溫-熱拌再生劑對再生瀝青及其混合料性能的影響研究

李韋劍

摘要：為對比研究溫拌與熱拌再生劑對再生瀝青及混合料的性能的影響，文章通過分析不同添加劑對老化瀝青性能的恢復(fù)，開展室內(nèi)試驗(yàn)探究了不同再生瀝青對其混合料路用性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明：新瀝青的摻入對老化瀝青性能恢復(fù)有顯著的作用，溫拌再生與熱拌再生劑對老化瀝青的針入度和軟化點(diǎn)恢復(fù)效果相近，溫拌再生劑可以更有效地恢復(fù)老化瀝青的延度，同時(shí)使再生瀝青的黏度低于新瀝青;溫拌再生劑更大程度地恢復(fù)了老化瀝青的復(fù)數(shù)剪切模量，但導(dǎo)致了再生瀝青黏彈性比例失調(diào);溫拌再生劑對瀝青混合料的水穩(wěn)定性改善高于熱拌再生劑，但低溫及高溫性能略低于熱拌再生劑。

關(guān)鍵詞：道路工程;瀝青混合料;溫拌再生劑;熱拌再生劑;路用性能

中國分類號：U414文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

隨著瀝青再生技術(shù)的發(fā)展，溫拌再生瀝青技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，該技術(shù)的應(yīng)用可以降低混合料的拌和溫度、提高RAP的摻量，既降低了能源的消耗，減少了污染物的排放，也可控制瀝青的二次老化，提高再生瀝青混合料性能。

已有眾多學(xué)者對瀝青溫拌再生技術(shù)進(jìn)行了研究：郭乃勝等對影響溫拌再生瀝青混合料性能的因素進(jìn)行了分析，認(rèn)為溫拌劑和RAP摻量是主要影響因素;劉唐志等將Evotherm溫拌技術(shù)應(yīng)用于溫拌再生，研究了RAP摻量與瀝青混合料性能的關(guān)系，認(rèn)為隨著RAP摻量的提高，瀝青混合料水穩(wěn)定性先增大后減小[1];李立寒等研究了軟-硬復(fù)配溫拌再生瀝青混合料的性能，認(rèn)為此技術(shù)可以使再生瀝青混合料滿足路用性能，且疲勞性能明顯占優(yōu)[2-3];陳靜云等研究了利用SHRP方法對再生瀝青性能進(jìn)行評價(jià)，認(rèn)為再生瀝青高溫穩(wěn)定性、耐疲勞性和抗裂性較好[4];張遙等評價(jià)了生物型再生劑的作用效果，認(rèn)為該再生劑提高了再生瀝青混合料的低溫、水穩(wěn)定性，降低了高溫穩(wěn)定性[5]。綜上所述，目前對再生技術(shù)已有較詳盡的研究，但對熱拌和溫拌再生劑性能對比的研究仍較少。本文基于復(fù)配表面活性溫拌再生劑，對比評價(jià)熱拌再生劑與溫拌再生劑對瀝青膠結(jié)料及混合料性能的影響。

1 原材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 再生劑技術(shù)指標(biāo)

溫拌再生劑為自主開發(fā)的A型溫拌再生劑，溫拌再生劑主要組分為三類表面活性劑及一種富含芳香分的輕質(zhì)油分，經(jīng)試驗(yàn)確定最佳摻量為7%，選擇最佳摻量相同的B型熱拌再生劑為對照試驗(yàn)組，再生劑各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

1.2 原樣及老化瀝青性能

本文選用中石化70#瀝青，通過旋轉(zhuǎn)抽提試驗(yàn)制備老化瀝青樣本，并對老化前后混合瀝青性能進(jìn)行檢測，其性能指標(biāo)如表2所示。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

