添加廢舊機(jī)油預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料路用性能與耐久性研究

高建清

(1.中交一公局第五工程有限公司, 河北 廊坊 065201； 2.河北工業(yè)大學(xué) 公路交通基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)發(fā)展國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室， 天津 300404)

截止2018年底，我國(guó)公路總里程已經(jīng)達(dá)到了478萬(wàn)km，其中高速公路里程突破14萬(wàn)km，我國(guó)公路網(wǎng)和高速公路網(wǎng)規(guī)模已經(jīng)位居世界前列，與此同時(shí)，路面維修養(yǎng)護(hù)產(chǎn)生的廢舊路面材料問(wèn)題已經(jīng)成為制約公路行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要問(wèn)題[1-3]。泡沫瀝青冷再生技術(shù)是一種路面維修的重要方式，不僅可以恢復(fù)路面性能，還可以充分發(fā)揮廢舊瀝青路面材料(Recycled Asphalt Pavement Material， RAPM)的“殘留強(qiáng)度”和“剩余價(jià)值”，促進(jìn)RAPM的循環(huán)利用，保護(hù)生態(tài)環(huán)境、降低材料成本；相比熱再生技術(shù)，泡沫瀝青冷再生技術(shù)具有RAPM利用率高、施工便捷等優(yōu)勢(shì)，因而受到工程界和學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注，國(guó)內(nèi)研究也較多。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從原材料組成設(shè)計(jì)、配合比設(shè)計(jì)方法、微細(xì)觀強(qiáng)度形成機(jī)理與破壞機(jī)理、施工性能、路用性能、耐久性能及實(shí)體工程跟蹤檢測(cè)等方面深入研究了泡沫瀝青冷再生混合料的技術(shù)性能。王宏[4-7]等研究了試件成型方式、養(yǎng)生溫度、養(yǎng)生方式、水泥和泡沫瀝青等原材料組成對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料微細(xì)觀空隙結(jié)構(gòu)和集料分布狀況的影響，通過(guò)測(cè)試泡沫瀝青分散性狀與實(shí)體工程跟蹤檢測(cè)，揭示了泡沫瀝青冷再生基層(下面層)的強(qiáng)度形成機(jī)理與破壞機(jī)理。徐金枝[8-10]等從原材料組成角度揭示了材料組成、礦料級(jí)配等因素對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料力學(xué)性能、高低溫路用性能、抗松散性能和長(zhǎng)期抗變形能力的影響，為泡沫瀝青冷再生混合料推廣應(yīng)用提供了有益指導(dǎo)。郝培文[11]、李志剛[12-14]、劉娜[15]等[16-17]基于室內(nèi)試驗(yàn)研究了泡沫瀝青冷再生混合料養(yǎng)生方式、試件成型方式及干濕與凍融循環(huán)作用對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)方法、抗剪切性能與微觀空隙結(jié)構(gòu)的影響，并借鑒南非TG2規(guī)范提出了基于振動(dòng)成型的泡沫瀝青冷再生混合料三階段配合比設(shè)計(jì)方法，為確定泡沫瀝青冷再生混合料合理的配合比設(shè)計(jì)方法基于提供了理論依據(jù)。KIM Y[18-19]、YAN J[20]等基于數(shù)字圖像處理技術(shù)揭示了泡沫瀝青分散性狀對(duì)冷再生混合料干濕劈裂強(qiáng)度的影響機(jī)理，同時(shí)開展了泡沫瀝青冷再生混合料現(xiàn)場(chǎng)的使用性能跟蹤檢測(cè)。

上述相關(guān)研究成果為泡沫瀝青冷再生技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的推廣應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)，但是已有研究只是將RAPM作為“黑色集料”對(duì)待，RAPM的利用僅限于作為集料，RAPM中老化瀝青并沒(méi)有發(fā)揮黏結(jié)力作用，老化瀝青僅是再利用并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)RAPM表面老化瀝青的再生，沒(méi)有發(fā)揮老化瀝青應(yīng)有的價(jià)值，造成瀝青資源浪費(fèi)。針對(duì)上述問(wèn)題，考慮冷廢舊機(jī)油輕質(zhì)組分居多，有滲透、還原、再生老化瀝青功能，本文提出在泡沫瀝青冷再生混合料中添加適量機(jī)動(dòng)車回收廢舊機(jī)油，在拌和階段首先將廢舊機(jī)油與RAPM進(jìn)行預(yù)拌，以達(dá)到軟化老化瀝青、恢復(fù)老化瀝青黏結(jié)力，從而增強(qiáng)冷再生混合料黏聚力、改善路用性能，同時(shí)節(jié)省材料成本的目的。

