摻生物瀝青的乳化瀝青冷再生混合料強(qiáng)度特性及路用性能研究

李婉真

摘 要：再生劑對(duì)老化瀝青混合料的改善作用，可使老化瀝青混合料的路用性能在一定程度上恢復(fù)還原。在進(jìn)行再生瀝青路面混合料設(shè)計(jì)之前，必須對(duì)舊料中瀝青的含量及性質(zhì)、舊料的級(jí)配組成及技術(shù)指標(biāo)等進(jìn)行全面了解，以確定回收的廢舊瀝青和舊集料性質(zhì)，為新添集料性質(zhì)、級(jí)配提供摻量依據(jù)。本文分析了摻生物瀝青的乳化瀝青冷再生混合料的概況，對(duì)原材料配比和乳化瀝青制備情況進(jìn)行了闡述，接著對(duì)不同的生物重油摻量乳化瀝青再生混合料力學(xué)強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，最后總結(jié)了不同生物質(zhì)重油摻量乳化瀝青冷再生混合料路用性能，旨在為提高高速公路的質(zhì)量以及延長(zhǎng)其使用壽命提供保障。

關(guān)鍵詞：摻生物瀝青；乳化瀝青；強(qiáng)度；路用性能

中圖分類號(hào)：U416 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 摻生物瀝青的乳化瀝青冷再生混合料的概況

石油瀝青是之前在進(jìn)行瀝青道路建設(shè)最主要的瀝青類型，但是近幾年國(guó)家一直在尋找能夠替代石油瀝青的可持續(xù)材料，生物瀝青就是發(fā)展的新趨勢(shì)，生物瀝青就是提煉生物質(zhì)重油，再加以石油瀝青的配合比制成。高性價(jià)比、環(huán)保、可持續(xù)是生物質(zhì)能源的主要優(yōu)勢(shì)。另外，乳化瀝青冷再生混合料既節(jié)能又環(huán)保，在進(jìn)行施工時(shí)，操作簡(jiǎn)單方便，山區(qū)、重丘這些比較偏遠(yuǎn)的地方，這種材料的運(yùn)輸也不會(huì)成為問題。除此之外，這種材料的力學(xué)強(qiáng)度能夠滿足基層或下面層對(duì)力學(xué)強(qiáng)度的要求，同時(shí)這種材料的使用壽命相對(duì)于之前的瀝青材料來說也是比較長(zhǎng)的?；谶@幾種優(yōu)勢(shì)條件，目前乳化瀝青混合料已經(jīng)在國(guó)內(nèi)進(jìn)行大規(guī)模的利用，對(duì)這方面的研究也比較多，經(jīng)過實(shí)踐證明，乳化瀝青混合料能夠?qū)τ操|(zhì)瀝青的施工和易性進(jìn)行有效改善，但是摻生瀝青可能會(huì)降低瀝青混合料的低溫抗裂性、高溫穩(wěn)定性以及耐久性。

2 原材料配比和乳化瀝青制備

用石油瀝青作為基質(zhì)瀝青，并且保證瀝青的各項(xiàng)指標(biāo)符合條件，利用秸稈、大豆、棉籽等農(nóng)作物作為生物瀝青的原料，提煉一種生物瀝青，在常溫下主要呈現(xiàn)固體狀，顏色為黑褐色，同時(shí)比較黏稠，其制備過程為對(duì)原料進(jìn)行快速分裂溶解，再分餾、氧化生物油，主要是將水分和生物質(zhì)輕油分離開，保留生物質(zhì)重油。最后進(jìn)行生物瀝青和石油瀝青的混合瀝青制備，主要步驟為：首先，在恒溫狀態(tài)下，對(duì)一定質(zhì)量的石油瀝青進(jìn)行加熱，加熱溫度在160℃，在恒溫加熱中不斷攪拌，然后加入摻量分別為0%、20%、30%、40%、50%、60%的生物質(zhì)重油，接下來是進(jìn)行剪切，利用高速剪切乳化機(jī)進(jìn)行剪切，速度要保持在1500r/min，剪切的時(shí)間為30min，混合的瀝青發(fā)育30min，最后形成低標(biāo)號(hào)瀝青和生物瀝青混合物。

