表面活性溫拌再生劑對(duì)再生瀝青及其混合料性能影響研究

(1.貴州省凱里公路局 貴州 凱里 556000；2.齊魯交通發(fā)展集團(tuán)有限公司 山東 濟(jì)南 250014)

引言

公路交通運(yùn)輸是我國(guó)構(gòu)建綜合交通運(yùn)輸體系的重要一環(huán)，自上世紀(jì)90年代，我國(guó)第一條高速公路——滬嘉高速公路通車至今，我國(guó)公路總里程已經(jīng)達(dá)到477.35萬(wàn)公里，其中高速公路13.65萬(wàn)公里。瀝青路面是我國(guó)高速公路的主要路面形式，具有行車舒適、路面噪音低、易于養(yǎng)護(hù)和抗滑能力高等優(yōu)點(diǎn)。

瀝青路面的使用壽命一般為15～20年，在環(huán)境與荷載的作用下，瀝青路面易產(chǎn)生車轍、剝落、裂縫、坑槽等病害，影響公路的服務(wù)水平，因此，需要定期對(duì)瀝青路面進(jìn)行養(yǎng)護(hù)?，F(xiàn)階段我國(guó)對(duì)瀝青路面的養(yǎng)護(hù)方式可以分為小修保養(yǎng)、中修、大修和改建，一般的瀝青路面病害，如松散、表面磨光、微裂縫等，可以采用霧封層、稀漿封層、微表處、超薄磨耗層等的方式進(jìn)行處治。當(dāng)路面發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，如荷載或溫度應(yīng)力導(dǎo)致的大面積開裂或因路面結(jié)構(gòu)承載力不足導(dǎo)致的車轍等病害，為了恢復(fù)道路的服務(wù)能力，需要對(duì)道路進(jìn)行中修、大修或改建。相關(guān)研究表明，我國(guó)每年因高速公路養(yǎng)護(hù)產(chǎn)生的廢舊瀝青混合料(RAP)達(dá)到400萬(wàn)噸以上，RAP含有大量可再生的舊瀝青與集料，如果將這些材料重復(fù)使用在道路工程的建設(shè)與養(yǎng)護(hù)中，每年可節(jié)省近30億的材料費(fèi)用，同時(shí)減少RAP對(duì)周圍環(huán)境的污染[1]。

一、表面活性劑的基本結(jié)構(gòu)

表面活性劑具有潤(rùn)濕、降粘、增溶、分散等作用，能夠降低瀝青-集料之間的界面張力，本文選擇表面活性劑作為溫拌劑的原材料。

表面活性劑又被稱為界面活性劑，是一種雙親分子，由極性基團(tuán)與非極性基團(tuán)組成，一般根據(jù)表面活性劑極性基團(tuán)的結(jié)構(gòu)形式將其劃分為：陰離子型表面活性劑、陽(yáng)離子表面活性劑、兩性離子表面活性劑和非離子表面活性劑。

表面活性劑分子的結(jié)構(gòu)具有不對(duì)稱性，一端為親水的極性基團(tuán)，簡(jiǎn)稱親水基，另一端為親油的非極性基團(tuán)，簡(jiǎn)稱親油基，由于其兩親性的特點(diǎn)，擁有獨(dú)特的界面活性作用，常被作為增溶劑、潤(rùn)滑劑、乳化劑、消泡劑使用。表面活性劑的界面活性作用受到親水親油平衡值(HLB)的影響，HLB值表征表面活性劑與極性物質(zhì)的結(jié)合能力，HLB值越低，親水性越弱，親油性越強(qiáng)，研究表明：當(dāng)表面活性劑的HLB介于3～9，分子碳鏈長(zhǎng)度為10～18之間時(shí)，能夠在瀝青表面形成穩(wěn)定的定向排列，降低瀝青與集料的接觸角，增強(qiáng)瀝青在集料表面的分散與浸潤(rùn)能力[2]。

表1 表面活性劑的分類

二、表面活性劑對(duì)固-液界面潤(rùn)濕性質(zhì)的影響

表面活性劑的濃度和吸附層中表面活性劑分子或離子的定向狀態(tài)決定了固-液界面的潤(rùn)濕性質(zhì)，通常吸附層通過以下兩種方式改變固-液界面的潤(rùn)濕性質(zhì)[3]。

①表面活性劑的疏水基直接吸附在固體表面，隨著表面活性劑濃度的增加，其分子先平躺，之后親水基翹向液相，最后親水基指向液相，形成定向排列。

②表面活性劑的親水基以電性或其他機(jī)性作用力直接吸附在固體表面，隨著表面活性劑的增加，先形成飽和定向單層，隨后在疏水基的相互作用下親水基向外排列。

根據(jù)表面自由能理論，瀝青在集料表面的潤(rùn)濕過程分為沾濕、浸濕、鋪展。由于瀝青具有較高的粘度和內(nèi)聚功，不能在集料表面自行鋪展，為改善瀝青-集料體系的潤(rùn)濕性質(zhì)，可以通過在瀝青中加入表面活性劑，利用其潤(rùn)濕作用降低瀝青的表面張力，使其能夠潤(rùn)濕集料表面。