1 預(yù)拌工藝與試驗(yàn)方案

1.1 原材料性能

回收瀝青路面材料(RAPM)取自G1817烏巴一級(jí)路改高速項(xiàng)目，老路瀝青混凝土層厚度為16cm(4cm厚SBS改性AC-13瀝青混凝土+5cm厚SBS改性AC-20瀝青混凝+7 cm厚AC-25瀝青混凝土)，道路已經(jīng)服役了6 a，RAPM由冷銑刨后獲取，經(jīng)二次破碎、篩分后分0～5、5～10、10～20、20～30mm共4檔存放，RAPM性能測(cè)試見(jiàn)表1，篩分試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。粗集料采用10～25mm石灰?guī)r碎石，針片狀含量9.3%、壓碎值18.6%、洛杉磯磨耗損失22.7%、毛體積相對(duì)密度2.708。細(xì)集料采用0～3mm機(jī)制砂，砂當(dāng)量82%、棱角性流動(dòng)時(shí)間35s，表觀相對(duì)密度2.711?；|(zhì)瀝青為克拉瑪依90#A級(jí)道路石油瀝青，基質(zhì)瀝青25℃針入度85.3(0.01mm)，軟化點(diǎn)47.9℃，針入度指數(shù)PI為-1.35，15℃延度大于100cm，基質(zhì)瀝青各項(xiàng)性能滿足JTG F41-2004規(guī)范要求。按照J(rèn)TG F41-2008附錄E泡沫瀝青發(fā)泡試驗(yàn)確定克拉瑪依基質(zhì)瀝青的最佳發(fā)泡溫度為165℃，最佳發(fā)泡用水量為2.0%，泡沫瀝青的膨脹率19(倍)、半衰期24s。廢舊機(jī)油為山東東營(yíng)廢油回收公司將機(jī)動(dòng)車保養(yǎng)換油置換出來(lái)的費(fèi)油經(jīng)沉淀、蒸餾、過(guò)濾得到的去雜質(zhì)機(jī)油，常溫下外觀為黑色黏稠液體，60℃黏度116cst，飽和分含量小于30%。采用PO42.5普通硅酸鹽水泥，水為飲用自來(lái)水。

表1 RAPM性能Table 1 RAPM performance類別RAPMRAPM料的組成含水率/%0.075 mm通過(guò)百分率變異性1/%變異性2/%超粒徑顆粒(>31 mm)含量/%瀝青含量/%瀝青粗集料細(xì)集料針入度/(0.1 mm)60 ℃黏度軟化點(diǎn)/℃15 ℃延度/cm壓碎值/%針片狀顆粒含量/%棱角性、流動(dòng)時(shí)間/s2.36 mm以下砂當(dāng)量試驗(yàn)結(jié)果 0.31.12.41.44.447.128568.74.618.45.84557規(guī)范要求<2.0±2.0±5.0<5.0實(shí)測(cè)實(shí)測(cè)實(shí)測(cè)實(shí)測(cè)實(shí)測(cè)<30<20.0>30>55

表2 RAPM料燃燒前后礦料級(jí)配Table 2 Mineral grading before and after burning of RAPM material篩孔/mmRAPM料/%燃燒后/%篩孔/mmRAPM料/%燃燒后/%26.50100.0100.02.36034.444.919.0094.5100.01.18024.038.616.0088.794.20.60017.026.413.2080.591.00.30011.717.89.5076.882.70.1507.112.14.7545.753.30.0754.17.9

1.2 泡沫瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)新舊集料篩分試驗(yàn)結(jié)果，以滿足JTGF41-2008中粒式泡沫瀝青冷再生混合料工程設(shè)計(jì)級(jí)配范圍為要求，確定10～25 mm(新集料)、0～3 mm(新集料)、0～5 mm(RAPM)、5～10 mm(RAPM)、10～20 mm(RAPM)、20～30 mm(RAPM)摻配比例為10∶3∶41∶25∶12∶9，RAPM摻量為87%，合成級(jí)配見(jiàn)表3。按照修正馬歇爾試驗(yàn)確定泡沫瀝青冷再生混合料最佳拌和用水量為5.7%、最佳泡沫瀝青用量為2.9%。最佳泡沫瀝青用量下的泡沫瀝青冷再生混合料劈裂強(qiáng)度為0.53MPa，空隙率12.7%，馬歇爾密度2.257g/cm3，干濕劈裂強(qiáng)度比88.9%、凍融劈裂強(qiáng)度比84.3%，滿足JTG F41-2008設(shè)計(jì)要求。

表3 中粒式泡沫瀝青冷再生混合料礦料級(jí)配Table 3 Granular foamed asphalt cold recycled mixture mineral gradation篩孔/mm合成級(jí)配%規(guī)范要求%篩孔/mm合成級(jí)配%規(guī)范要求%26.50100.01002.36034.430～5519.0094.590-1000.30011.710～309.5076.860～850.0754.16～204.7551.735～65

