舊瀝青再生及霧封層預(yù)防護(hù)技術(shù)應(yīng)用研究

袁　偉

(山西省交通科學(xué)研究院　太原　030006)

舊瀝青再生及霧封層預(yù)防護(hù)技術(shù)應(yīng)用研究

袁偉

(山西省交通科學(xué)研究院太原030006)

摘要為了研究不同再生劑的再生效果，采用瀝再生與TL2000兩種再生劑進(jìn)行對(duì)比分析；通過(guò)繪制“再生劑摻量-粘度”曲線，確定瀝再生與TL2000摻量分別為10%和4%,此摻量再生劑能將瀝青的針入度增大到6.34 mm，軟化點(diǎn)降低至71.3 ℃，延度(5 ℃)增大到42 cm。耐久性研究表明，再生瀝青粘度隨時(shí)間呈對(duì)數(shù)形態(tài)增大；實(shí)體工程表明，霧封層雖會(huì)降低路表構(gòu)造與抗滑性能，但仍能滿足規(guī)范要求,且能夠填充路面微裂縫，防止路面水下滲，避免發(fā)生水損害。

關(guān)鍵詞瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)霧封層

隨著我國(guó)公路建設(shè)的迅速發(fā)展，公路技術(shù)等級(jí)和路面等級(jí)也不斷提高，截止到2013年底，我國(guó)高速公路通車(chē)?yán)锍桃殉蔀槭澜绲谝?，而其中絕大部分是瀝青混凝土路面[1]。瀝青路面在交通荷載與氣候環(huán)境的綜合作用下，隨著路面服務(wù)年限的增加，其使用性能會(huì)逐步衰減，因此，在合適的時(shí)間，必需對(duì)瀝青路面采取及時(shí)的養(yǎng)護(hù)措施以恢復(fù)到一定的使用水準(zhǔn)[2]。

霧封層是一種成本較低的有效的道路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)。它是直接在道路表面噴灑霧封層材料，為道路迅速地提供一個(gè)黑色的表面；它可以封閉道路表面的孔隙以及微裂縫，防止水分和空氣進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)中而引起路面結(jié)構(gòu)的破壞，對(duì)3 mm以下的裂縫有自動(dòng)愈合的作用；此外，霧封層還能穩(wěn)住道路表面松散的骨料以防止其進(jìn)一步松散，可以保護(hù)或修復(fù)路面因老化所損失的粘結(jié)料，減少路面的老化和風(fēng)化作用[3]。

本文通過(guò)理論分析闡述瀝青老化及再生機(jī)理，采用室內(nèi)對(duì)比，分析不同再生劑的再生效果，并結(jié)合試驗(yàn)段對(duì)霧封層預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

1瀝青老化及再生方法

1.1　瀝青老化機(jī)理

瀝青是一種粘彈性材料，隨著環(huán)境溫度、時(shí)間的變化及車(chē)輛荷載的作用，瀝青材料具有材質(zhì)變硬、疲勞老化的特性，且這種現(xiàn)象隨時(shí)都在發(fā)生。瀝青混凝土在拌和樓進(jìn)行高溫拌和時(shí)，瀝青在高溫條件下會(huì)迅速老化；當(dāng)瀝青混凝土鋪筑完成開(kāi)放交通使用后，在環(huán)境及車(chē)輛荷載作用下瀝青材料的老化仍然在進(jìn)行中。瀝青材料的老化作用主要包括：氧化作用、揮發(fā)作用、聚合作用、自然硬化以及滲流硬化。

瀝青老化實(shí)質(zhì)上是化學(xué)組成與物理形式的變化。老化反應(yīng)即為瀝青材料在氧化作用下，芳香成分減少，瀝青質(zhì)與膠質(zhì)含量增多，稠度增加的一個(gè)不可逆的過(guò)程。采用老化指數(shù)AI表征瀝青老化程度，即為老化后瀝青的粘度與未用過(guò)的瀝青粘度的比值，見(jiàn)式(1)[4]。實(shí)際瀝青路面施工及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中瀝青老化指數(shù)的變化規(guī)律見(jiàn)圖1。

(1)

