REOB改性乳化瀝青冷再生混合料壓實(shí)特性

倪暉，郭德棟

(山東交通學(xué)院 交通土建工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250357)

0 引言

近年來，我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)迅速發(fā)展，公路通行里程持續(xù)增長(zhǎng)，各級(jí)公路先后進(jìn)入“大中修”及養(yǎng)護(hù)階段，每年都會(huì)因此產(chǎn)生大量的廢舊瀝青路面材料。這些廢舊材料既占用了大量的土地資源，又造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。乳化瀝青冷再生技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)舊瀝青路面材料的再生利用，是一種節(jié)能環(huán)保的綠色低碳技術(shù)，因此在交通運(yùn)輸行業(yè)得到越來越廣泛的關(guān)注。國(guó)內(nèi)對(duì)乳化瀝青冷再生技術(shù)的研究起步較晚，目前主要針對(duì)普通乳化瀝青冷再生混合料壓實(shí)特性進(jìn)行研究，對(duì)廢棄機(jī)油殘留物(recycled engine oil bottom，REOB)改性乳化瀝青冷再生混合料壓實(shí)特性的研究較少[1-3]。REOB改性乳化瀝青是用適當(dāng)比例的廢棄機(jī)油殘留物代替基質(zhì)瀝青配制而成的混合料，對(duì)舊瀝青具有再生功能[4-7]。每年我國(guó)廢棄機(jī)油殘留物的排放量都高達(dá)數(shù)百萬(wàn)t，因此研究REOB改性乳化瀝青冷再生混合料的壓實(shí)特性不僅能實(shí)現(xiàn)廢棄物的循環(huán)利用，變廢為寶，而且為乳化瀝青冷再生混合料的施工提供科學(xué)的指導(dǎo)[8-11]。

本文采用馬歇爾擊實(shí)方法成型試件，根據(jù)混合料試件的空隙率指標(biāo)，分析在冷再生混合料中REOB的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)REOB改性乳化瀝青冷再生混合料壓實(shí)特性的影響規(guī)律。

1 原材料及級(jí)配設(shè)計(jì)

1.1 RAP料

回收瀝青路面(reclaimed asphalt pavement，RAP)料選自國(guó)道G339的某一干線公路銑刨料，其油石比為0.034:1，回收瀝青的技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 回收瀝青技術(shù)指標(biāo)

參照文獻(xiàn)[12-17]，對(duì)RAP料進(jìn)行篩分并調(diào)整其級(jí)配，使其滿足中粒式(AC-20)級(jí)配的要求，需要摻加0～3 mm的機(jī)制砂及礦粉，為了提高混合料的強(qiáng)度，摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5% 的普通硅酸鹽水泥。RAP料級(jí)配及合成級(jí)配如表2所示(RAP、0～3 mm的機(jī)制砂及礦粉在混合料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為70%、25%、5%)。

表2 RAP料級(jí)配與合成礦料級(jí)配 %

1.2 REOB改性乳化瀝青

1.2.1 制備工藝及流程

研究所用的REOB改性乳化瀝青采用實(shí)驗(yàn)室小型膠體磨制備，選用慢裂型陽(yáng)離子乳化劑和70#基質(zhì)瀝青。以REOB的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%為例，乳化瀝青配合比為：m(乳化劑):m(蒸餾水):m(REOB):m(基質(zhì)瀝青)=2.9:34.1:2.0:61.0。乳化瀝青的制備流程如下[18-22]。

1)瀝青準(zhǔn)備。將70#基質(zhì)瀝青放在烘箱中加熱，使其具有很好的流動(dòng)性。加熱溫度不宜過高或過低，一般控制在130 ℃左右。

2)皂液制備。向容器中加入稱量好的蒸餾水和乳化劑，用玻璃棒進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁蛊涑蔀榛旌暇鶆虻脑硪?。將盛有皂液的容器放在電磁爐上加熱，加熱溫度控制約為70 ℃。

3)瀝青乳化。用熱水對(duì)膠體磨進(jìn)行充分預(yù)熱后，先向膠體磨中加入皂液，打開膠體磨，將加熱好的基質(zhì)瀝青與REOB同時(shí)加入到膠體磨中，用玻璃棒進(jìn)行手動(dòng)攪拌，研磨1～2 min后關(guān)閉膠體磨。