1.3 制備工藝

根據(jù)老化瀝青再生的“相容性理論”、“組分調(diào)節(jié)理論”，廢舊機(jī)油有一定稀釋、滲透功能，能夠提高RAPM老化瀝青中的芳香分含量、降低瀝青質(zhì)的相對(duì)含量、實(shí)現(xiàn)瀝青組分配比的協(xié)調(diào)，改善老化瀝青的流變特性，從而使老化瀝青獲得黏結(jié)力，廢舊機(jī)油預(yù)拌增強(qiáng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于其對(duì)老化RAP中的老化瀝青性能改善和發(fā)揮老化瀝青黏結(jié)力作用?；趶U舊機(jī)油預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料的技術(shù)原理，在拌和泡沫瀝青冷再生混合料前先將廢舊機(jī)油加入到RAPM中，加入2%拌和用水量，以500rad/min速率勻速攪拌3～5min，常溫燜料30min，使廢舊機(jī)油與RAPM充分接觸。接著加入新集料和1.5%水泥，攪拌90s，加入剩余3.7%拌和用水，攪拌90s，邊攪拌邊噴入泡沫瀝青，攪拌120s，完成泡沫瀝青冷再生混合料拌和。采用雙面各擊實(shí)50次成型馬歇爾試件，采用 “50+25”成型馬歇爾試件，主要考慮到加鋪上層瀝青混凝土層時(shí)壓路機(jī)的二次碾壓作用。將馬歇爾擊實(shí)后的試件不脫模在40℃環(huán)境箱中加速養(yǎng)生72h，然后取出馬歇爾試件，趁熱再雙面各擊實(shí)25次，待試件冷卻后完成試件制備。

1.4 試驗(yàn)方案

采用本文1.2所述預(yù)拌工藝，試驗(yàn)研究變化廢舊機(jī)油摻量為RAPM質(zhì)量的0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%，基于劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)、抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、貫入剪切試驗(yàn)、馬歇爾試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)壓縮模量試驗(yàn)研究廢舊機(jī)油預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料的強(qiáng)度特性，通過(guò)低溫彎曲試驗(yàn)、60 ℃車轍試驗(yàn)、浸水馬歇爾、凍融劈裂試驗(yàn)四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)和室內(nèi)加速加載試驗(yàn)研究廢舊機(jī)油預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料的路用性能和耐久性能。

2 廢舊機(jī)油預(yù)拌增強(qiáng)型瀝青混合料強(qiáng)度特性

2.1 劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)

試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，加載速率為50 mm/min，試驗(yàn)溫度為15 ℃，濕劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)方法、步驟按照J(rèn)TG F41-2008相關(guān)要求進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果Table 4 splitting strength test results廢舊機(jī)油摻量/%劈裂強(qiáng)度/MPa濕劈裂強(qiáng)度/MPa干濕劈裂強(qiáng)度比/%0.00.5300.52488.90.50.6850.65592.31.00.7230.70595.61.50.7520.74797.52.00.7960.77599.32.50.7120.66597.3規(guī)范要求>0.500—>75.0

由表4可見(jiàn)，摻加0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%廢舊機(jī)油后，廢舊機(jī)油預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料的干劈裂強(qiáng)度增大了29.2%、36.4%、41.9%、50.2%、34.3%，濕劈裂強(qiáng)度增大了25.2%、34.5%、42.6%、47.9%、26.9%，廢舊機(jī)油預(yù)拌增強(qiáng)泡沫瀝青冷再生混合料的干濕劈裂強(qiáng)度比也明顯大于普通泡沫瀝青冷再生混合料。隨著廢舊機(jī)油摻量增大，干、濕劈裂強(qiáng)度均先增大后減小，在廢舊機(jī)油摻量為1.5%～2.0%時(shí)，劈裂強(qiáng)度達(dá)到峰值，因此用于泡沫瀝青冷再生混合料的適宜廢舊機(jī)油摻量在2.0%左右。分析其原因，一方面，在試件成型和養(yǎng)生階段，廢舊機(jī)油起到了還原老化瀝青作用，老化瀝青性能改善和發(fā)揮老化瀝青黏結(jié)力作用，從而泡沫瀝青混合料內(nèi)部的泡沫瀝青砂漿與RAPM之間的界面黏附強(qiáng)度和泡沫瀝青砂漿之間的黏結(jié)強(qiáng)度有明顯提高，隨著廢舊機(jī)油摻量增大，廢舊機(jī)油的溶解、稀釋、滲透作用能夠還原的老化瀝青數(shù)量和侵入老化瀝青砂漿的深度都有增加，宏觀表現(xiàn)為劈裂強(qiáng)度增大；另一方面，普通冷再生混合料在拌和階段泡沫瀝青只是選擇性與細(xì)集料尤其是和礦粉接觸，加入廢舊機(jī)油，能夠在新集料和礦粉表面形成一定厚度油膜，在拌和過(guò)程更有利于集料與泡沫瀝青接觸，從而使得泡沫瀝青分散的更加均勻，泡沫瀝青的“焊點(diǎn)”更多，這對(duì)強(qiáng)度有利。但是廢舊機(jī)油溶解再生老化瀝青的能力有限，隨著廢舊機(jī)油摻量的進(jìn)一步增大，沒(méi)有與老化瀝青發(fā)生組分調(diào)節(jié)的自由廢舊機(jī)油，在試件受荷時(shí)起到了潤(rùn)滑、軟化界面作用，反而對(duì)劈裂強(qiáng)度有負(fù)面影響。

