乳化瀝青冷再生技術(shù)的研究進(jìn)展

孫海南

摘要：我國高等級公路每年因養(yǎng)護(hù)維修而產(chǎn)生大量的RAP（廢舊瀝青混合料）。瀝青路面在環(huán)境以及荷載的長時間作用下，其整體性能將不能滿足規(guī)范要求，但是RAP作為路面再生技術(shù)的原材料仍然具有很高的價值。在冷再生的施工過程中，RAP中的舊瀝青很難與新添加的乳化瀝青有效融合，RAP中的顆粒主要是作為“黑色集料”在發(fā)揮作用;這樣很難實現(xiàn)RAP的利用率最大化。因此，如果能夠提高RAP的利用率，既能節(jié)約大量的資源，同時避免RAP閑置堆積造成生態(tài)環(huán)境破壞，符合可持續(xù)發(fā)展的理念，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。研究綜述了乳化瀝青冷再生混合料的組成及相關(guān)性能的評價，探索了乳化瀝青冷再生技術(shù)未來的發(fā)展方向和研究重點。

關(guān)鍵詞：RAP;乳化瀝青;冷再生技術(shù);性能評價

中圖分類號：U418文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006—7973（2022）05-0152-03

1引言

瀝青路面是一個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和日常生活的重要資產(chǎn)。隨著交通量的增加，道路行業(yè)面臨著巨大的壓力與挑戰(zhàn)，發(fā)展節(jié)能環(huán)保的路面技術(shù)似乎具有特殊的意義[1，2]。近年來，隨著中國高等級公路逐漸進(jìn)入大修周期，每年因養(yǎng)護(hù)維修產(chǎn)生了大量的廢舊瀝青混合料（RAP）;如果不能采取有效的方式對RAP進(jìn)行處理，不僅會造成資源的浪費，還會破壞生態(tài)環(huán)境;而對RAP中老化瀝青的再生利用，是解決這方面問題最有效的方式[3，4]。

冷再生技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢受到了很多研究者的青睞，尤其是以乳化瀝青冷再生技術(shù)。乳化瀝青冷再生是一種節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、循環(huán)利用資源和低成本的瀝青路面養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)，已成為實現(xiàn)低碳交通的重要途徑之一[5，6]。

結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)和技術(shù)規(guī)范，從乳化瀝青冷再生技術(shù)的角度展開綜述;首先介紹乳化瀝青冷再生混合料的組成，其次對冷再生混合料性能評價展開綜述，最后對乳化瀝青冷再生技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行總結(jié)與展望。

2乳化瀝青冷再生混合料的組成

2.1乳化瀝青

乳化瀝青是由瀝青、乳化劑、水及添加劑（如需要）組成，具有節(jié)能環(huán)保、綠色低碳、冷態(tài)施工等一系列的施工優(yōu)越性，所以非常有助于公路的修建和養(yǎng)護(hù)。

2.2集料（新集料和RAP）

劉海鵬[7]等綜合考慮材料的經(jīng)濟(jì)性原則，推薦礦粉用量3%、機(jī)制砂和9.5～19.0mm粗集料用量均為20% 時對冷再生混合料作用效果最好。蔣應(yīng)軍[8]等經(jīng)過試驗分析冷再生混合料中9.5～19mm粗集料摻量10%～30%、機(jī)制砂摻量20%、礦粉摻量3%為宜。此外，RAP分散或成團(tuán)會影響混合料的級配，從而影響冷再生混合料相應(yīng)的技術(shù)性能;何東坡[9]等研究認(rèn)為相比RAP原樣篩分，應(yīng)用RAP抽提篩分調(diào)整冷再生混合料的級配效果更好。

