水性環(huán)氧乳化瀝青冷再生混合料技術(shù)性能研究

裴 強(qiáng)

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

我國(guó)公路建設(shè)發(fā)展迅速，高速路網(wǎng)不斷完善，而早期建設(shè)的公路已逐漸進(jìn)入大中修期，每年需翻修的瀝青路面逐年遞增。如果大量廢棄翻挖的瀝青混合料，不僅造成資源浪費(fèi)，而且破壞生態(tài)環(huán)境，嚴(yán)重不符合交通部關(guān)于“推進(jìn)綠色交通發(fā)展”的工作內(nèi)容。若可將廢舊料全部重新利用，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益將十分顯著[1]。

冷再生技術(shù)可有效解決上述問(wèn)題，而且與其他傳統(tǒng)的施工方法相比，可節(jié)省總投資40%～50%。然而目前該技術(shù)未能充分利用舊瀝青材料，再生后的瀝青混合料質(zhì)量也不能達(dá)到路面面層的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，不可用于瀝青上面層。如果可以順利將冷再生技術(shù)引入我國(guó)一級(jí)和二級(jí)公路的面層改建，所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益無(wú)疑是十分巨大的[2]。然而，僅依靠冷再生用特種乳化劑，或是在乳化瀝青冷再生混合料中添加水泥，均較難實(shí)現(xiàn)，本課題組開(kāi)發(fā)出一種與廢舊料黏結(jié)性強(qiáng)，并兼顧強(qiáng)度和韌性的水性環(huán)氧樹(shù)脂用以提升整個(gè)體系的性能，使再生料達(dá)到上面層的要求。本文考察了水性環(huán)氧乳化瀝青冷再生混合料的各項(xiàng)技術(shù)性能，并與熱拌瀝青混合料作對(duì)比，為自制水性環(huán)氧樹(shù)脂在冷再生面層的推廣應(yīng)用奠定一定的理論基礎(chǔ)。

1 冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)[3]

1.1 主要原材料

廢舊料，規(guī)格0～19 mm，山西喜躍發(fā)道路建設(shè)養(yǎng)護(hù)有限公司；乳化瀝青，固含量62%，自制；水性環(huán)氧樹(shù)脂，固含量50%，自制。

1.2 級(jí)配

取廢舊石料若干，稱取兩組，每組分成3份進(jìn)行篩分，稱量并計(jì)算每份級(jí)配，篩分結(jié)果如表1所示。篩分?jǐn)?shù)據(jù)符合乳化瀝青冷再生混合料工程設(shè)計(jì)級(jí)配范圍中的細(xì)粒式級(jí)配。在本項(xiàng)目冷再生混合料試驗(yàn)中均選用100%廢舊集料（RAP）。

表1 廢舊石料篩分結(jié)果 %

1.3 冷再生混合料試件的成型和養(yǎng)生條件

采用《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG F41—2008）中馬歇爾方法，將試件每面各擊實(shí)50次，然后在鼓風(fēng)烘箱中（60℃）不脫模養(yǎng)生至恒重（一般不少于40 h），然后再每面擊實(shí)25次，脫模后靜置冷卻12 h，再測(cè)試試件的密度、60℃穩(wěn)定度和流值。

1.4 最佳含水量的確定

首先選用無(wú)水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量，油石比5%，選取5個(gè)不同含水量，分別為3%、4%、5%、6%和7%制備再生料馬歇爾試件，進(jìn)行干密度的測(cè)試，以確定混合料拌合的最佳含水量，其中含水量為拌合總水量，即包括外加水和乳化瀝青中水兩部分。干密度與含水量的變化關(guān)系曲線如圖1所示。隨著含水量的逐漸遞增，混合料的干密度呈先增后減的趨勢(shì)，在4%時(shí)到達(dá)峰值即最大干密度，說(shuō)明試驗(yàn)中，冷再生混合料拌合最佳含水量為4%。

圖1 冷再生混合料干密度與含水量的變化關(guān)系曲線

1.5 最佳油石比的確定

試驗(yàn)采用已經(jīng)確定的最佳含水量4%，分別測(cè)定不同油石比下的干穩(wěn)定度、濕穩(wěn)定度。而濕穩(wěn)定度模擬服役路面所處的惡劣天氣條件，在干穩(wěn)定度養(yǎng)護(hù)條件的基礎(chǔ)上再浸水養(yǎng)護(hù)24 h。結(jié)果以100%RAP瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度作為油石比的函數(shù)，如圖2、圖3所示，隨著油石比的增加，馬歇爾干、濕穩(wěn)定度存在一個(gè)峰值，盡管浸水后試件馬歇爾穩(wěn)定度有所下降，但變化趨勢(shì)沒(méi)有發(fā)生改變，與未浸水試件一致，存在最大值，此最大穩(wěn)定度對(duì)應(yīng)的油石比4%即冷再生混合料的最佳油石比。