2.2 馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)

參照J(rèn)TG E20-2011進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，結(jié)果如下：選取0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%廢舊機(jī)油摻量,得出相對(duì)應(yīng)的馬歇爾穩(wěn)定度6.3、7.4、8.2、8.8、9.4、8.3 kN；其規(guī)范要求值為大于6 kN。

可見(jiàn)，隨著廢舊機(jī)油摻量的增大，馬歇爾穩(wěn)定度值先增大后減小，在摻廢舊機(jī)油摻量為2%時(shí)馬歇爾穩(wěn)定度達(dá)到最大，0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%廢機(jī)油摻量下，預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生的馬歇爾穩(wěn)定度比普通泡沫瀝青冷再生混合料增大了17.5%、30.2%、39.7%、49.2%、31.7%。廢機(jī)油摻量為1.0%～2.5%，廢機(jī)油預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料的馬歇爾穩(wěn)定度大于8 kN，滿足JTG F40-2004熱拌瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度要求。

2.3 貫入剪切試驗(yàn)

貫入剪切強(qiáng)度試驗(yàn)方法及試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理嚴(yán)格參照J(rèn)TG D50-2017附錄F進(jìn)行，采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型直徑100 mm、高100 mm圓柱體試件，試驗(yàn)加載速率1 mm/min，溫度為60 ℃，貫入應(yīng)力系數(shù)取0.34，試驗(yàn)結(jié)果如下：選取0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%廢舊機(jī)油摻量，得出相對(duì)應(yīng)的貫入剪切強(qiáng)度0.74、0.86、0.94、1.06、0.96、0.81 MPa。

貫入剪切試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著廢舊機(jī)油摻量增大，預(yù)拌增強(qiáng)型瀝青混合料的貫入剪切強(qiáng)度先增大后減小，0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%廢機(jī)油摻量下，預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生的貫入剪切強(qiáng)度比普通泡沫瀝青冷再生混合料增大了16.2%、27%、43.3%、29.7%、9.5%，在廢舊機(jī)油摻量為1.5%時(shí)貫入剪切強(qiáng)度達(dá)到最大值，在1.0%～2.0%廢舊機(jī)油摻量下，廢舊機(jī)油預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料的貫入剪切強(qiáng)度約為1.0 MPa，可達(dá)到熱拌瀝青混合料的貫入剪切強(qiáng)度水平。廢舊機(jī)油預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料的貫入剪切強(qiáng)度大于普通泡沫瀝青冷再生混合料，分析其原因，廢舊機(jī)油對(duì)老化瀝青的滲透、溶解、軟化、再生作用，恢復(fù)了老化瀝青的黏結(jié)力，老化瀝青恢復(fù)黏結(jié)力后起到次級(jí)結(jié)合料作用，提高了泡沫瀝青冷再生混合料內(nèi)部的黏結(jié)強(qiáng)度，隨著廢舊機(jī)油摻量增大，被廢舊機(jī)油還原的老化瀝青數(shù)量越多，同時(shí)廢舊機(jī)油滲透老化瀝青的深度越大，對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料黏聚力改善效果越明顯；廢舊機(jī)油在新集料表面形成油膜裹附，改變了泡沫瀝青選擇性與填料黏附接觸狀態(tài)，提高了泡沫瀝青與粗集料的黏附性。當(dāng)再生瀝青的數(shù)量達(dá)到飽和后，進(jìn)一步增大廢舊機(jī)油摻量，RAPM表層老化瀝青及泡沫瀝青被過(guò)渡軟化，瀝青膠結(jié)料因黏度顯著降低而不能發(fā)揮黏結(jié)力作用，且處于游離狀態(tài)的廢舊機(jī)油在集料表面形成富油層，對(duì)受荷時(shí)結(jié)構(gòu)面滑移起到了潤(rùn)滑作用，反而削弱了集料之間的骨架嵌擠作用。

2.4 動(dòng)態(tài)回彈模量試驗(yàn)