2.3添加劑

2.3.1再生劑

再生劑（Rejuvenating Agent）作為乳化瀝青冷再生技術(shù)中的常用添加劑，其主要作用是彌補(bǔ)RAP中老化瀝青缺乏的輕組分（飽和分和芳香分）以達(dá)到恢復(fù)老化瀝青性能的目的;此外，應(yīng)當(dāng)根據(jù)RAP中瀝青的老化程度和含量，并考慮瀝青與再生劑的配伍性情況綜合考慮選擇再生劑的種類[10]。郝林[11]等確定自制再生劑的摻量為8%，且再生劑組成成分基礎(chǔ)油、增塑劑及抗老化劑三者比例為80：20：4時冷再生混合料具有良好的再生效果。廢植物油等也可被用來作為再生劑，王林芳[12]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)廢舊食用油摻量為1.5%時，冷再生混合料的路用性能達(dá)到最佳。

2.3.2纖維

纖維是提高乳化瀝青冷再生混合料力學(xué)及路用性能常用的添加劑[5]。以纖維的類型和摻量作為研究的變量，蔣應(yīng)軍[13]等研究發(fā)現(xiàn)聚酯纖維、木質(zhì)素纖維摻量分別為0.6%和0.4%時，冷再生混合料分別具有最佳的低溫性能和高溫性能。楊東光[14]發(fā)現(xiàn)玄武巖纖維提高冷再生混合料技術(shù)性能的效果最好且摻量為0.3%，其次是聚丙烯晴纖維且用量為0.35%;然后是聚酯纖維及聚丙烯纖維，最佳摻量均為0.3%。從兼顧不同特性纖維的配比設(shè)計的角度研究，張慶[15]等選用木質(zhì)素纖維及廢舊玻璃纖維進(jìn)行配比優(yōu)化設(shè)計;當(dāng)冷再生混合料具有優(yōu)良的路用性能時，兩種纖維的用量為0.3%且二者之比為7：3。

2.3.3水泥

在乳化瀝青冷再生混合料施工過程中加入一定量的水泥，利用水泥吸水水化加速乳化瀝青破乳，達(dá)到提高早期強(qiáng)度、提早開放交通的目的[16，17]。郭銀濤[18]等研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)水泥摻量為3%時，冷再生混合料抗疲勞性能最佳;而水泥摻量為2.0%時，具有較好的低溫性能。另外孫巖松[19]發(fā)現(xiàn)冷再生混合料的高溫性能隨水泥摻量（0～5%）的提高而不斷增強(qiáng)并逐漸穩(wěn)定，水穩(wěn)定性則是先平緩增長一段時間而后迅速增長;當(dāng)水泥摻量為1.5%時，低溫性能最佳。

此外，從微觀檢測的角度也能研究水泥摻量對乳化瀝青冷再生混合料的影響。魏唐中[20]等研究認(rèn)為在較高的水泥用量下，冷再生混合料的早期及后期強(qiáng)度越高;水泥的水化產(chǎn)物和破乳后的瀝青結(jié)合使冷再生混合料的強(qiáng)度增加。王宏[21]觀測分析不同水泥摻量冷再生混合料的細(xì)微觀形貌特點，認(rèn)為水泥的摻量不宜超過2%。與王宏等的研究思路不同，楊彥海[22]等將微觀檢測手段與宏觀性能評價相結(jié)合，分析認(rèn)為水泥的水化產(chǎn)物與瀝青相結(jié)合起到“加筋”的作用使冷再生混合料的強(qiáng)度得到提高;并且建議水泥摻量在1%～2%范圍內(nèi)。

2.3.4其他

高爐礦渣隨著冶煉工業(yè)的迅猛發(fā)展而大量產(chǎn)生。目前，大量的高爐礦渣只能閑置堆積而無法被有效的利用，導(dǎo)致大量土地被占用且嚴(yán)重污染環(huán)境。楊漣[23]等發(fā)現(xiàn)摻加1.5%高爐礦渣和0.3%消石灰對冷再生混合料路用性能的改善效果與摻加1.5%水泥相當(dāng)。