圖2 冷再生混合料馬歇爾干穩(wěn)定度曲線

圖3 冷再生混合料馬歇爾濕穩(wěn)定度曲線

2 乳化瀝青冷再生混合料路用性能

最佳含水量和最佳油石比確定之后，考察不同水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量對(duì)冷再生混合料路用性能的影響。

2.1 劈裂試驗(yàn)

劈裂強(qiáng)度是瀝青路面結(jié)果設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。采用已經(jīng)確定的最佳含水量和最佳油石比制作試件，按照規(guī)范要求養(yǎng)生后，在規(guī)定條件下測(cè)定劈裂抗拉強(qiáng)度、干濕劈裂強(qiáng)度比，結(jié)果如表2、圖4所示[4]。

表2 劈裂試驗(yàn)結(jié)果

測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，所選4種乳液中，隨著水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量的增加，劈裂強(qiáng)度先增大后減小，在15%時(shí)達(dá)到最大；干濕劈裂強(qiáng)度比緩慢增大，抗水損害性逐漸增強(qiáng)。

圖4 水性環(huán)氧摻量對(duì)劈裂強(qiáng)度的影響

2.2 馬歇爾穩(wěn)定度

馬歇爾試驗(yàn)用于測(cè)定瀝青混合料試件的破壞荷載和抗變形能力，而浸水馬歇爾試驗(yàn)是對(duì)混合料抗水損害性能的評(píng)價(jià)。將兩組馬歇爾試件分別放入60℃恒溫水浴中30～40 min或48 h，測(cè)定得到馬歇爾穩(wěn)定度及浸水馬歇爾穩(wěn)定度。數(shù)據(jù)處理如表3。

表3 浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)數(shù)據(jù)變化見(jiàn)表3、圖5，所選4種乳液中，隨著水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量的增加，馬歇爾穩(wěn)定度增大，相應(yīng)的形變變小。這主要是由于水性環(huán)氧的含量越大，體系的熱固屬性就越強(qiáng)，塑性變形就越小。而體系的固化程度越高，抵御水侵害的能力越強(qiáng)，殘留穩(wěn)定度就越高。

圖5 水性環(huán)氧摻量對(duì)穩(wěn)定度及殘留穩(wěn)定度的影響

2.3 凍融劈裂試驗(yàn)

凍融劈裂試驗(yàn)是將混合料進(jìn)行凍融循環(huán)，測(cè)定水損害前后劈裂破壞強(qiáng)度比，進(jìn)而評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

表4 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

表4、圖6中試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，同前面試驗(yàn)結(jié)果一致，4種乳液在凍融劈裂試驗(yàn)中，隨著水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量的增加凍融劈裂強(qiáng)度比逐漸增大，冷再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性能得到提升，已能滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中普通瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn)。

圖6 水性環(huán)氧摻量對(duì)TSR的影響

2.4 車轍動(dòng)穩(wěn)定度

測(cè)定冷再生混合料的高溫抗車轍能力，可檢驗(yàn)混合料的高溫穩(wěn)定性。試件規(guī)格為300 mm×300 mm×50 mm，試驗(yàn)溫度采用60℃，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 冷再生混合料車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度

動(dòng)穩(wěn)定度數(shù)據(jù)顯示，水性環(huán)氧樹(shù)脂的摻加提升了混合料的熱固屬性，賦予其更高的高溫抗車轍能力。且隨著環(huán)氧樹(shù)脂摻量的加大，混合料高溫穩(wěn)定性增長(zhǎng)的幅度越大，抗永久變形能力、抗剪切能力也呈比例增長(zhǎng)[5]。

2.5 低溫抗裂性

測(cè)定冷再生混合料在試驗(yàn)溫度-10℃、加載速度50 mm/min時(shí)彎曲破壞的力學(xué)性質(zhì)，評(píng)價(jià)冷再生混合料的低溫抗裂性能。結(jié)果如表6所示。

表6 冷再生混合料低溫抗裂性

如表6所示，再生混合料的低溫抗裂性能隨著水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量的增加先增大后減小。其原因是少量水性環(huán)氧樹(shù)脂的加入改善了混合料的低溫性能，而一但加入水性環(huán)氧樹(shù)脂過(guò)多后，將使體系的剛度變大，韌性降低，變形能力減弱，使混合料的低溫抗裂性能降低。

3 結(jié)論

自制的水性環(huán)氧樹(shù)脂改性乳化瀝青與廢舊料黏結(jié)性強(qiáng)，可提升整個(gè)體系的性能，使冷再生混合料兼具環(huán)氧樹(shù)脂強(qiáng)度高、黏度大、具有一定熱固性的特點(diǎn)，從而具有較強(qiáng)的黏結(jié)力、高溫穩(wěn)定性、優(yōu)越的彈性恢復(fù)能力、較高的抗壓、抗變形能力等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)水性環(huán)氧摻量為15%時(shí)，所制備冷再生混合料的綜合性能較高，在100%使用廢舊料的情況下，仍可達(dá)到《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中普通瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn)，可應(yīng)用于瀝青路面面層的改建。