溫拌再生瀝青混合料技術研究現狀

宋 挺，王 堯，包廣志

(1.湖北交投武黃高速公路運營管理有限公司，武漢 430205；2.中南安全環(huán)境技術研究院股份有限公司，武漢 430051)

截至2020年末，我國高速公路總里程達16萬km，其中超過90%都為瀝青路面。對于重交通瀝青路面在運營5年后就需要進行維修和改造。與此同時，早期修建的公路都已陸續(xù)進入翻修、擴修和維護階段，公路養(yǎng)護與維修任務日益加重。每年大量銑刨掉的廢舊瀝青混合料數量達到近220萬t。在全球原油、石料資源日趨緊張的今天，推動瀝青混合料再生技術，實現廢舊材料重復利用，對節(jié)能減排，保護環(huán)境具有重要的戰(zhàn)略意義[1]。

路面再生瀝青混合料根據再生溫度有冷再生和熱再生兩種方式，冷再生瀝青混合料強度普遍較低，在高等級公路養(yǎng)護過程中使用受到較大限制[2]。熱再生瀝青混合料性能雖能達到預期，但因隨著RAP摻量增加，為保證施工和易性，加熱溫度、時間隨之提升，帶來了瀝青老化和瀝青煙等問題，大面積推廣使用同樣面臨諸多困難。

基于此，相關學者對溫拌瀝青混合料和再生混合料進行技術互補探究，提出溫拌再生瀝青混合料技術，在降低拌和溫度同時，保證再生瀝青混合料施工和易性和路用性能，進而推動廢舊瀝青混合料資源再生技術的發(fā)展。

1 溫拌再生瀝青混合料研究現狀

發(fā)達國家由于對瀝青路面應用和研究較早，早在2000年在歐洲瀝青行業(yè)年會上殼牌公司聯合 Kolo-veidekke 公司提出溫拌瀝青混合料的研究方向后，溫拌瀝青混合料技術和再生瀝青混合料技術相結合的研究課題就應運而生。兩種技術實現技術互補后，能夠解決廠拌熱再生中RAP(Recycled Asphalt Pavement,廢舊瀝青混合料路面)舊瀝青的二次老化、瀝青煙、RAP摻配比例問題，同時在節(jié)能環(huán)保和廢物重新利用方面具有較大的技術優(yōu)勢，對當前道路養(yǎng)護工作具有極大的吸引力[3]。

美國益路溫拌最初將適宜于表面活性劑類的溫拌改性劑用于瀝青路面再生，在應用的過程中，較原熱拌再生瀝青混合料，廢舊料摻加比例由20%提升至30%，拌和溫度較熱拌降低20～30 ℃，并且再生瀝青混合料路用性能能夠滿足實際使用要求[4]。美德公司隨后采用瀝青發(fā)泡技術，將廢舊瀝青混合料使用比例提升至40%，研究了溫拌條件下再生混合料的一系列生產施工工藝，發(fā)現當再生瀝青混合料的出料溫度降至130 ℃，采用溫拌可促進混合料壓實，延長施工時間[5]。Sasol Wax公司利用較短側鏈的長鏈脂肪族烴制備出有機降黏劑Sasobit，該材料對于瀝青膠結料具有低溫增黏、高溫降黏的效果，在降低拌和溫度的同時，擁有良好的施工和易性，在道路養(yǎng)護再生瀝青混合料技術中大量使用，取得良好的應用效果[6]。Sheriff A EI Sharkawya等人的大量研究結果表明隨著Sasobit系列的降黏劑比例增加，舊瀝青混合料的摻加比例可達到70%，但會對再生瀝青混合料的高溫和低溫性能平衡帶來新的挑戰(zhàn)。

在國內，溫拌再生瀝青混合料技術研究也得到了較大的發(fā)展。阮妨[7]等人通過室內大量的試驗發(fā)現，不同的溫拌技術其配合比設計方法和施工工藝與常規(guī)的瀝青混合料存在較大不同，目前實體工程應用多參照熱再生混合料技術，行業(yè)內對溫拌再生技術未有較科學的指導。季節(jié)[8]等人研究了在不同摻量條件下的熱拌和溫拌制備的瀝青混合料的路用性能差異，發(fā)現同等條件下溫拌再生的低溫和水穩(wěn)定性較差，但高溫穩(wěn)定性較好，主要原因是因施工和易性導致的空隙率偏大。

吳英彪[9]通過泡沫再生瀝青技術進行研究，結果表明泡沫瀝青技術可降低再生瀝青混合料的拌和溫度，同時再生的舊料摻加比例較熱再生提升10%～20%，具有較好的應用前景。徐世法等人采用Sasobit溫拌劑對廢舊瀝青混合料的摻量進行研究，對比不同摻量條件下的再生瀝青混合料路用性能，得出最佳再生瀝青混合料摻量為30%，超出后整體路用性能存在衰變的現象。李波等人[10]研究了采用表面活性劑Evotherm對不同摻量廢舊瀝青混合料的影響，研究結果表明Evotherm廢舊料再生時的摻加比例根據實體工程中RAP的狀況，利用率可提升至30%～40%，并且擁有良好的路用性能?？v瑾瑜[11]將熱固性環(huán)氧瀝青膠結料與再生技術相結合，在油石比2.6%，溫度115 ℃條件下成型環(huán)氧瀝青再生混合料，RAP利用率可高達100%，而且再生混合料路用性能優(yōu)于常規(guī)瀝青混合料。