回彈模量是計(jì)算路面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)力學(xué)參數(shù)，為了更加真實(shí)地模擬路面結(jié)構(gòu)在行車荷載作用下的受力狀況，試驗(yàn)采用美國(guó)公路戰(zhàn)略研究計(jì)劃(SHRP)推薦的SPT系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)。動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)按照AASHTO TP62標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，試件尺寸為100mm×150mm(直徑×高)，試驗(yàn)溫度為20℃，加載頻率為5、10、25Hz，圍壓138kPa，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 動(dòng)態(tài)回彈模量試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Dynamic resilience modulus test results加載頻率/Hz以下廢舊機(jī)油摻量(%)動(dòng)態(tài)回彈模量/MPa00.51.01.52.02.553 4853 2383 0982 7542 6572 459104 4773 9883 7253 4223 2093 077255 6355 1674 9874 4444 2203 965

表5動(dòng)態(tài)回彈模量試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著試驗(yàn)加載頻率增大，各泡沫瀝青冷再生混合料的動(dòng)態(tài)回彈模量增大，加載頻率由5Hz增加至10Hz、5Hz增加至25Hz，0.5%～2.5%廢舊機(jī)油預(yù)拌泡沫瀝青冷再生混合料的動(dòng)態(tài)回彈模量增大了20%、50%以上，20℃試驗(yàn)溫度下，廢舊機(jī)油預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料在5、10、25Hz加載條件下的動(dòng)態(tài)模量約為2400～3200、3000～4000、4000～5000MPa，普通泡沫瀝青冷再生混合料在5、10、25Hz加載條件下的動(dòng)態(tài)模量為3485、4477、5635MPa，研究成果為泡沫瀝青冷再生層結(jié)構(gòu)計(jì)算選取動(dòng)態(tài)模量提供借鑒。相同加載頻率，隨著廢舊機(jī)油摻量增大，泡沫瀝青冷再生混合料動(dòng)態(tài)回彈模量呈線性關(guān)系降低(見(jiàn)圖1)，擬合優(yōu)化度R2大于0.95，加載頻率5、10、25Hz，摻加0.5%～2.5%廢舊機(jī)油的預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青比普通泡沫瀝青冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量降低了7.1%～29.4%、10.9%～31.3%、8.3%～29.6%。分析其原因，廢舊機(jī)油通過(guò)溶解、軟化老化瀝青使泡沫瀝青砂漿與RAPM界面黏結(jié)更穩(wěn)定，廢舊機(jī)油摻量越大，瀝青柔性粘結(jié)料數(shù)量增多，泡沫瀝青冷再生混合料柔性提高。

圖1 動(dòng)態(tài)回彈模量試驗(yàn)結(jié)果Figure 1 Dynamic resilience modulus test results

3 廢舊機(jī)油預(yù)拌增強(qiáng)型瀝青混合料路用性能

采用車轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)廢舊機(jī)油預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料的高溫穩(wěn)定性。試驗(yàn)方法按照J(rèn)TG E20-2011中T079-2011試驗(yàn)方法，結(jié)果見(jiàn)表6。采用低溫彎曲試驗(yàn)和低溫SCB試驗(yàn)綜合評(píng)價(jià)廢機(jī)油預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料的低溫性能，低溫彎曲試驗(yàn)按照J(rèn)TG E20-2011中T0728-2000試驗(yàn)方法進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。按照J(rèn)TG E20-

本文從中證指數(shù)有限公司官網(wǎng)收集了中證阿拉善生態(tài)主題100指數(shù)（CSI AEF Ecology 100 Index，指數(shù)代碼：399817）的成分股作為樣本股，2018年第一季度（報(bào)告期為2018-3-31）各支股票的上市公司的財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)均來(lái)源于巨潮資訊網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，考慮到數(shù)據(jù)缺失、公司體量差異較大、公司信息披露不完全等問(wèn)題，剔除了17支成份股，保留62支成份股，確定樣本容量為62。

表6 車轍試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Rutting test results廢舊機(jī)油摻量/%車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度/(次·mm-1)加載60 min車轍變形量/mm0.04 5691.8940.55 438 1.7541.05 548 1.7121.55 6691.6992.05 269 1.7832.54 849 1.812

2011中浸水馬歇爾試驗(yàn)(T0709-2011)和凍融劈裂試驗(yàn)(T0729-2000)綜合評(píng)定廢機(jī)油預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料的水穩(wěn)定性，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果Table 8 Water stability test results廢機(jī)油摻量/%凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)浸水馬歇爾試驗(yàn)凍融后ITS/MPaTSR/%浸水后馬歇爾穩(wěn)定度/kNMS00.00.4584.35.689.30.50.6594.57.297.51.00.6995.68.198.81.50.7498.38.799.42.00.7999.29.399.32.50.6996.48.298.2

