植物油/石化油基再生劑對RAP力學(xué)性能的影響研究

王 淼，岳亞軍 ，劉永光，嚴(yán)攀登 ，魏紅強

（1.亳州機場開發(fā)投資有限責(zé)任公司，安徽 亳州 236800；2.中機空港（北京）建設(shè)有限公司，北京 100001）

0 引言

就地?zé)嵩偕菫r青路面再生利用的一種重要方式，其施工不需要銑刨，通過加熱、耙松、添加再生劑以及視情況添加少部分新料，在治愈路面病害的同時，還可實現(xiàn)路面材料100%循環(huán)利用[1-2]，得到了道路專家學(xué)者的廣泛關(guān)注。

原本就地?zé)嵩偕鷳{借其循環(huán)鏈最短、施工效率高、質(zhì)量優(yōu)異、綠色環(huán)保等優(yōu)勢，在國內(nèi)應(yīng)當(dāng)具有廣闊的發(fā)展前景，但是其實際應(yīng)用率卻遠(yuǎn)低于預(yù)期，主要原因之一在于傳統(tǒng)石化油基再生劑價格昂貴且性能不穩(wěn)定[3]。隨著近年來的研究探索，植物油基再生劑逐漸得到開發(fā)與應(yīng)用[4]，目前已有的研究成果使道路領(lǐng)域工作者對再生劑有了初步的認(rèn)識，但不同種類的再生劑對老化瀝青的還原效果不盡相同，如何針對瀝青路面不同病害情況選擇合理的再生劑則成為了關(guān)鍵?；诖?，本文采用植物油基與石化油基兩種再生劑對就地?zé)嵩偕鸀r青混合料的力學(xué)性能進行對比研究，通過瀝青針入度、延度以及軟化點試驗確定再生劑最佳摻量，并在此基礎(chǔ)上采用車轍試驗、彎曲破壞試驗、凍融劈裂試驗及動態(tài)模量試驗分別評價再生瀝青混合料的力學(xué)性能，以期為就地?zé)嵩偕耐茝V應(yīng)用提供借鑒與參考。

1 原材料

1.1 瀝青混合料回收料（RAP）

從某高速公路維修養(yǎng)護路段上面層熱耙松回收料中抽提老化瀝青，并對其相關(guān)技術(shù)指標(biāo)進行檢測，結(jié)果如表1所示。

表1 RAP技術(shù)指標(biāo)

1.2 再生劑

就地?zé)嵩偕蠷AP的含量較高，通常需要添加再生劑以軟化調(diào)和RAP中的老化瀝青，該研究用植物油基與石化油基兩種再生劑技術(shù)指標(biāo)列于表2。

表2 再生劑技術(shù)指標(biāo)

1.3 SBS改性瀝青

該研究中新加瀝青為SBS改性瀝青，其技術(shù)指標(biāo)列于表3。

表3 SBS改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

2 試驗方案

2.1 再生瀝青性能試驗

在瀝青混合料回收料（RAP）抽提得到的老化瀝青中分別加入植物油基與石化油基再生劑，并對比分析兩種再生劑在摻量為 8%、10%、12%、14%下瀝青25℃針入度、10℃延度及軟化點，研究再生劑種類及含量對老化瀝青的影響。

2.2 再生混合料性能試驗

2.2.1 配合比設(shè)計

瀝青路面在長期運營及就地?zé)岚宜傻倪^程中不可避免地造成集料級配細(xì)化，因而再生瀝青混合料需添加新集料對級配進行優(yōu)化，該研究用就地?zé)嵩偕旌狭虾铣杉壟錇?0%RAP+10%新料，其各篩孔通過率如表4所示。就地再生瀝青混合料配合比設(shè)計中瀝青膠結(jié)量總量包含舊瀝青混合料部分、再生劑部分以及新加瀝青部分，該研究以總油石比4.6%、4.9%、5.2%、5.5%、5.8%進行馬歇爾試驗確定其最佳摻量，并通過路用性能試驗進行驗證。

表4 就地?zé)嵩偕旌狭显O(shè)計級配

2.2.2 力學(xué)性能試驗

以最佳再生劑摻量、最佳油石比成型兩種就地?zé)嵩偕旌狭显嚰?，以原瀝青路面混合料為參照，采用車轍試驗、低溫彎曲試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗及動態(tài)模量試驗來分別評價兩種再生瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性及動態(tài)力學(xué)特性。