目前對于再生瀝青性能的研究通常是探討再生劑對于老化瀝青性能的改善，但是由于溫拌再生劑的設(shè)計(jì)作用范圍不僅限于RAP中的老化瀝青，其中表面活性組分對新瀝青同樣起到改性作用，且新-舊瀝青共同存在并相互滲透的情況更符合瀝青路面再生工程中的實(shí)際情況，因此模擬實(shí)際條件下老化瀝青與新瀝青的接觸融合條件將新瀝青與老化瀝青以6：4的比例混合攪拌，采用再生瀝青的延度、針入度、軟化點(diǎn)評價(jià)膠結(jié)料的基本力學(xué)性能;通過測定再生瀝青95 ℃及135 ℃的布氏黏度，對兩種再生劑的黏度恢復(fù)效果及溫拌效果進(jìn)行評價(jià);為對各條件下再生瀝青的流變性能進(jìn)行探究，采用DSR試驗(yàn)，PG分級模式，測定瀝青復(fù)數(shù)模量及相位角;此外，為全面對比評價(jià)各條件下再生瀝青混合料路用性能，分別采用了馬歇爾殘留穩(wěn)定度、 動(dòng)穩(wěn)定度以及破壞彎拉應(yīng)變對其水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性及低溫性能進(jìn)行了評價(jià)。

2 再生瀝青性能分析

2.1 再生瀝青基本力學(xué)性能分析

為研究溫拌再生劑對再生瀝青基本力學(xué)性能的影響，測定各狀態(tài)下瀝青的三大指標(biāo)，測定結(jié)果如表3所示。

70#基質(zhì)瀝青經(jīng)過老化后，針入度及延度下降，軟化點(diǎn)升高，新瀝青的摻入使得老化瀝青性能得到一定程度的恢復(fù);繼續(xù)添加再生劑，針入度和軟化點(diǎn)的恢復(fù)進(jìn)一步提升，基本恢復(fù)至瀝青老化前的水平;熱拌再生劑對延度的恢復(fù)程度僅有58.9%，溫拌再生劑則可以使該比例提高至71.0%。

分析認(rèn)為，老化瀝青與新瀝青組分差異性較大，難以相互滲透，廠拌熱再生拌和工藝為非剪切式，新老瀝青難以混溶，舊瀝青表面的吸收瀝青及表層有效瀝青較少，多為表層無效瀝青[6]，導(dǎo)致混合瀝青性能較基質(zhì)瀝青大幅降低;熱拌再生劑與溫拌再生劑均可通過對舊瀝青組分調(diào)節(jié)還原，使針入度與軟化點(diǎn)恢復(fù);溫拌再生劑中的表面活性組分作用于新舊瀝青表面，降低老化瀝青極性，促進(jìn)新、舊瀝青相互滲透，性能上表現(xiàn)為瀝青延度恢復(fù)比例提高，溫拌再生劑對混合瀝青延度恢復(fù)的作用優(yōu)于熱拌再生劑。

2.2 再生瀝青黏度分析

使用Brookfield DV-Ⅱ旋轉(zhuǎn)黏度儀，以50 dr/min的速度測試在95 ℃及135 ℃瀝青的黏度，結(jié)果見表4。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，70#基質(zhì)瀝青老化后，95 ℃及135 ℃黏度分別上升了457.5%和82%，老化瀝青中摻入新瀝青混合攪拌后，其黏度得到一定程度的恢復(fù)，但仍大幅高于老化前，這是因?yàn)樾聻r青中含有部分膠質(zhì)與瀝青質(zhì)，芳香分含量有限，對老化瀝青的組分調(diào)節(jié)能力受到限制;溫拌再生劑與熱拌再生劑均使混合瀝青黏度大幅降低，熱拌再生劑摻入后，輕質(zhì)油分稀釋了混合料瀝青，導(dǎo)致瀝青黏度大幅下降，熱拌再生劑降黏效果主要由于瀝青被輕質(zhì)油分稀釋。溫拌再生劑含有較多的表面活性劑，表面活性組分充分作用于新-老瀝青，在瀝青質(zhì)分子間起到了潤滑作用，增大了瀝青質(zhì)的流動(dòng)能力，因此溫拌再生混合瀝青的黏度低于新瀝青的，起到了良好的溫拌效果。

2.3 流變特性

瀝青流變特性的測定采用動(dòng)態(tài)剪切流變儀，模式為溫度掃描，溫度為40 ℃～64 ℃，溫度梯度為6 ℃，應(yīng)力控制大小為0.12 Pa·s，實(shí)驗(yàn)頻率為10 Hz，試樣厚度為1 mm，直徑為25 mm，測定瀝青樣品復(fù)數(shù)剪切模量G*、相位角δ，各瀝青樣品實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

