橡塑合金材料在再生瀝青混合料中的應(yīng)用研究

傅 軼，王志釗，霍 飛，康軍沛

(1.廣東銀禧科技股份有限公司，廣東 東莞 523187；2.東莞市公路管理局，廣東 東莞 523040；3.河南省交通運(yùn)輸廳公路管理局，鄭州 450016)

0 引言

我國瀝青路面的大規(guī)模建設(shè)始于20世紀(jì)90年代，2017年底全國公路總里程已達(dá)477.35萬km。由于瀝青路面的使用年限較短，瀝青路面的維修養(yǎng)護(hù)和翻新項目每年都產(chǎn)生大量的廢舊瀝青混合料(RAP)。目前，國內(nèi)現(xiàn)有的廢舊瀝青混合料再生技術(shù)通常存在RAP摻量低[1]、再生混合料的路用性能差等問題。因此，如何在提高RAP摻量的同時保證再生混合料的路用性能，成為實(shí)現(xiàn)RAP有效再生利用的關(guān)鍵點(diǎn)。

本文以橡塑合金(RK)為再生改性材料，通過室內(nèi)試驗(yàn)，設(shè)計了橡塑合金改性新瀝青混合料和含50%RAP的再生瀝青混合料，對橡塑合金改性前后及摻入RAP前后瀝青混合料的高、低溫性能和水穩(wěn)定性進(jìn)行了對比測試，分析了橡塑合金對再生瀝青混合料路用性能的影響，為再生瀝青路面工程應(yīng)用提供參考。

1 瀝青混合料組成設(shè)計

1.1 原材料

1.1.1 瀝青結(jié)合料

瀝青結(jié)合料采用AH-70#基質(zhì)瀝青，其各項性能檢測結(jié)果如表1所示，性能均滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求[2]。

表1 AH-70#基質(zhì)瀝青檢測結(jié)果

1.1.2 集料

試驗(yàn)所選用的再生料RAP與工程所用相同，取自廣東省某公路養(yǎng)護(hù)單位的銑刨料。RAP的各項技術(shù)指標(biāo)檢測結(jié)果如表2所示，其中RAP中老化瀝青的含量為3.4%。經(jīng)過長時間老化，瀝青中的輕質(zhì)組分損失較大，導(dǎo)致瀝青的軟化點(diǎn)升高、針入度和延度大幅降低，如表3所示。

表2 再生料RAP性能檢測結(jié)果

表3 RAP中瀝青的性能檢測結(jié)果

再生料RAP經(jīng)篩分后其級配組成如表4所示。

表4 再生料RAP的級配組成

試驗(yàn)所選用的粗、細(xì)集料均為花崗巖，填料為石灰?guī)r磨細(xì)礦粉，各項性能指標(biāo)經(jīng)檢測均符合現(xiàn)行規(guī)范要求。

1.1.3 橡塑合金

試驗(yàn)所選用的橡塑合金再生改性材料由廣東銀禧科技股份有限公司提供，橡塑合金中含有橡膠組分和塑料組分，其中的橡膠組分能夠顯著改善瀝青混合料的低溫性能[3]，塑料組分對瀝青混合料的高溫性能提升效果顯著[4]。橡塑合金的性能指標(biāo)如表5所示。橡塑合金的使用方法為外摻直投式，摻量一般為0.3%～0.5%。拌和時，橡塑合金先與熱集料干拌，之后再噴入瀝青進(jìn)行濕拌，經(jīng)過2～3min拌和即可達(dá)到較好的分散效果。

表5 RK橡塑合金性能指標(biāo)

1.2 級配設(shè)計

為對比研究橡塑合金對新瀝青混合料和再生瀝青混合料的改性效果，本試驗(yàn)基于馬歇爾設(shè)計方法，選用AC-20C型級配設(shè)計的混合料級配(表6)。AC-20C均采用新集料，AC-20C+50%RAP為含50%RAP的再生混合料。為保障對比數(shù)據(jù)的有效性，兩種混合料的級配組成保持相近。