3 不同的生物重油摻量乳化瀝青再生混合料力學(xué)強(qiáng)度

3.1 乳化瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)

乳化瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)主要采用的是修正馬歇爾法，確定乳化瀝青冷再生混合料最佳拌和用水量為3.8%，碎石摻量為10%，機(jī)制砂摻量為10%，RAP摻量為80%，干劈裂強(qiáng)度最大，根據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》，規(guī)范的劈裂強(qiáng)度要大于0.5MPa，干濕劈裂強(qiáng)度比要大于75%，凍融劈裂強(qiáng)度比要大于70%，空隙率要在9%～14%。

3.2 不同生物重油摻量乳化瀝青冷再生混合料劈裂程度

高速公路的基層或下面層主要是乳化瀝青冷再生混合料，環(huán)境比較復(fù)雜，在拉壓應(yīng)力綜合作用下，和路面基層受理狀況相似，劈裂也處于拉壓狀態(tài)下，并且瀝青路面冷再生混合料最佳乳化瀝青用量的測(cè)試唯一方法就是劈裂試驗(yàn)，不同的生物重油摻量乳化瀝青冷再生混合料劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表明，乳化瀝青冷再生混合料干、濕劈裂強(qiáng)度與生物質(zhì)重油摻量呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系，即乳化瀝青冷再生混合料干、濕劈裂強(qiáng)度隨著生物質(zhì)重油摻量的增大而呈現(xiàn)強(qiáng)度減小的趨勢(shì)，生物質(zhì)重油摻量要保持在30%以下，以保證規(guī)范中的乳化瀝青冷再生混合料的干劈裂強(qiáng)度的要求，冷再生混合料界面的黏結(jié)強(qiáng)度會(huì)受生物重油的摻量影響。

3.3 不同生物重油摻量乳化瀝青冷再生混合料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

路面結(jié)構(gòu)的承重層就是乳化瀝青混合料，所以它的抗壓強(qiáng)度對(duì)行車荷載的強(qiáng)度的影響比較大，強(qiáng)度不夠，可能會(huì)導(dǎo)致推移現(xiàn)象的出現(xiàn)，即車轍現(xiàn)象，所以必須對(duì)抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，保證強(qiáng)度能夠承重車的荷載力度。根據(jù)研究表明，不同生物質(zhì)重油摻量乳化瀝青冷再生混合料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)得出，生物質(zhì)重油摻量和乳化瀝青再生混合料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度也呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的關(guān)系，在養(yǎng)生時(shí)間相同的情況下 ，乳化瀝青冷再生混合料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度會(huì)隨著生物質(zhì)重油摻量的增大而減小。

3.4 不同生物重油摻量乳化瀝青冷再生混合料抗壓回彈模量

進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要選取材料、計(jì)算路面結(jié)構(gòu)彎沉與層底彎拉力應(yīng)力以及研究不同生物重油摻配比例下乳化瀝青冷再生混合料抗壓回彈模量變化規(guī)律時(shí)都會(huì)用到抗壓回彈模量，同時(shí)，乳化瀝青冷再生混合料合理的路面結(jié)構(gòu)厚度的確定也需要依靠抗壓回彈模量。分析生物質(zhì)重油摻量與乳化瀝青冷再生混合料抗壓回彈模量的關(guān)系顯示，乳化瀝青冷再生混合料抗壓回彈模量隨著生物質(zhì)重油摻量的增加呈現(xiàn)二次函數(shù)式的減小。