三、表面活性溫拌再生劑的研究?jī)?nèi)容

對(duì)于廢舊瀝青混合料(RAP)，由于老化瀝青的粘度和軟化點(diǎn)較高，為保證老化瀝青與新瀝青充分融合，同時(shí)減少瀝青的二次老化，在再生瀝青混合料生產(chǎn)過程中，一般要求新瀝青與新集料具有較高的加熱溫度。隨著RAP摻量的增加，新集料與新瀝青的加熱溫度逐步升高，相關(guān)研究表明，當(dāng)RAP摻量大于40%，含水率高于3%時(shí)，新集料的加熱溫度要求在230℃以上，才能保證再生瀝青混合料的出料溫度在150～160℃之間[4]。

為解決以上問題，美德維實(shí)偉克公司將Evotherm溫拌劑使用在廠拌熱再生瀝青混合料中，結(jié)果表明：該溫拌劑能夠降低集料與瀝青的加熱溫度20～40℃，同時(shí)提高RAP的摻量。對(duì)再生瀝青混合料的路用性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示：相比于一般熱拌再生瀝青混合料，溫拌再生瀝青混合料具有更高的低溫和水穩(wěn)定性[3]。

丁濟(jì)同對(duì)使用Evotherm溫拌劑的再生瀝青混合料的壓實(shí)性能進(jìn)行了研究，通過變溫壓實(shí)的方法，研究了再生瀝青混合料壓實(shí)溫度與空隙率的關(guān)系，結(jié)果表明：溫拌再生瀝青混合料的拌和與壓實(shí)溫度比熱再生瀝青混合料低10～27℃[5]。

王維營(yíng)使用費(fèi)托蠟和表面活性劑作為溫拌材料，針對(duì)大比例的溫拌再生瀝青混合料(50%、70%)，研究了溫拌瀝青的流變特性與溫拌再生瀝青混合料的路用性能及抗疲勞特性，結(jié)果表明：兩種溫拌劑均能提升瀝青的低溫蠕變及抗疲勞性能，可以有效降低瀝青的粘度，提升瀝青混合料的低溫性能[1]。

季節(jié)，奚進(jìn)等人采用干拌和濕拌兩種工藝配置了有機(jī)添加劑類的WRMA，與HRMA進(jìn)行性能對(duì)比，結(jié)果表明：在RAP摻量一定的條件下，WRMA的路用性能除高溫抗變形能力較HRMA有所提高，低溫和水穩(wěn)性能均有不同程度下降；隨著RAP摻量增加，高溫抗變形性能增加，而低溫抗裂性、水穩(wěn)定性能均下降[6]。

四、溫拌再生瀝青混合料性能分析

不加再生劑、使用熱拌再生劑和溫拌再生劑的瀝青混合料，動(dòng)穩(wěn)定度均滿足規(guī)范中大于800次/mm的要求，這與再生瀝青動(dòng)態(tài)剪切流變實(shí)驗(yàn)的結(jié)果一致，即瀝青老化后，抗變形能力提高。熱拌再生劑和溫拌再生劑對(duì)瀝青混合料的高溫性能有負(fù)面影響，相對(duì)于未使用再生劑的再生瀝青混合料，動(dòng)穩(wěn)定度下降了11%、25.2%。三種再生方式得到的再生瀝青混合料都滿足規(guī)范中≥2000με的要求，試件的破壞彎拉強(qiáng)度差異較小，再生瀝青混合料最大破壞彎拉應(yīng)變由大到小為：加熱拌再生劑>加溫拌再生劑>不加再生劑，表明，溫拌再生劑和熱拌再生劑對(duì)再生瀝青混合料的低溫性能均有改善效果，并且熱拌再生劑對(duì)低溫性能的改善優(yōu)于溫拌再生劑。再生瀝青混合料破壞彎曲勁度模量由大到小為不加再生劑>加溫拌再生劑>加熱拌再生劑，熱拌再生劑和溫拌再生劑都降低了瀝青混合料的彎曲勁度模量，這主要是因?yàn)樵偕鷦┦估匣癁r青軟化，提高了老化瀝青在低溫狀態(tài)下的應(yīng)力松弛能力。

結(jié)論

(1)雖然在瀝青再生利用和溫拌技術(shù)兩方面，已有大量的成果，但是對(duì)于溫拌再生瀝青混合料的研究尚處于探索階段,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于溫拌再生技術(shù)的研究主要集中在再生混合料的路用性能方面。

(2)熱拌再生劑在高溫及低溫性能方面對(duì)再生瀝青及混合料性能的影響效果較好，溫拌再生劑對(duì)瀝青水穩(wěn)定性具有較好的影響。