式中：ηa為老化后瀝青的粘度；ηο為未用過(guò)的瀝青的粘度。

圖1　瀝青老化指數(shù)變化規(guī)律

由圖1可見(jiàn)，在瀝青與集料加熱拌和過(guò)程中，瀝青的老化最為嚴(yán)重；施工過(guò)程中瀝青老化速度也比較快，但相對(duì)于拌和中的老化顯得較為輕微；在路面的使用過(guò)程中，受環(huán)境和荷載的作用，瀝青仍然在不斷老化，但老化的速度比較平緩。

1.2　瀝青再生方法

舊瀝青的再生是瀝青老化的逆過(guò)程，即在舊瀝青中，加入某種組分的低粘度油料(即再生劑)，或者加入適當(dāng)稠度的瀝青材料，經(jīng)過(guò)調(diào)配，使得調(diào)配后的再生瀝青具有適當(dāng)?shù)恼扯群退枰穆酚眯再|(zhì)，以滿足路用要求。通過(guò)對(duì)瀝青老化過(guò)程以及流變行為的分析，可以通過(guò)一定的措施使得舊瀝青反向恢復(fù)到一定的流變狀態(tài)，從而獲得合適的性能。

可以采用如下2種方法對(duì)舊瀝青進(jìn)行再生。

(1) 將舊瀝青的粘度調(diào)節(jié)到所需要的粘度范圍之內(nèi)。

(2) 將舊瀝青的復(fù)合流動(dòng)度予以提高，使舊瀝青重新獲得良好的流變性質(zhì)。

2再生劑摻量的確定

通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)M瀝青老化過(guò)程，從而確定實(shí)際再生劑摻量，為再生瀝青的性能研究及實(shí)體工程應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

2.1　原材料

(1) 瀝青。由于目前高速公路瀝青路面大多采用改性瀝青，以改善瀝青路面使用性能，延長(zhǎng)使用壽命。因此本次試驗(yàn)采用的瀝青為SBS改性瀝青，并在163 ℃條件下，對(duì)其進(jìn)行10 h薄膜烘箱老化，模擬瀝青老化性能。并根據(jù)《公路瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)[5]中的試驗(yàn)方法測(cè)試SBS改性瀝青老化前后的基本性能，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　SBS改性瀝青老化前后基本性能指標(biāo)

通過(guò)表1可知，在163 ℃條件下，經(jīng)過(guò)10 h薄膜烘箱老化，SBS改性瀝青的各項(xiàng)指標(biāo)均發(fā)生變化：軟化點(diǎn)、針入度升高，5 ℃延度降低，135 ℃的粘度升高。說(shuō)明瀝青發(fā)生了硬化及脆化，尤其是低溫性能顯著降低。

(2) 再生劑。本試驗(yàn)研究擬采用TL2000路面強(qiáng)化劑及瀝再生2種再生劑進(jìn)行對(duì)比分析，研究不同再生劑的再生效果；其中瀝再生是由經(jīng)特別提煉的石油蒸餾液、改質(zhì)瀝青、再生劑三者合成的一種瀝青路面再生密封劑。TL2000為一種黑色溶液型再生劑，密度一般在1.53～1.67 g/cm3，25 ℃運(yùn)動(dòng)粘度為200～400 mm2/s。瀝再生的技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　瀝青再生技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

2.2　再生劑摻量的確定

由于瀝青的常規(guī)性能指標(biāo)(針入度、軟化點(diǎn)以及延度等)與瀝青的流變指標(biāo)(如粘度等)有密切的關(guān)系，因此應(yīng)用流變參數(shù)來(lái)分析瀝青再生的機(jī)理容易被人們所理解?，F(xiàn)在歐美國(guó)家也都應(yīng)用粘度指標(biāo)來(lái)控制再生瀝青的性能。SHRP新的試驗(yàn)方法提供了流變測(cè)量計(jì)算瀝青膠結(jié)料性質(zhì)的方法。Brookfield旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)通過(guò)計(jì)算剪切速率和剪應(yīng)力能又快又方便地測(cè)量瀝青高溫粘度。

本文針對(duì)2種不同的瀝青再生劑，選擇不同的摻量加入老化瀝青中，并在165 ℃溫度條件下攪拌0.5 h，然后靜置24 h，測(cè)定135 ℃的布氏粘度，粘度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3，并繪制“再生劑摻量-粘度”曲線見(jiàn)圖2。