由表5可知，各瀝青樣品相位角δ均隨溫度升高而增大，復(fù)數(shù)剪切模量G*隨溫度升高而降低，瀝青黏性提升、彈性減小，抗變形能力減弱;基質(zhì)瀝青、老化瀝青及混合瀝青在40 ℃下的黏彈性比分別為0.238、0.311、0.265;64 ℃下分別為0.168、0.175、0.136;各溫度下老化瀝青復(fù)數(shù)模量G*及抗車轍因子G*/sinδ均為最高，抗變形能力最強(qiáng)，其后依次為混合瀝青、摻入熱拌再生劑的混合瀝青、基質(zhì)瀝青、摻入溫拌再生劑的混合瀝青;混合瀝青摻入熱拌再生劑后，40 ℃時(shí)黏彈性比例為0.281，64 ℃時(shí)黏彈性比例0.129，摻入溫拌再生劑后，40 ℃時(shí)黏彈性比例為0.201，64 ℃時(shí)黏彈性比例0.047;隨著溫度升高，老化瀝青彈性模量下降速率慢于基質(zhì)瀝青，黏性模量下降速率快于基質(zhì)瀝青。

分析認(rèn)為，瀝青老化后，彈性增加，黏性降低，瀝青剪切變形中，因變形產(chǎn)生的機(jī)械能所占比例上升，內(nèi)部摩擦產(chǎn)生的熱能占比降低，抗變形能力增加，由黏彈性體向彈性體轉(zhuǎn)變。溫拌再生劑的摻入使老化瀝青力學(xué)性能向老化前還原，復(fù)數(shù)剪切模量減小，較高溫度下再生瀝青的彈性占比降低，是因?yàn)闇匕柙偕鷦┘铀倭嘶旌蠟r青在升溫時(shí)瀝青黏彈性性能損失;混合瀝青中添加熱拌再生劑，瀝青彈性模量、黏性模量降低幅度雖少于溫拌再生劑，但未出現(xiàn)高溫下的黏彈性比例失調(diào)，測試所有溫度下，黏彈性比例更加接近新瀝青，由此可見熱拌再生劑對瀝青的黏彈性起到了較好的恢復(fù)作用，表明再生過程中，熱拌再生劑對瀝青流變性能的總體影響優(yōu)于溫拌再生劑。

3 再生瀝青混合料性能

RAP取自G60高速貴州麻江至凱里段，RAP中瀝青含量為4.1%，為防止RAP結(jié)團(tuán)、確保RAP均勻性，對其進(jìn)行破碎篩分，分檔抽提確定級配[7]，再生瀝青混合料目標(biāo)級配為AC-16，RAP摻量為40%，新料分為0～10 mm、10～20 mm石灰?guī)r及石灰?guī)r礦粉，使用馬歇爾設(shè)計(jì)方法，確定最佳油石比為4.9%，新添瀝青含量為3.26%。

3.1 再生瀝青混合料高溫穩(wěn)定性

為評價(jià)再生瀝青混合料的高溫條件下抵抗永久變形的能力，進(jìn)行室內(nèi)車轍實(shí)驗(yàn)，分別對摻入情況不同的再生瀝青混合料進(jìn)行測定，輪壓為0.7 MPa，實(shí)驗(yàn)溫度為60 ℃，碾壓速度為42次/min，碾壓時(shí)間為60 min，結(jié)果見表6。

由表6可知，加入RAP后的瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度較高，即瀝青老化后，抗變形能力提高，與動(dòng)態(tài)剪切流變實(shí)驗(yàn)結(jié)論相符，熱拌與溫拌再生劑作用于瀝青混合料，使動(dòng)穩(wěn)定度分別降低11%及25.2%，仍高于規(guī)范的要求。相比熱拌再生劑，溫拌再生劑使再生瀝青在60 ℃下表現(xiàn)出更明顯的彈塑性特征，受到荷載后產(chǎn)生了部分不可恢復(fù)變形，變形疊加形成車轍，同時(shí)溫拌再生瀝青黏度較低，根據(jù)庫倫公式τ=tanφ+c，60 ℃下黏度較小的再生瀝青其粘聚力較小，降低了混合料的抗剪切能力，膠結(jié)料易向兩側(cè)移動(dòng)，加劇了荷載作用下車轍深度的擴(kuò)大;溫拌再生劑的摻入使瀝青動(dòng)穩(wěn)定度損失較大，這與動(dòng)態(tài)剪切流變實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果一致。