3 結(jié)果與討論

3.1 再生劑最佳摻量確定

不同再生劑摻量下瀝青三大指標(biāo)結(jié)果如圖1所示，從圖中可以看到，隨著再生劑摻量的增加，瀝青的針入度、延度升高，軟化點下降，這是因為再生劑作為輕質(zhì)油分調(diào)整了瀝青四組分比例，降低了瀝青黏度從而改善其流變特性。在相同再生劑摻量下，植物油基再生瀝青針入度、延度高于石化油基再生瀝青而軟化點較低，這從側(cè)面反映出植物油基再生劑在恢復(fù)瀝青低溫抗裂性方面更具優(yōu)勢。當(dāng)再生劑摻量達到14%時，兩種再生瀝青三大指標(biāo)均能滿足70號道路石油瀝青技術(shù)指標(biāo)要求，綜合考慮再生劑經(jīng)濟性與功能性，建議兩種再生劑的最佳摻量為14%，并進行下述瀝青混合料力學(xué)性能研究。

圖1 再生瀝青三大指標(biāo)試驗結(jié)果

3.2 再生混合料力學(xué)性能分析

3.2.1 高溫穩(wěn)定性

從圖2可以看出，3種瀝青混合料動穩(wěn)定度大小依次為：原路面＞石化油基＞植物油基，這是由于再生劑補充了瀝青老化過程中丟失的芳香分，瀝青輕質(zhì)油分增加而瀝青質(zhì)比例降低，瀝青抗變形能力出現(xiàn)一定削弱。植物油基再生混合料動穩(wěn)定度約為石化油基的85%，但依然達到13 000次/mm以上，完全滿足重載交通路面的抗車轍需求。

圖2 再生混合料車轍試驗結(jié)果

3.2.2 低溫抗裂性

根據(jù)目前研究進展，低溫開裂依然是就地?zé)嵩偕趯嶋H應(yīng)用過程中面臨的重要問題之一[5]。圖3顯示了3種瀝青混合料的彎曲破壞試驗結(jié)果，從中可以看出原路面的低溫彎拉應(yīng)變已不滿足規(guī)范要求。加入再生劑后，瀝青混合料最大彎拉應(yīng)變得到顯著提高。同時可以觀察到，植物油基再生混合料最大彎拉應(yīng)變比石化油基高出約21%左右，這與再生瀝青的延度試驗相吻合，再次表明植物油基再生劑對于恢復(fù)老化瀝青的低溫抗裂性優(yōu)勢突出。

圖3 再生混合料彎曲破壞試驗結(jié)果

3.2.3 水穩(wěn)定性

瀝青老化致使瀝青變硬變脆，削弱瀝青與集料的黏附性，進一步加劇瀝青混合料對水分侵入的敏感性，因而抗水損壞能力也是就地?zé)嵩偕鸀r青混合料需重點關(guān)注的性能。圖4顯示了3種瀝青混合料的浸水馬歇爾試驗及凍融劈裂試驗結(jié)果，從中可以看到，原路面瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂強度比最差，而植物油基與石化油基再生瀝青混合料基本相同，且均達到90%以上，再生劑的摻入使得瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂強度均有10%左右的提升。

圖4 再生混合料水穩(wěn)定性試驗結(jié)果

3.2.4 動態(tài)特性

瀝青路面實際處于動態(tài)荷載作用下，因而其力學(xué)表現(xiàn)必然受到加載頻率的影響，我國路面設(shè)計規(guī)范采用20℃、10 Hz條件下的動態(tài)模量作為路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中的力學(xué)參數(shù)取值[6]。該研究在5℃、20℃、50℃及10 Hz試驗條件下進行動態(tài)模量試驗以反映其在低、中、高溫范圍內(nèi)動態(tài)力學(xué)特性，結(jié)果如圖5所示?？梢钥吹剑S著溫度升高，3種瀝青混合料的動態(tài)模量減小；在相同溫度下，3種瀝青混合料模量的大小為：原路面＞石化油基＞植物油基。在低溫時，植物油基再生混合料動態(tài)模量較低，這對于瀝青路面低溫抗開裂性能是有利的；在20℃、10 Hz標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計條件下，植物油基、石化油基再生混合料的動態(tài)模量分別為8 002 MPa、8 215 MPa，與我國路面設(shè)計規(guī)范中SMA類瀝青混合料動態(tài)模量相當(dāng)；隨著溫度升高，兩種再生瀝青混合料動態(tài)模量逐漸接近，意味著植物油基再生混合料溫度敏感性要優(yōu)于石化油基再生混合料。

圖5 再生混合料動態(tài)模量試驗結(jié)果

4 結(jié)語

a）隨著再生劑摻量的增加，瀝青的針入度、延度升高，軟化點下降；在相同摻量下，植物油基再生瀝青針入度、延度高于石化油基再生瀝青，綜合考慮經(jīng)濟性與功能性要求，推薦該植物油再生劑的最佳摻量為老化瀝青的14%.

b）植物油基再生混合料的高溫動穩(wěn)定度約為石化油基再生混合料的85%，而低溫最大彎拉應(yīng)變高出其21%，殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂強度比兩者均達到90%以上，在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計條件下動態(tài)模量與SMA類瀝青混合料相當(dāng)，綜合力學(xué)性能優(yōu)秀。