環(huán)保再生劑摻量對(duì)再生瀝青混合料路用性能影響研究

趙 鑫

（三門峽市公路局，河南三門峽472000）

近年來(lái)，隨著我國(guó)瀝青公路的大規(guī)模發(fā)展，由于路面維修和養(yǎng)護(hù)產(chǎn)生的廢舊瀝青混合料也逐漸增多，廢料的堆積不僅給環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重污染，更造成了較大的資源浪費(fèi)[1]。因此，通過(guò)再生劑恢復(fù)舊瀝青性能，同時(shí)結(jié)合再生技術(shù)對(duì)廢舊瀝青混合料進(jìn)行循環(huán)利用，對(duì)于保護(hù)生態(tài)環(huán)境以及資源的可持續(xù)發(fā)展都具有重要意義[2-4]。

目前，已有學(xué)者從不同角度研究了再生劑對(duì)再生瀝青混合料性能的影響，如王志美等[5]將再生劑按不同摻量摻入2 種抽提獲得的老化瀝青中，測(cè)試再生劑對(duì)老化瀝青基本物理性能和流變性能的影響，發(fā)現(xiàn)再生劑可顯著改善老化瀝青的施工和易性與低溫抗裂性，但會(huì)降低老化瀝青的高溫穩(wěn)定性；趙明宇等[6]發(fā)現(xiàn)聚合物改性再生劑在瀝青中形成聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可綜合改善再生瀝青膠漿的黏彈性能, 同時(shí)，膠漿材料組成對(duì)黏彈性能的影響顯著，研究?jī)?nèi)容對(duì)未來(lái)再生瀝青混凝土服役能力提升與廢棄瀝青混凝土高品質(zhì)利用均具有重要的推動(dòng)意義。程培峰等[7]針對(duì)輕質(zhì)油分再生劑對(duì)冷再生瀝青混合料性能的改善效果展開試驗(yàn)分析，研究發(fā)現(xiàn)再生劑對(duì)動(dòng)穩(wěn)定度的改善效果較為明顯，當(dāng)再生劑摻量為0.6%時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到極值, 隨著再生劑摻量的繼續(xù)增加，動(dòng)穩(wěn)定度呈下降趨勢(shì)。肖慶一等[8]采用以廢機(jī)油為主的再生劑實(shí)現(xiàn)了RAP 材料部分性能的再生，還可以使其保持較好的高溫穩(wěn)定性，對(duì)高舊料含量再生瀝青混合料的低溫抗裂性也有一定的提升。

由于傳統(tǒng)類再生劑大多會(huì)對(duì)環(huán)境造成不同程度的污染，而以上研究基本是針對(duì)傳統(tǒng)類再生劑，關(guān)于環(huán)保類再生劑的研究還相對(duì)較少，基于此，本文選擇了一種植物類環(huán)保型再生劑，針對(duì)其不同摻量對(duì)再生瀝青混合料路用性能的影響規(guī)律進(jìn)行對(duì)比分析，并得出了較優(yōu)摻量，其結(jié)論可為類似環(huán)保再生劑的推廣和應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 原材料

1.1 舊瀝青混合料

試驗(yàn)所用瀝青混合料取自某二級(jí)公路上面層銑刨料，經(jīng)檢測(cè)測(cè)得其技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 舊料主要技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果Table 1 Main technical indicators of used materials test results

根據(jù)表1 檢測(cè)結(jié)果可知，舊瀝青混合料部分性能指標(biāo)不能滿足技術(shù)要求，其中25℃針入度和15℃延度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于技術(shù)要求，而軟化點(diǎn)和60℃動(dòng)力粘度升高幅度較大，閃點(diǎn)雖滿足技術(shù)要求，但基本接近最低技術(shù)要求，為恢復(fù)其性能指標(biāo)，需采用再生劑改善舊料的瀝青性能，使其達(dá)到規(guī)范要求。

1.2 再生劑

試驗(yàn)研究采用RRM 再生劑，主要成分為二硫化二烯丙基，屬于植物類再生劑，其制作工藝簡(jiǎn)單，材料豐富，且對(duì)環(huán)境無(wú)污染，環(huán)保性能要優(yōu)于傳統(tǒng)再生劑，按照《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG F41-2008）規(guī)范要求檢測(cè)其性能指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 環(huán)保再生劑技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果Table 2 Testing results of environmental regenerant technical indicators