3.2 再生瀝青混合料水穩(wěn)定性

本文通過測定再生瀝青混合料在60 ℃下浸水30 min及48 h的馬歇爾穩(wěn)定度，評價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

由表7可知，采用各再生方式混合料浸水30 min及48 h后，穩(wěn)定性大小均為添加溫拌再生劑的最高，之后分別為添加熱拌再生劑、不添加再生劑，三組穩(wěn)定性在浸水30 min時(shí)差異較小，但在浸水48 h后則出現(xiàn)一定區(qū)別，添加再生劑的瀝青混合料殘留穩(wěn)定度較高，其中，添加溫拌再生劑的略高于添加熱拌再生劑的。結(jié)合前文的分析結(jié)果認(rèn)為，新舊瀝青中存在的性質(zhì)差異，影響了兩者的互相滲透與溶解，未添加再生劑的瀝青混合料，新舊瀝青混溶程度較低，結(jié)合薄弱，老化瀝青彈性模量高，黏性模量低，與集料的粘附強(qiáng)度低，在長時(shí)間的高溫與水浸泡耦合作用下，再生瀝青混合料中存在的液-液、固-液薄弱結(jié)合面失穩(wěn)，導(dǎo)致了瀝青混合料水穩(wěn)定性下降[8]，添加熱拌再生劑后，部分恢復(fù)了老化瀝青性能，因而殘留穩(wěn)定度上升，添加溫拌再生劑后，既作用于老化瀝青，起到了恢復(fù)老化瀝青性能的作用，也作用于舊瀝青與新集料的結(jié)合面，降低了集料表面吸附能，促進(jìn)了結(jié)合面的穩(wěn)定[9-11]，宏觀表現(xiàn)為添加溫拌再生劑的再生混合料水穩(wěn)定性更好。

3.3 再生瀝青混合料低溫性能

本文通過低溫小梁彎曲試驗(yàn)方法，研究再生瀝青混合料低溫抗裂性能，試件為250 mm×30 mm×35 mm棱柱型小梁試件，跨徑為200 mm，試驗(yàn)溫度為-10 ℃，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，三種再生瀝青混合料均可以滿足規(guī)范要求，最大破壞彎拉應(yīng)變由大到小為熱拌再生劑、溫拌再生劑、不添加再生劑;破壞彎曲勁度模量由大到小為不添加再生劑、溫拌再生劑、熱拌再生劑。

分析認(rèn)為，溫拌和熱拌再生劑摻入再生瀝青混合料，可以改善低溫性能，一些研究顯示，在較高摻量水平下，溫拌再生瀝青混合料低溫性能通常較差[12]，實(shí)際結(jié)果表明，溫拌再生劑雖對瀝青低溫延度改善明顯，但導(dǎo)致瀝青抗變形能力降低，熱拌再生劑對低溫性能的改善優(yōu)于溫拌再生劑;兩種再生劑的摻入均降低了再生瀝青混合料的彎曲勁度模量，這是由于再生劑使老化瀝青軟化，提高了瀝青在低溫狀態(tài)下的應(yīng)力松弛能力。

4 結(jié)語

（1）在溫拌再生劑的性能研究中，采用新-舊混合瀝青實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ团c再生瀝青在混合料中的工作情況較接近。

（2）相同摻量的溫拌再生劑與熱拌再生劑對老化瀝青針入度及軟化點(diǎn)的恢復(fù)能力相近，但溫拌再生劑延度恢復(fù)能力較好;隨著溫度升高，溫拌再生劑大幅降低了再生瀝青黏度，起到良好的溫拌效果;溫拌再生劑、熱拌再生劑均可恢復(fù)老化瀝青復(fù)數(shù)模量及瀝青黏彈性模量比例，而高溫條件下溫拌再生瀝青黏彈性嚴(yán)重?fù)p失且比例失調(diào)。

（3）熱拌、溫拌再生瀝青混合料的高溫、低溫及水穩(wěn)定性能均滿足規(guī)范要求，溫拌再生劑摻入再生瀝青混合料較大程度降低了動(dòng)穩(wěn)定度，熱拌再生劑對再生瀝青混合料的高溫、低溫性能影響較好，溫拌再生劑對混合料的水穩(wěn)定性能作用效果相近，在性能要求較高的高等級路面再生工程中，推薦使用熱拌再生技術(shù)。

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