2 溫拌再生技術機理

根據當前溫拌瀝青混合料研究現狀，其技術主要分為4大類：發(fā)泡降黏技術、有機降黏類添加、表面活性劑類添加及溫拌環(huán)氧瀝青技術。

2.1 泡沫降黏技術

泡沫降黏技術的原理是將在熱熔的瀝青(140～180 ℃)中加入少量的冷水，由于冷水遇高溫后迅速被氣化，使瀝青產生大量的氣泡同時體積膨脹數倍。在這一過程中，瀝青的化學性質和組成成分并未發(fā)生變化，只出現短暫的物理變化。泡沫狀的瀝青表現出黏度降低，瀝青膜表面積短時間內急劇增加，表觀分子張力得到降低，使得泡沫瀝青很好地黏附在集料表面，特別是粉化嚴重的廢舊瀝青混合料。足夠多的裹覆瀝青與細集料形成瀝青馬蹄脂，壓實后碎石料相互之間形成整體，具有一定的黏結強度。

2.2 有機降黏劑類

有機降黏劑類溫拌劑主要是以長鏈脂肪烴構成的蠟，在高溫條件下能有效地降低瀝青的黏度，提升施工和易性。低溫條件下，高含蠟量的瀝青的結晶結構網增加了瀝青的剛性，使得瀝青膠結料具有較高的彈性和粘性。其熔點在100 ℃左右，而溫拌再生瀝青混合料的拌和溫度在110～135 ℃左右，在使用過程中，溫拌劑直接投入拌缸中使用即可。常用的溫拌有機降黏劑有SAK、Sasobit、Sasobit-redux、Asphaltan-B等。

2.3 表面活性劑類

溫拌再生瀝青混合料表面活性劑類溫拌劑最具代表性的是美德維實偉克公司研發(fā)出的Evotherm，該材料由可改善集料覆蓋能力的改性劑和提升路用性能的改性劑組成[12]。在使用過程中，幾種化學成分組成的添加劑，以分子的形式分散在瀝青中，能提高瀝青的裹覆能力、降低粘度，可將混合料的壓實溫度降低20～60 ℃，對拌和與攤鋪沒有特別的要求。根據劑量濃度的不同，分為Evotherm-ET、Evotherm-DAT。拌和溫度一般在110～130 ℃，出料及壓實溫度在90～120 ℃之間。

2.4 溫拌環(huán)氧瀝青技術

環(huán)氧樹脂材料是一種高分子聚合物，具有密實、抗水、抗?jié)B漏好、強度高等特點，同時具有附著力強、常溫操作、施工簡便等良好的工藝性，而且價格適中，常與瀝青混合使用。在120 ℃左右的溫度條件下，環(huán)氧瀝青粘度不高于1.0 Pa·s，在此溫度下的瀝青混合料具有良好的施工和易性，再生瀝青混合料不再需要160～180 ℃的施工高溫即可獲得優(yōu)良施工和易性。與瀝青混合后在再生瀝青混合料中進行使用，通過樹脂材料的基本物理性能，改變了瀝青高溫下會軟化液化的“基本屬性”，使樹脂瀝青固化后成為不可再液化變軟的固體材料，同時，大幅度地提高了瀝青膠結料的斷裂強度和延韌性，同時利用率可實現100%。

3 結論與展望

溫拌再生瀝青混合料實現了再生技術與溫拌技術的互補，降低RAP拌和的溫度，提升了再生摻加比例，節(jié)約大量的養(yǎng)護成本，同時節(jié)能減排。但溫拌再生技術在后期的實體工程應用中仍有一系列問題需要解決[13-15]：

1)銑刨過程中RAP含水率增加，再生拌和時溫度低、時間短，RAP中水分難以蒸發(fā)完全，不利于瀝青與再生集料的黏結，對混合料后期的耐久性造成一定影響。

2)隨著RAP摻量的增加，瀝青混合料的低溫抗裂性和抗疲勞性能出現降低，如何平衡在提高RAP 摻量的同時保證低溫抗裂性和抗疲勞性能需要進行深入探究。

3)溫拌環(huán)氧瀝青再生混合料技術雖然施工時對環(huán)境、時間等條件要求苛刻，環(huán)氧樹脂成本相對較高，但能夠實現RAP 100%利用率，并擁有良好的路用性能，是今后再生技術的重要研究方向。

4)在高等級公路中溫拌再生技術并未大規(guī)模鋪筑使用，對再生后的道路使用效果缺乏了解。

5)《公路瀝青路面再生技術規(guī)范》(JTG/T 5521 2019)中未對溫拌再生技術材料、工藝等做出明確要求，使其在推廣應用中受到一定局限性。