4)乳液貯存。將制備好的乳化瀝青盛入干凈的儲(chǔ)罐中，用封口膜將罐口密封，并進(jìn)行避光保存。

1.2.2 REOB改性乳化瀝青技術(shù)指標(biāo)

對(duì)REOB質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0、2%、4%、6%的乳化瀝青進(jìn)行檢測(cè)，得到的檢測(cè)結(jié)果與乳化瀝青技術(shù)要求對(duì)比如表3所示。由表3可知，4種乳化瀝青的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足技術(shù)要求。

表3 REOB改性乳化瀝青指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果與技術(shù)要求對(duì)比

圖1 REOB改性乳化瀝青冷再生混合料合成級(jí)配曲線

1.3 級(jí)配曲線

進(jìn)行乳化瀝青冷再生混合料級(jí)配設(shè)計(jì)時(shí)，為提高混合料的早期強(qiáng)度，加入的普通硅酸鹽水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%，機(jī)制砂為25%，礦粉為5%,混合料的合成級(jí)配曲線如圖1所示。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

通過測(cè)定不同REOB質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下乳化瀝青冷再生混合料表面瀝青4組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化，分析REOB對(duì)舊瀝青的軟化效果，進(jìn)而驗(yàn)證REOB質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)冷再生混合料壓實(shí)特性的影響規(guī)律。

不同REOB質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下試件的空隙率[23-25]

(1)

式中:γa為試件的毛體積相對(duì)密度，無量綱；γb為混合料最大理論相對(duì)密度，無量綱。

表4 不同種類乳化瀝青條件下的空隙率

采用馬歇爾擊實(shí)方式成型試件，養(yǎng)生前擊實(shí)次數(shù)為雙面各50次，60 ℃烘箱養(yǎng)生48 h后，再雙面各擊實(shí)25次，室溫冷卻12 h，脫模。

根據(jù)文獻(xiàn)[26]測(cè)定試件的毛體積相對(duì)密度及混合料的最大理論相對(duì)密度，并根據(jù)式(1)得到混合料的空隙率數(shù)據(jù)如表4所示。

表5 棒狀色譜分析儀檢測(cè)結(jié)果 %

保持其他影響因素不變，分別用REOB質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0、2%、4%、6%的乳化瀝青拌制冷再生混合料，待混合料表面的乳化瀝青破乳后，采用棒狀色譜分析儀對(duì)不同REOB質(zhì)量分?jǐn)?shù)乳化瀝青冷再生混合料表面進(jìn)行瀝青4組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定，檢測(cè)結(jié)果如表5所示。

由表4、5可以看出，REOB質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時(shí)，混合料表面瀝青中的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)總質(zhì)量分?jǐn)?shù)比REOB質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0時(shí)稍有增加，芳香分和飽和分的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)稍有減少，對(duì)RAP料表面的舊瀝青起不到軟化作用，混合料不易被壓實(shí)，因此試件的空隙率稍有增加；REOB質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%時(shí)，混合料表面瀝青中膠質(zhì)與瀝青質(zhì)的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)比REOB質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時(shí)略微減少，芳香分和飽和分的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)稍有增加，混合料表面瀝青稍有軟化，混合料的壓實(shí)效果有些改善，因此試件的空隙率稍有減小；當(dāng)REOB質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%時(shí)，混合料表面瀝青中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯減少，芳香分和飽和分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯增加，對(duì)舊瀝青具有明顯的軟化效果，混合料的壓實(shí)效果得到明顯改善，因此試件的空隙率明顯減小。

3 結(jié)論

1)隨著REOB質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，混合料試件的空隙率先增大后減小。當(dāng)REOB質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%時(shí)，REOB改性乳化瀝青對(duì)舊瀝青具有明顯的軟化作用，混合料試件空隙率減小的幅度更為明顯。

2)REOB的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)冷再生混合料壓實(shí)特性的影響規(guī)律，可為實(shí)際工程中乳化瀝青的選擇提供科學(xué)依據(jù)，能夠提高實(shí)際工程中路面的路用性能，延長(zhǎng)路面的使用壽命。

3)為進(jìn)一步探究REOB質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)混合料壓實(shí)特性的影響，應(yīng)選擇更多REOB的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例進(jìn)行比較，綜合分析REOB改性乳化瀝青對(duì)冷再生混合料空隙率的影響。