2 配合比設(shè)計(jì)

2.1 舊料級(jí)配設(shè)計(jì)

經(jīng)檢測(cè)確定舊料原級(jí)配設(shè)計(jì)屬于AC-16，通過(guò)對(duì)舊瀝青混合料進(jìn)行二次破碎和篩分得到舊料級(jí)配組成如圖1 所示。

圖1 舊料級(jí)配篩分結(jié)果Fig. 1 Grading and screening results of used materials

根據(jù)圖1 可知，由于長(zhǎng)期的車輛荷載作用，大部分粗集料被壓碎，細(xì)集料含量大幅度增長(zhǎng)，舊料級(jí)配已明顯偏離最佳級(jí)配設(shè)計(jì)要求，其中4.75mm 和9.5mm 檔集料超出級(jí)配要求范圍，因此為保證再生瀝青混合料基本性能，需摻入適量新的粗集料來(lái)調(diào)整舊料級(jí)配，使其滿足級(jí)配設(shè)計(jì)要求，經(jīng)重新調(diào)配后舊料最終級(jí)配設(shè)計(jì)見(jiàn)表3 所示。

表3 舊料級(jí)配組成Table 3 Composition of used materials gradation

2.2 瀝青性能分析

采用阿布森瀝青檢測(cè)方法測(cè)得舊料原石油比約為4.3%，按照上述舊料級(jí)配設(shè)計(jì)分別對(duì)摻入3%、6%、9%及12% 環(huán)保再生劑的回收瀝青進(jìn)行再生瀝青性能試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 不同摻量再生劑-瀝青性能試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Test results of asphalt performance with different dosage of regenerating-asphalt

根據(jù)表4 可知，隨著再生劑摻量的增大，回收瀝青的針入度、閃點(diǎn)及延度等性能指標(biāo)逐漸得到恢復(fù)，軟化點(diǎn)和60℃動(dòng)力粘度也逐漸降低，回收的瀝青性能指標(biāo)基本達(dá)到技術(shù)要求，由此說(shuō)明該環(huán)保再生劑可有效恢復(fù)舊瀝青各項(xiàng)性能指標(biāo)。

3 路用性能分析

為研究環(huán)保再生劑對(duì)再生瀝青混合料路用性能的影響，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE20-2011）規(guī)范要求，對(duì)不同再生劑摻量的再生瀝青混合料試件分別進(jìn)行高溫性能試驗(yàn)、低溫抗裂性能試驗(yàn)及水穩(wěn)定性能試驗(yàn)，具體分析過(guò)程如下。

3.1 高溫性能分析

通過(guò)對(duì)再生劑摻量分別為0%、3%、6%、9% 及12% 的再生瀝青混合料試件依次進(jìn)行三次車轍試驗(yàn)，得到不同再生劑摻量混合料的動(dòng)穩(wěn)定度變化曲線如圖2 所示。

圖2 不同再生劑摻量-動(dòng)穩(wěn)定度變化曲線Fig. 2 Variation curves of dynamic stability of different regenerator contents

根據(jù)圖2 可知，摻入環(huán)保再生劑的再生瀝青混合料三次車轍試驗(yàn)的動(dòng)穩(wěn)定度均得到要低于未摻再生劑的瀝青混合料試件，說(shuō)明環(huán)保再生劑可以改善再生混合料的高溫穩(wěn)定性能。隨著環(huán)保再生劑摻量的增大，再生瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度呈先減小后增大趨勢(shì)變化，當(dāng)再生劑摻量由3%增至9%時(shí)，三次車轍試驗(yàn)的動(dòng)穩(wěn)定度均不斷減小，在摻量為9% 時(shí)再生瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度降到最小值，此時(shí)再生瀝青混合料的高溫性能相對(duì)較優(yōu)，而當(dāng)再生劑摻量超過(guò)9% 后，其動(dòng)穩(wěn)定度開始逐漸上升，且再生劑摻量為9% 的瀝青混合料三次車轍試驗(yàn)結(jié)果差距相對(duì)最小，由此說(shuō)明環(huán)保再生劑摻量為9% 時(shí)，再生瀝青混合料的高溫性能可以恢復(fù)到一個(gè)相對(duì)較優(yōu)的程度。