生石灰是一種能與水發(fā)生消化反應(yīng)并放熱的無機(jī)膠結(jié)材料。研究認(rèn)為摻加一定量的生石灰能顯著提高冷再生混合料的強(qiáng)度且節(jié)省相應(yīng)的時間[24]。金成[25]等發(fā)現(xiàn)生石灰摻量（0～1.5%）范圍內(nèi)冷再生混合料的強(qiáng)度基本穩(wěn)定。杜少文[26]研究認(rèn)為消石灰或消石灰礦渣粉均能提升冷再生混合料相應(yīng)的技術(shù)性能，但是二者的作用效果比水泥差。

3乳化瀝青冷再生混合料的性能評價

3.1高低溫性能

王宏[27]等發(fā)現(xiàn)低標(biāo)號瀝青或增加水泥用量均能顯著提高冷再生混合料的高溫性能，同時受到早期含水率及冷再生混合料后期強(qiáng)度的影響。董文龍[28]等比較了三種結(jié)構(gòu)形式的高溫性能，發(fā)現(xiàn)ECR（乳化瀝青冷再生混合料）的高溫性能優(yōu)于HMA（熱拌普通瀝青混合料）和ECR/HMA。李瑞紅[29]研究發(fā)現(xiàn)足夠的養(yǎng)生時間能夠顯著提高冷再生混合料的高溫性能。隨著乳化瀝青冷再生混合料層位使用范圍的不斷擴(kuò)大，其低溫性能也逐漸成為研究者們所關(guān)注的焦點;李鋒[30]等將斷裂能作為評價冷再生混合料低溫性能的指標(biāo)，分析認(rèn)為水泥用量不超過1.5%為宜。

3.2疲勞性能

隨著交通量和軸載的不斷增加，道路使用年限出現(xiàn)大幅度下降;而乳化瀝青冷再生混合料優(yōu)于半剛性材料的主要品質(zhì)是其優(yōu)良的抗疲勞性能[31，32]。王之怡[33]等研究發(fā)現(xiàn)RAP摻量100%的冷再生混合料比RAP摻量80%擁有更好的抗疲勞性能。汪德才[34]等比較影響冷再生混合料疲勞壽命的因素，RAP摻量及針入度>延度及乳化瀝青用量〉水泥用量及應(yīng)力水平。目前，缺乏對服役一定時間的冷再生混合料疲勞性能的研究分析，孫立軍[35]等發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場服役多年的冷再生混合料存在疲勞性能增長的過程。

3.3水穩(wěn)定性

我國幅員遼闊，從北向南處于寒帶、溫帶和熱帶;使得乳化瀝青冷再生混合料鋪筑的路面需要承受凍融循環(huán)的作用[36]。楊彥海[37]等研究發(fā)現(xiàn)凍融循環(huán)對非飽和乳化瀝青冷再生混合料的高、低溫性能影響顯著，低溫劈裂強(qiáng)度隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加降低幅度逐漸減小，而高溫抗剪強(qiáng)度的變化規(guī)律正好相反。由于乳化瀝青冷再生混合料的孔隙較大，當(dāng)存在級配不當(dāng)?shù)那闆r，再加上受到水的侵蝕以及重載交通作用時很容易損壞[38];高磊[39]等研究發(fā)現(xiàn)造成冷再生混合料低透水性的重要原因是空隙尺寸和分布特征。

4結(jié)論與展望

（1）再生劑是用于恢復(fù)RAP中老化瀝青性能的添加劑，再生劑必須能夠提供老化瀝青所缺乏的輕組分（飽和分與芳香分），同時應(yīng)具有耐熱性和耐候性。

（2）研究發(fā)現(xiàn)水泥能夠加速乳化瀝青的破乳，其水化產(chǎn)物與破乳后的瀝青進(jìn)一步組合使冷再生混合料強(qiáng)度得到提高。

（3）將微觀形貌特征與宏觀性能評價結(jié)合起來研究冷再生混合料的材料組成與強(qiáng)度機(jī)理是乳化瀝青冷再生技術(shù)研究的發(fā)展趨勢。

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