表3　再生瀝青粘度測(cè)試結(jié)果

圖2　再生劑摻量-粘度關(guān)系曲線

由圖2可見(jiàn)，不同摻量再生劑的再生效果是不一樣的。其中TL2000路面強(qiáng)化劑的再生效果要優(yōu)于瀝再生。對(duì)上述曲線進(jìn)行線性擬合，見(jiàn)式(2)與式(3)。

y=2 447.9x3-403.12x2+5.208 3x+2.97

(2)

y=-1 354.2x3+367.86x2-41.637x+2.967 3

(3)

式中：x為再生劑摻量，%；y為粘度，Pa·s。

根據(jù)上述結(jié)果確定出TL2000的摻量為4%，為達(dá)到4%TL2000摻量的再生效果，最終根據(jù)式(3)計(jì)算得出瀝再生的摻量為10%。采用上述再生劑摻量，拌制瀝青，測(cè)試再生瀝青的粘度，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

表4　再生劑摻量

根據(jù)確定的再生劑摻量進(jìn)行粘度測(cè)試，其結(jié)果相差小于0.1 Pa·s，說(shuō)明這2種再生瀝青已達(dá)到相近的流變狀態(tài)，從而進(jìn)行橫向的對(duì)比試驗(yàn)。

3再生瀝青性能分析

3.1　基本性能

分別將10%的瀝再生與4%的TL2000路面強(qiáng)化劑摻入到老化SBS改性瀝青中，按照《公路瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)范》(JTG E20-2011)，測(cè)定2種再生瀝青的針入度(25 ℃)、軟化點(diǎn)、延度(5 ℃)，并與SBS改性瀝青及未添加再生劑的老化瀝青進(jìn)行對(duì)比，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5。

表5　再生瀝青基本性能測(cè)試結(jié)果

通過(guò)表5可知，不同的再生劑以不同的摻量摻入到老化SBS改性瀝青中，在確保流變性質(zhì)相同的條件下，都能夠起到降低老化瀝青的軟化點(diǎn)，提高針入度(25 ℃)、延度(5 ℃)的作用；通過(guò)再生劑與老化瀝青的短時(shí)反應(yīng)，可以將瀝青的針入度增大到6.34 mm，軟化點(diǎn)降低至71.3 ℃，延度(5 ℃)增大到42 cm。與未老化的SBS改性瀝青對(duì)比可知，10%瀝再生的再生效果較好。

3.2　耐久性能

本文在此利用瀝青粘度為參考指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)2種再生瀝青的耐久性，并通過(guò)“時(shí)間-粘度”曲線來(lái)分析2種瀝青材料的性能隨時(shí)間的變化規(guī)律。把瀝再生與TL2000分別以各自確定的摻量加入老化瀝青中，分別以摻后0.2,1,2,4,8,16,30 d為時(shí)間點(diǎn)測(cè)定2種不同再生瀝青的粘度，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6，并繪制“時(shí)間-粘度”曲線見(jiàn)圖3。

表6　再生瀝青隨時(shí)間變化的粘度

圖3　“時(shí)間-粘度”曲線

由圖3可見(jiàn)，在初始粘度大致相等的情況下，隨著時(shí)間的推移，2種再生瀝青的粘度變化的趨勢(shì)相同。整體看來(lái)，2種再生瀝青的粘度曲線呈對(duì)數(shù)形態(tài)，粘度隨時(shí)間的增加而增大，并且趨勢(shì)逐漸變緩。其中摻入瀝再生的瀝青具有較好的耐久性能。

4實(shí)體工程應(yīng)用

根據(jù)路面調(diào)研結(jié)果及養(yǎng)護(hù)公司的安排，在某高速公路上選擇2個(gè)路表磨耗比較嚴(yán)重，但路面狀況良好的試驗(yàn)段，施工結(jié)束后進(jìn)行半年的跟蹤觀測(cè)。

4.1　霧封層施工工藝

(1) 施工前清理路表灰塵及裂縫中的雜物，保證路表干燥，且施工溫度不得低于10 ℃。

(2) 對(duì)路表破損嚴(yán)重的部位進(jìn)行局部維修，裂縫進(jìn)行灌縫處理。

(3) 常溫下將瀝再生或TL2000路面強(qiáng)化劑泵入灑鋪車(chē)中，然后均勻噴灑霧封層材料；其中TL2000噴灑量控制在1.4±0.1 kg/m2，瀝再生控制在0.9±0.1 kg/m2。