3.2 低溫性能分析

通過(guò)對(duì)再生劑摻量分別為0%、3%、6%、9% 及12% 的再生瀝青混合料試件進(jìn)行小梁彎曲試驗(yàn)，得到不同再生劑摻量混合料的最大彎拉應(yīng)變和勁度模量變化曲線如圖3 所示。

圖3 最大彎拉應(yīng)變及勁度模量變化曲線Fig. 3 Maximum bending strain and stiffness modulus change curves

根據(jù)圖3 可知，環(huán)保再生劑的摻入可以顯著增強(qiáng)再生瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變和抗彎拉強(qiáng)度，且隨著再生劑摻量的增大，再生瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變值越來(lái)越大，抗變形能力越來(lái)越強(qiáng)，可有效提升其低溫抗裂性能。再生劑的摻入會(huì)顯著降低再生瀝青混合料的勁度模量，摻入3%、6%、9% 和12% 再生劑的再生瀝青混合料相對(duì)于未摻再生劑的瀝青混合料，其勁度模量分別 降 低 了 約 3269.6MPa、3003.2MPa、2709.9MPa 及4364.5MPa，其中再生劑摻量為9%的再生瀝青混合料勁度模量下降幅度相對(duì)較小，同時(shí)綜合最大彎拉應(yīng)變和抗彎拉強(qiáng)度隨再生劑摻量的變化情況來(lái)看，環(huán)保再生劑可以有效提升再生瀝青混合料的低溫性能，且再生劑摻量為9%的改善效果更優(yōu)。

3.3 水穩(wěn)定性能分析

通過(guò)對(duì)再生劑摻量分別為0%、3%、6%、9% 及12% 的再生瀝青混合料試件進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)，得到不同再生劑摻量混合料的殘留穩(wěn)定度變化曲線如圖4 所示。

圖4 瀝青混合料殘留穩(wěn)定度變化曲線Fig. 4 Residual stability curve of asphalt mixture

根據(jù)圖4 可知，隨著環(huán)保再生劑摻量的增大，再生瀝青混合料0.5h 和24h 的浸水穩(wěn)定度呈先減后增再減趨勢(shì)變化，整體趨勢(shì)有所下降，再生劑摻量為9% 時(shí)其穩(wěn)定度相對(duì)較大，說(shuō)明再生劑的摻入會(huì)一定程度降低再生瀝青混合料的穩(wěn)定度，但再生瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度會(huì)隨著再生劑摻量的增加而增大，當(dāng)再生劑摻量由3%增至9% 時(shí)，其殘留穩(wěn)定度增長(zhǎng)趨勢(shì)較大，摻量超過(guò)9%后，殘留穩(wěn)定度開始逐漸下降，由此可知，再生劑的摻入雖然會(huì)降低再生瀝青混合料不同周期的浸水穩(wěn)定度，但可以阻止其穩(wěn)定度的流失，有效提升了殘留穩(wěn)定度，從而顯著改善再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性能。

4 結(jié)論

通過(guò)采用車轍試驗(yàn)、小梁彎曲試驗(yàn)和浸水馬歇爾試驗(yàn)三種試驗(yàn)方法，對(duì)比分析了不同環(huán)保再生劑摻量再生瀝青混合料的高溫性能、低溫性能以及水穩(wěn)定性能，得到以下主要結(jié)論：

（1）環(huán)保再生劑的摻入會(huì)降低再生瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度，但其性能指標(biāo)基本滿足技術(shù)要求，再生劑摻量為9%的高溫性能較優(yōu)。

（2）環(huán)保再生劑的摻入可以顯著增強(qiáng)再生瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變和抗彎拉強(qiáng)度，但會(huì)顯著降低再生瀝青混合料的勁度模量，其中再生劑摻量為9% 的再生瀝青混合料勁度模量下降幅度相對(duì)較小，低溫性能改善效果更優(yōu)。

（3）環(huán)保再生劑摻量由3% 增至9% 時(shí)，再生瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度顯著增大，摻量超過(guò)9% 后，殘留穩(wěn)定度開始逐漸下降，摻量為9% 的再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性能更好。