由表6可知，泡沫瀝青冷再生混合料的動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到了4 500次/mm以上，摻加廢舊機(jī)油能明顯提高泡沫瀝青冷再生混合料的車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度，同時(shí)降低了車轍變形量。摻加0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%廢舊機(jī)油后，預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料的動(dòng)穩(wěn)定度比普通泡沫瀝青冷再生混合料增大了19%、21.4%、24.1%、15.3%、6.1%，廢舊機(jī)油預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料的動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到了5 000次/mm，表現(xiàn)出了優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性。隨著廢舊機(jī)油摻量增大，預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料的動(dòng)穩(wěn)定度先增大后減小，在廢舊機(jī)油摻量為1.5%時(shí)動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到最大值。分析其原因，廢舊機(jī)油恢復(fù)了老化瀝青的黏結(jié)力，使老化瀝青具有一定黏結(jié)強(qiáng)度，但也增加了泡沫瀝青砂漿和RAPM的感溫性，當(dāng)后者的劣化作用大于前者時(shí)，泡沫瀝青冷再生混合料的高溫抗變形能力將減弱。

由表7可知，泡沫瀝青冷再生混合料彎拉強(qiáng)度3.44 MPa、彎曲應(yīng)變1 198 με，彎拉強(qiáng)度和彎曲應(yīng)變約為熱拌瀝青混合料的三分之一。摻加0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%廢舊機(jī)油后，預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料的彎拉強(qiáng)度比普通泡沫瀝青冷再生混合料增大了28.2%、35.8%、42.2%、51.7%、38.1%，彎曲應(yīng)變?cè)龃罅?5%、47.2%、58.1%、59.6%、52.9%，隨著廢舊機(jī)油摻量增大，預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料彎拉強(qiáng)度、彎曲應(yīng)變均先增大后減小，在廢舊機(jī)油摻量達(dá)到1.5%～2.0%時(shí)彎拉強(qiáng)度與彎曲應(yīng)變達(dá)到最大值。分析其原因，廢舊機(jī)油的再生、軟化老化瀝青作用，一方面提高了泡沫瀝青冷再生混合料的黏結(jié)力和增加了泡沫瀝青的分散均勻性，保障了泡沫瀝青的有效分散和冷再生混合料的有效壓實(shí)；另一方面，RAPM表面的老化瀝青被還原后，瀝青的勁度減小、柔韌性增強(qiáng)，柔性粘結(jié)材料數(shù)量增多，冷再生混合料整體柔性、抗變形能力得到明顯提高，低溫性能得到改善。

由表8可知，普通泡沫瀝青冷再生混合料的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度大于85%，凍融劈裂強(qiáng)度比大于80%，摻加0.5%～2.5%廢舊機(jī)油后，預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比大于90%，浸水馬歇爾殘留強(qiáng)度大于95%，表現(xiàn)出了優(yōu)良的水穩(wěn)定性。

4 廢舊機(jī)油預(yù)拌增強(qiáng)型瀝青混合料耐久性能

4.1 四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)

試驗(yàn)方法按照J(rèn)TG E20-2011中T0739-2011四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)進(jìn)行，試驗(yàn)溫度15 ℃，加載頻率10 Hz，采用恒應(yīng)變控制的連續(xù)偏正弦加載模式，試件尺寸(長(zhǎng)度×厚度×寬度)380 mm×50mm×63.5 mm，試驗(yàn)采用400、600、750、1000 με 該4個(gè)應(yīng)變水平，試驗(yàn)終止條件為彎曲勁度模量降低到初始彎曲勁度模量50%對(duì)應(yīng)的加載循環(huán)次數(shù)。本次疲勞試驗(yàn)選擇的廢舊機(jī)油摻量為0.5%、1.5%、2.5%，基準(zhǔn)組為普通泡沫瀝青冷再生混合料，不同應(yīng)變水平下的疲勞壽命、累積耗散能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)結(jié)果Table 9 Four-point bending fatigue test results廢舊機(jī)油摻量/%初始勁度模量/MPa不同應(yīng)變水平(με)疲勞壽命/次不同應(yīng)變水平(με)累積耗散能/(J·m-3)3004006001 0003004006001 0000.04 694330 984130 43959 54013 685175 41356 89411 5685 6750.54 139449 825208 78099 84824 736220 80071 84631 1768 3801.53 920659 973310 844166 80053 056)454 389223 78696 73465 4782.53 439520 984240 946111 93437 656324 568165 76865 47811 576