4 不同生物質(zhì)重油摻量乳化瀝青冷再生混合料路用性能

4.1 高溫穩(wěn)定性

根據(jù)實(shí)踐情況看，在進(jìn)行加速加載的開始時(shí)期，車轍的變形量變化比較明顯，車轍的發(fā)展的深度變化都比較快，在后期中，加載的次數(shù)逐漸增多，但是乳化瀝青再生混合料車轍發(fā)展沒有呈現(xiàn)直線上升的額情況，而是逐漸趨于平穩(wěn)變化，進(jìn)入穩(wěn)定階段，所以，可以看出，車轍變形率與生物質(zhì)重油摻量呈正相關(guān)，即車轍變形率隨著生物質(zhì)重油摻量的增加而增大，后期處于比較穩(wěn)定的階段，但是也呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，同樣也表明，乳化瀝青冷再生混合料的高溫穩(wěn)定性隨著生物質(zhì)重油摻量的增加而降低。

4.2 低溫抗裂性

因?yàn)槟壳叭榛癁r青冷再生混合料已經(jīng)被運(yùn)用到很多高速公路的建設(shè)當(dāng)中，低溫抗裂性就是比較重要的參考因素。主要是進(jìn)行低溫彎曲試驗(yàn)來對(duì)瀝青混合材料的低溫抗裂性進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)估，根據(jù)已有的試驗(yàn)來看，乳化瀝青冷再生混合料的抗彎拉強(qiáng)度和彎曲勁度規(guī)模量會(huì)隨著生物質(zhì)重油摻量的增大而減小，但是最大彎拉會(huì)增大，乳化瀝青冷再生混合料低溫抗裂性會(huì)因?yàn)樯锝Y(jié)合料石油瀝青乳化加工形成的復(fù)合改性共混結(jié)構(gòu)而提高。

4.3 疲勞耐久性

疲勞耐久性的測(cè)試主要是根據(jù)間接拉伸疲勞試驗(yàn)，根據(jù)以往的試驗(yàn)表明，乳化瀝青冷再生混合料的裂縫會(huì)在重復(fù)荷載作用下進(jìn)一步擴(kuò)展，混合料因?yàn)閮?nèi)部存在缺陷并且材料分布不均勻，在多次作用下，結(jié)構(gòu)會(huì)被破壞。在摻加生物質(zhì)重油后，乳化瀝青冷再生混合料的抗疲勞性會(huì)提升，一般來說，抗疲勞性最好的狀態(tài)是在30%的生物重油摻量下的乳化瀝青混合料。這是因?yàn)闇囟认陆档揭欢ㄏ薅葧r(shí)，瀝青混合料的勁度增加，試件在承受一定壓力的條件下所產(chǎn)生的應(yīng)變就小，因而控制應(yīng)力加載模式的試驗(yàn)中導(dǎo)致疲勞壽命增加。所以當(dāng)瀝青混合料收到外界重復(fù)荷載時(shí)，在礦料與新瀝青之間就存在著一個(gè)應(yīng)力緩沖層，因此提高了廠拌熱再生瀝青的疲勞耐久性能。

結(jié)語

綜上所述，摻生物質(zhì)重油的乳化瀝青對(duì)高速公路的修建更有益處，能夠保持瀝青的穩(wěn)定性、抗裂性以及疲勞耐久性，所以要加強(qiáng)對(duì)摻生物瀝青的乳化瀝青冷再生混合料的研究與利用，盡可能提高高速公路的質(zhì)量，延長(zhǎng)高路公路的使用壽命。再生劑的加入使得老化瀝青混合料的高溫性能、低溫開裂性能、水穩(wěn)定性能、疲勞性能都能在一定程度上還原，即再生劑的加入能夠在一定程度上使得老化瀝青混合料再生并修復(fù)其路用性能。從而增強(qiáng)了其對(duì)老化瀝青混合料的再生效果。因此，對(duì)長(zhǎng)期服役瀝青路面實(shí)際再生處理時(shí)，應(yīng)根據(jù)瀝青路面老化瀝青的特殊性選擇合適的再生劑材料。

參考文獻(xiàn)

[1]劉頎楠，郝翠麗.摻生物瀝青的乳化瀝青冷再生混合料強(qiáng)度特性及路用性能研究[J].公路工程，2017，42（3）：137-141，150.

[2]汪德才，張海偉，張華，等.乳化瀝青冷再生混合料抗剪特性及其永久變形預(yù)估[J].江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，38（2）：204-210.endprint