗、蠕變試驗、動態(tài)剪切試驗、車轍試驗等. 本研究采用車轍試驗方法對溶劑型瀝青再生混合料的高溫穩(wěn)定性進行評價分析.

車轍試驗試件是經過二次碾壓成型制備的：

1)在最佳瀝青用量下，計算成型車轍板所需溶劑瀝青再生混合料的用量并裝入尺寸為300 mm×300 mm×50 mm的試模中；

2)首次碾壓先在一個方向碾壓2個往返；

3)再將試件調轉方向碾壓12個往返；

4)然后記錄碾壓的方向，放入110 ℃烘箱中養(yǎng)生24 h后取出，再次按相同方式碾壓，碾壓的次數以成型的試件孔隙率指標與馬歇爾試驗的試件孔隙率相接近為準，并對碾壓次數進行調整.

在室溫下放置24 h，然后在60 ℃條件下保溫不少于5 h后，進行車轍試驗. 車轍試驗結果見表7.

表7 車轍試驗結果

試驗結果表明，在最佳溶劑瀝青用量下，溶劑瀝青再生混合料動穩(wěn)定度3 477次/mm，高于熱拌改性瀝青混合料動穩(wěn)定度大于2 400(次/mm)的規(guī)范值，具有較好的抗車轍能力，高溫穩(wěn)定性較好.

4.3 冷再生混合料低溫性能

目前用于評價瀝青混合料低溫抗裂性的試驗方法主要有等應變加載破壞試驗、低溫收縮試驗、低溫蠕變試驗、應力松弛試驗等. 為了與熱拌料相比較，本研究采用小梁低溫彎曲試驗對溶劑型瀝青再生混合料進行低溫性能的評價. 低溫彎曲試驗所用試件為上述車轍試驗試件切割的250 mm×30 mm×35 mm的小梁試件，將小梁試件放入-10 ℃的恒溫冰箱中，使試件內部溫度達到所規(guī)定的試驗溫度. 在-10 ℃環(huán)境中對小梁跨中位置加載直至試件破壞，測量計算小梁發(fā)生破壞時的最大彎拉應變. 試驗結果見表8.

表8 小梁彎曲試驗結果

試驗結果表明，在最佳瀝青用量下，溶劑瀝青再生混合料的破壞應變值2 390，高于低溫彎曲試驗中破壞應變大于2 000 με的要求值，低于改性瀝青混合料破壞應變大于≥2 500 με的要求值. 因此，再生混合料的低溫性能能夠滿足普通瀝青混合料要求，不能滿足改性瀝青混合料規(guī)范使用要求.

5 結論

本研究采用修正馬歇爾配合比設計進行混合料組成設計，參考冷拌料的方法進行試件成型、養(yǎng)生和熱拌瀝青混合料的標準，提出溶劑瀝青再生瀝青混合料的設計方法，并對路用性能進行了試驗與評價，得出以下結論：

1) 溶劑瀝青作為一種新型瀝青材料，其有機溶劑揮發(fā)并與空氣中的物質形成水化物，減少了對環(huán)境的污染. 該溶劑瀝青與舊料的裹附性較好，具有很強的黏結力，與舊料的拌和狀態(tài)效果較好. 與乳化瀝青相比拌和時不需要外加水潤濕礦料表面，拌和工藝簡單便于控制. 通過馬歇爾試驗，測定成型試件的力學指標以及養(yǎng)生時的狀態(tài)，確定再生混合料的最佳溶劑瀝青用量為4.5%.

2) 水穩(wěn)定性試驗結果表明，在最佳溶劑瀝青用量下，再生混合料殘留穩(wěn)定度百分比、凍融劈裂強度比分別為86.8%、84.5%，均大于熱拌改性瀝青混合料所要求的規(guī)范值，因此，再生混合料具有優(yōu)良的水穩(wěn)定性.

3) 車轍試驗結果表明，在最佳溶劑瀝青用量下，溶劑瀝青再生混合料動穩(wěn)定度3 477次/mm，大于熱拌改性瀝青混合料動穩(wěn)定度規(guī)范值，具有較好的抗車轍的能力，高溫穩(wěn)定性較好.

4) 低溫小梁彎曲試驗結果表明，在最佳溶劑瀝青用量下，再生混合料的破壞應變值大于規(guī)范值2 000 με，再生混合料的低溫性能滿足普通瀝青混合料規(guī)范使用要求，不能滿足改性瀝青混合料規(guī)范≥2 500 με的要求.

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[責任編輯：佟啟巾]

《北京建筑大學學報》征稿啟事

《北京建筑大學學報》是北京建筑大學主辦的工程類為主的綜合性學術期刊。主要刊登建筑與城市規(guī)劃、土木工程、市政與環(huán)境工程、測繪工程、地圖制圖學與地理信息、道路與橋梁工程、機電工程、電氣與信息工程、數理科學、工程管理、法律研究等方面的學術論文、科研報告等。歡迎校內外教學、科研人員踴躍投稿。

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Performance Evaluation of Recycled Asphalt Mixture Using Solvent Bitumen

Liu Peng1, Xu Shifa1, Chai Linlin2, Duan Wenzhi3

(1.School of Civil and Traffic Engineering, Beijing Urban Transportation Infrastructure Engineering Technology Research Center，Beijing University of Civil Engineering and Architecture，Beijing 100044；2.School of Civil and Traffic Engineering，Capital World Metropolis Transportation Coordinate and Innovation Center，Beijing University of Civil Engineering and Architecture，Beijing 100044；3.Urban Road Maintenance and Administration Center of Beijing, Beijing 100000)

Conventional cold mix recycling technology is based on emulsion or foam bitumen.In this research,special solvent bitumen is developed as binder to recycle reclaimed asphalt mixture at air temperature. Relevant specimen formation and curing methods are developed. Mix design is carried out. Its performance evaluation is conducted according to hot asphalt mixture specification. Experiment shows that moisture sensitivity and high temperature stability of recycled solvent bitumen with cold mixture can meet the specification requirements of polymer modified asphalt mixtures, while low temperature performance can only meet conventional asphalt mixture specification requirement.

asphalt mixture； cold recycling； solvent bitumen; mix design; performance evaluation

2016-07-12

北京市交通科技項目(2016-LZJKJ- 01- 001)

劉 鵬(1990—)，男，碩士研究生，研究方向： 道路與交通工程.

1004-6011(2016)04-0023-05

U414

A