由表9可見(jiàn)，各應(yīng)變水平條件下，廢機(jī)油預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料的疲勞壽命、耗散能大于普通泡沫瀝青冷再生混合料，隨著廢舊機(jī)油摻量增大，預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料初始勁度模量持續(xù)減小，摻加0.5%、1.5%、2.5%廢舊機(jī)油的泡沫瀝青冷再生混合料初始勁度模量降低了11.8%、16.5%、26.7%。在300、400、600、1000με應(yīng)變水平下，廢舊機(jī)油預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料疲勞壽命增大了35.9%～99.4%、60.1%～138.3%、67.7%～180.1%、80.8%～287.7%，累積耗散能增加了25.9%～159.1%、26.3%～293.3%、169.6%～736.2%、47.7%～155.3%，應(yīng)變水平越大，預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料的疲勞壽命和累積耗散能提高幅度越大，在廢舊機(jī)油摻量為1.5%時(shí)，預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料的疲勞壽命、累積耗散能在各應(yīng)力強(qiáng)度均達(dá)到最大值，表現(xiàn)出了優(yōu)良的抗疲勞耐久性能。

采用疲勞壽命(Nf)、累積耗散能(Wf)與應(yīng)變的雙對(duì)數(shù)擬合方程參數(shù)表征泡沫瀝青冷再生混合料疲勞性能，由圖2可見(jiàn)，疲勞方程的負(fù)線性擬合優(yōu)化度R2大于0.95，采用耗散能和疲勞荷載作用次數(shù)均能評(píng)價(jià)泡沫瀝青冷再生混合料的疲勞特性。疲勞方程斜率的絕對(duì)值越大，表明疲勞壽命對(duì)應(yīng)變水平的變化越敏感，增大應(yīng)變水平后疲勞壽命衰減幅度越大，擬合方程截距越大，表明疲勞曲線線位越高，相同應(yīng)變水平下相應(yīng)的疲勞壽命越大。摻加0.5%、1.5%、2.5%廢舊機(jī)油后，廢機(jī)油預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再混合料疲勞壽命擬合方程截距為25.213、27.324、26.449，比普通泡沫冷再生混合料增大了1.1%、9.6%、6.1%，疲勞方程斜率絕對(duì)值為2.356、2.033、2.141，比普通泡沫瀝青冷再生混合料減小了8.4%、20.9%、16.7%。累積耗散能在摻加0.5%、1.5%、2.5%廢舊機(jī)油后，擬合方程截距比普通泡沫冷再生混合料增大了3.0%、7.1%、4.4%，斜率減小了10.1%、18.9%、13.1%，由此可見(jiàn)，廢舊機(jī)油預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料有疲勞性能更優(yōu)，疲勞壽命累積耗散能對(duì)應(yīng)變水平變化的敏感程度更低，更具有耐久性。

4.2 MMLS1/3試驗(yàn)

采用南非進(jìn)口的MMLS1/3試驗(yàn)設(shè)備模擬行車荷載對(duì)預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料的疲勞損傷作用。試驗(yàn)變化0%、0.5%、1.5%、2.5%廢舊機(jī)油摻量，采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型直徑150 mm、高100 mm試件，按照MMLS1/3試模尺寸切割標(biāo)準(zhǔn)試件，試件厚80 mm，試驗(yàn)溫度60 ℃，接地壓強(qiáng)0.7 MPa，試驗(yàn)?zāi)z輪加載速率6000次/mm，相當(dāng)于實(shí)際車速7.2 km/h，不同加載次數(shù)下輪跡正下方的車轍深度發(fā)展規(guī)律試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

(a) 疲勞壽命

(b) 累積耗散能

圖3 MMLS1/3加速加載試驗(yàn)結(jié)果Figure 3 MMLS1/3 accelerated loading test results

由圖3試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著試驗(yàn)輪荷載作用次數(shù)增大，泡沫瀝青冷再生混合料車轍深度持續(xù)增大，而車轍發(fā)展速率不斷減小，加載10萬(wàn)次前，車轍深度隨加載次數(shù)增大而快速增加，分析以為此階段為車轍變形量主要源于壓密變形，在加載10萬(wàn)次的車轍深度為加載135萬(wàn)次時(shí)的50%，泡沫瀝青冷再生壓密變形所產(chǎn)生的永久變形約為總車轍深度的50%，分析認(rèn)為，這是泡沫瀝青冷再生混合料空隙率大所致，在壓密變形階段末，廢舊機(jī)油預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料車轍變形量略小于普通泡沫瀝青冷再生混合料，這可能是摻加廢舊機(jī)油保障了泡沫瀝青的有效分散和冷再生混合料的有效壓實(shí)，混合料密實(shí)度有所提高。加載次數(shù)超過(guò)20萬(wàn)次以后，隨著加載次數(shù)增大，車轍深度增加速率趨于穩(wěn)定，泡沫瀝青冷再生混合料車轍發(fā)展進(jìn)入剪切穩(wěn)定階段，0%、0.5%、1.5%、2.5%廢舊機(jī)油摻量下，泡沫瀝青冷再生混合料蠕變穩(wěn)定階段的車轍發(fā)展速率依次為0.0294、0.026 7、0.207、0.0241mm/萬(wàn)次，可見(jiàn)廢舊機(jī)油預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料的抗永久變形性能優(yōu)于普通泡沫瀝青冷再生混合料，摻加適量廢舊機(jī)油能夠顯著降低車轍發(fā)展速率，在1.5%廢舊機(jī)油摻量下的預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料抵抗永久變形能力最優(yōu)，摻加2.5%過(guò)多的廢舊機(jī)油摻量反而會(huì)對(duì)高溫長(zhǎng)期穩(wěn)定性有劣化影響。加載136萬(wàn)次后，0%、0.5%、1.5%、2.5%廢舊機(jī)油摻量下泡沫瀝青冷再生混合料車轍變形量分別為10.1、9.2、6.8、8.1mm，此時(shí)試件仍未有明顯開裂和松散現(xiàn)象，表現(xiàn)出了良好穩(wěn)定性。