(4) 養(yǎng)生至霧封層材料完全干固后方可開(kāi)放交通。

施工過(guò)程中必須嚴(yán)禁煙火，同時(shí)施工人員應(yīng)穿好安全服、戴好口罩等。霧封層施工結(jié)束后必須保證路表狀況良好，避免因施工不慎或緊急剎車(chē)造成的花白。

4.2　跟蹤觀測(cè)

跟蹤觀測(cè)內(nèi)容主要包括滲水系數(shù)、抗滑擺值及構(gòu)造深度。與施工前的路表性能進(jìn)行對(duì)比，評(píng)價(jià)霧封層的使用效果，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表7。

表7　霧封層試驗(yàn)段路表性能跟蹤觀測(cè)結(jié)果

由表7可見(jiàn)，霧封層施工過(guò)后路表抗滑擺值有所降低，但仍能夠滿足規(guī)范要求。這主要是因?yàn)闉r再生與TL2000噴涂到路表都會(huì)導(dǎo)致路表構(gòu)造深度較低，因此施工過(guò)程中必須嚴(yán)格控制霧封層材料的噴涂量，避免出現(xiàn)噴涂過(guò)厚現(xiàn)象。但隨著使用年限的增長(zhǎng)，路表的抗滑性能逐漸恢復(fù)，其中瀝再生效果優(yōu)于TL2000路面強(qiáng)化劑。霧封層施工后路表均不滲水，說(shuō)明霧封層能夠起到填充路面微裂縫的作用，防止路面水下滲，避免發(fā)生水毀病害。

5結(jié)語(yǔ)

瀝青老化實(shí)質(zhì)是芳香成份減少，瀝青質(zhì)與膠質(zhì)含量增多，稠度增加的一個(gè)不可逆的過(guò)程；而老化瀝青再生則是老化的逆過(guò)程。引起瀝青老化主要包括氧化作用、揮發(fā)作用、聚合作用、自然硬化以及滲流硬化。本文通過(guò)繪制“再生劑摻量-粘度”曲線，利用曲線擬合最終確定瀝再生與TL2000摻量分別為10%和4%；通過(guò)再生劑與老化瀝青的短時(shí)反應(yīng)，可以將瀝青的針入度增大到6.34 mm，軟化點(diǎn)降低至71.3 ℃，延度(5 ℃)增大到42 cm；耐久性研究表明再生瀝青粘度隨時(shí)間呈對(duì)數(shù)形態(tài)增大；實(shí)體工程表明霧封層雖會(huì)降低路表構(gòu)造與抗滑性能，但仍能滿足規(guī)范要求；同時(shí)，能夠填充路面微裂縫，防止路面水下滲，避免發(fā)生水毀病害。

參考文獻(xiàn)

[1]王娜,胡佳波.瀝青混凝土路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)綜述[J].山東交通科技,2011(5):75-79.

[2]樊英華,孔繁盛.確定瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)的方法[J].山西交通科技,2007(4):4-6.

[3]張勇強(qiáng).瀝再生霧封層技術(shù)的研究及應(yīng)用[J].交通科技,2014(4):130-132.

[4]耿九光.瀝青老化機(jī)理及再生技術(shù)研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué),2009.

[5]JTG E20-2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：人民交通出版社，2011.

Application Research on Recycling of Aged

Asphalt and Fog Seal Layer Preventive Maintenance

YuanWei

(Shanxi Transportation Research Institute, Taiyuan 030006, China)

Abstract：To study the regeneration effect of different regenerative agent, the two regeneration agents of RejuvalSealTM and TL2000 were used to conduct the comparison and analysis in the paper. The contents of 10% RejuvalSealTM and 4% TL2000 were determined by drawing the "regeneration agent content-viscosity" curve. This asphalt recycling agent was capable to increase the penetration to 6.34 mm, and reduce softening point to 71.3 ℃, and increase ductility (5 ℃) to 42 cm. The studies on durability show that as the time increases, the viscosity of recycled asphalt increases with logarithmic form. The entity project with fog seal layer shows that although the road surface structure and skid resistance were reduced, it still meets the regulatory requirements; and the fog seal layer is capable to fill the micro-cracks in the pavement and prevent the surface water infiltrating, avoid water damage diseases.

Key words:asphalt pavement; preventive maintenance; fog seal layer

收稿日期：2015-09-25

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.06.034