表6 新混合料和再生混合料試驗(yàn)級配

1.3 制備工藝

混合料制備前，新集料的加熱溫度為190℃，RAP加熱溫度為110℃，基質(zhì)瀝青加熱溫度為150℃。試驗(yàn)設(shè)計以下三種不同類型的混合料，具體的制備工藝如表7所示。

表7 不同類型混合料的制備工藝

1.4 設(shè)計結(jié)果

三種不同類型混合料最終的設(shè)計結(jié)果見表8。RAP中雖含有3.4%的老化瀝青，但老化瀝青的四組分嚴(yán)重失衡，只能少量替代新瀝青。因此，AC-20C+50%RAP+RK再生混合料的最佳油石比僅比新混合料低0.2%。橡塑合金改性后瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度提升了22%。且與新集料相比，添加50%RAP對混合料的馬歇爾穩(wěn)定度影響較小，僅降低3%。

表8 不同類型混合料設(shè)計結(jié)果

2 路用性能分析

按照《公路工程瀝青及瀝青混合料》(JTG E20-2011)的要求，分別對三種混合料的高溫性能、低溫性能和水穩(wěn)定性進(jìn)行了對比研究。

2.1 高溫性能

三種不同類型混合料的高溫性能采用自動車轍儀進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為60℃、試驗(yàn)載荷為0.7MPa，測試結(jié)果見表9。

表9 三種混合料的動穩(wěn)定度測試結(jié)果

動穩(wěn)定度可以直觀地表征瀝青混合料在高溫下的抗車轍性能，從測試結(jié)果可以看出，添加0.3%RK橡塑合金后瀝青混合料在60℃下的動穩(wěn)定度提高了2倍。橡塑合金主要對基質(zhì)瀝青進(jìn)行物理改性，橡塑合金分散在基質(zhì)瀝青后形成了穩(wěn)定的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[6]。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以限制瀝青小分子鏈的運(yùn)動，從而提高瀝青混合料的抗車轍性能。摻入50%RAP后橡塑合金改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度略有降低，但抗車轍性能仍顯著高于普通瀝青混合料。

2.2 低溫性能

瀝青混合料的低溫性能采用低溫小梁彎曲進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為-10℃、加載速率為50mm/min，試驗(yàn)結(jié)果見表10。

表10 三種混合料的低溫彎曲測試結(jié)果

瀝青混合料的低溫抗開裂性能與瀝青路面的開裂有直接關(guān)系，低溫彎曲破壞應(yīng)變是國內(nèi)外用于評價瀝青混合料低溫抗開裂性能的重要參數(shù)。測試結(jié)果顯示，普通瀝青混合料AC-10C的低溫破壞應(yīng)變僅2 064με，不能滿足我國冬寒區(qū)≥2 300με和冬嚴(yán)寒區(qū)≥2 600με的規(guī)范要求。摻入橡塑合金后瀝青混合料的低溫破壞應(yīng)變大幅提高至3 090με，且再生混合料AC-20C+50%RAP+RK與新集料AC-20C+RK的低溫抗裂性能相當(dāng)，均可滿足規(guī)范要求。

2.3 水穩(wěn)定性

瀝青混合料的水穩(wěn)定性采用浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗(yàn)進(jìn)行評價，加載速度為50mm/min，評價結(jié)果見表11。

表11 三種混合料水穩(wěn)定性測試結(jié)果

浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比可以體現(xiàn)瀝青混合料的抗水損害能力，由表11可見，摻入橡塑合金后瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度均提高了11%左右。由于橡塑合金對瀝青混合料水穩(wěn)定性的提高效果顯著，含50%RAP的瀝青混合料的水穩(wěn)定性仍能保持在較高水平，滿足瀝青混合料抗水損害性能的要求。

3 結(jié)論

(1)橡塑合金對瀝青混合料的高、低溫性能和水穩(wěn)定性有顯著的提升效果。

(2)含50%RAP的橡塑合金改性再生瀝青混合料仍能保持較好的高、低溫性能和水穩(wěn)定性，路用性能與橡塑合金改性新瀝青混合料相當(dāng)。

(3)橡塑合金可用于改性再生瀝青混合料，在保證路用性能的同時能夠大幅提高RAP摻量，具有很好的應(yīng)用前景。