對(duì)加載次數(shù)(自變量x)與車轍變形量(因變量y)進(jìn)行回歸擬合分析，擬合方程見(jiàn)表10。

表10 MMLS1/3試驗(yàn)車轍變形量與加載次數(shù)擬合方程Table10 MMLS1/3 test rutting deformation and loading times fitting equation廢舊機(jī)油摻量/%擬合方程y=A×ln(x+B)+C擬合優(yōu)化度R20.0y=1.783×ln(x+0.535)+1.3450.9930.5y=1.465×ln(x+0.319)+0.8640.9881.5y=1.244×ln(x+0.218)+0.6640.9912.5y=1.681×ln(x+0.408)+0.9450.989 注: x為加載次數(shù),萬(wàn)次; y為車轍變形量,mm。

由表10可見(jiàn)，加載過(guò)程中車轍深度隨加載次數(shù)增大呈對(duì)數(shù)關(guān)系增大，滿足y=A×ln(x+B)+C預(yù)測(cè)模型，擬合優(yōu)化度R2大于0.95，因此可采用對(duì)數(shù)模型對(duì)MMLS1/3試驗(yàn)過(guò)程中的車轍深度發(fā)展規(guī)律進(jìn)行預(yù)測(cè)，式中A值越大，相同加載次數(shù)下車轍深度越快、蠕變速率越大，相應(yīng)的車轍深度變化對(duì)加載次數(shù)越敏感，B、C值越大，相同加載次數(shù)下的車轍深度越大，擬合參數(shù)A、B、C越大，泡沫瀝青冷再生混合料的長(zhǎng)期高溫穩(wěn)定性越差，服役期間越容易產(chǎn)生永久變形，因此摻加1.5%廢舊機(jī)油的預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料在高溫持續(xù)荷載作用下的穩(wěn)定性最優(yōu)。

5 結(jié)語(yǔ)

a.隨著廢舊機(jī)油摻量增大，預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料的干、濕劈裂強(qiáng)度、貫入剪切均先增大后減小，在廢舊機(jī)油摻量為1.5%～2.0%時(shí)劈裂強(qiáng)度、貫入剪切強(qiáng)度達(dá)到峰值，動(dòng)態(tài)回彈模量隨廢舊機(jī)油摻量增大而減小。

b.廢舊機(jī)油預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料的動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到了5000次/mm，凍融劈裂強(qiáng)度比大于90%，浸水馬歇爾殘留強(qiáng)度大于95%，表現(xiàn)出了優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性，隨著廢舊機(jī)油摻量增大，預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料彎拉強(qiáng)度、彎曲應(yīng)變、車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度均先增大后減小，在廢舊機(jī)油摻量達(dá)到1.5%～2.0%時(shí)高低溫性能最佳。

c.廢舊機(jī)油通過(guò)溶解、軟化老化瀝青使泡沫瀝青砂漿與RAPM界面黏結(jié)更穩(wěn)定，添加適量廢舊機(jī)油，顯著提高了泡沫瀝青冷再生混合料的黏結(jié)力和增加了泡沫瀝青的分散均勻性，保障了泡沫瀝青的有效分散和冷再生混合料的有效壓實(shí)，使泡沫瀝青冷再生混合料整體柔性、抗變形能力得到明顯提高，低溫性能得到改善。

d. 摻加適量廢舊機(jī)油能夠顯著降低泡沫瀝青冷再生混合料車轍發(fā)展速率，在1.5%廢舊機(jī)油摻量下的預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料抵抗永久變形能力最優(yōu)，摻加2.5%過(guò)多的廢舊機(jī)油摻量反而會(huì)對(duì)高溫長(zhǎng)期穩(wěn)定性有劣化影響。綜合考慮，建議預(yù)拌增強(qiáng)型泡沫瀝青冷再生混合料適宜的廢舊機(jī)油摻量為1.5%。