再生劑與舊料拌合工藝對再生瀝青混合料性能的影響

劉 坤

(昆山交通工程集團(tuán)有限公司，江蘇 昆山 215300)

0 引 言

廢舊瀝青混合料的熱再生是將廢舊瀝青路面材料(RAP)破碎、篩分后，以一定的比例與再生劑、新瀝青、新集料等混合，重新拌制成滿足公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范要求的再生瀝青混合料[1-3]。

研究表明，廢舊瀝青混合料中的舊瀝青在熱再生過程中起到一定的膠結(jié)作用，并在拌合時向新集料的表面轉(zhuǎn)移[4]，與添加的再生劑和新瀝青混合均勻，形成新的膠結(jié)料。但是，由于舊瀝青已經(jīng)老化變硬，流動性變差[5-6]，在拌合過程中難以和再生劑混合均勻，僅有少量能轉(zhuǎn)移至新集料表面，絕大部分舊瀝青仍然裹覆在回收集料表面，導(dǎo)致再生瀝青混合料的瀝青量和瀝青性質(zhì)分布不均勻[7]。近年來，國內(nèi)開展了對舊瀝青與再生劑在不同拌合工藝下的混合行為研究，結(jié)果表明，提高舊料預(yù)熱溫度、延長拌合時間、選用低黏度再生劑等可增強舊瀝青與再生劑混合的均勻程度，增加舊瀝青向新集料表面的轉(zhuǎn)移量[8-10]。然而，關(guān)于廢舊瀝青混合料與再生劑的拌合工藝對再生瀝青混合料性能的影響卻未被探究。

為此，本文分別在不同的拌合工藝下將廢舊瀝青混合料與再生劑拌合均勻，然后依次加入新集料、新瀝青和礦粉，在相同的工藝條件下拌合得到再生瀝青混合料，通過對再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性、低溫抗裂性、疲勞性能的測試，研究廢舊瀝青混合料與再生劑的拌合工藝對再生瀝青混合料性能的影響。

1 試驗準(zhǔn)備

1.1 試驗原料

瀝青采用泰州70#重交瀝青，其物理性能指標(biāo)如表1所示；再生劑為實驗室自制，其性能指標(biāo)如表2所示；廢舊瀝青混合料瀝青含量為4.0%，取自昆山交投料場；新集料采用普通石灰石，最大粒徑為19 mm，取自昆山交投料場；礦粉為普通石灰石礦粉，取自昆山交投料場。

表1 泰州70#瀝青的物理性能

表2 再生劑的性能指標(biāo)

1.2 再生劑與舊料拌合工藝設(shè)計

為研究再生劑與舊料的拌合工藝對再生瀝青混合料性能的影響，先將再生劑噴灑在RAP表面，再拌合均勻，然后從舊料預(yù)熱溫度、再生劑預(yù)熱溫度、再生劑與舊料拌合時間3個方面著手，設(shè)計了以下3種拌合工藝。

(1)舊料預(yù)熱溫度分別為100 ℃、110 ℃、120 ℃、130 ℃、140 ℃，再生劑預(yù)熱溫度為100 ℃，拌合時間為10 s，拌合溫度為185 ℃。

(2)再生劑與舊料拌合時間分別為10、20、30、40、50 s，舊料預(yù)熱溫度為110 ℃，再生劑預(yù)熱溫度為100 ℃，拌合溫度為185 ℃。

(3)再生劑預(yù)熱溫度分別為80 ℃、90 ℃、100 ℃、110 ℃、120 ℃，舊料預(yù)熱溫度為110 ℃，拌合時間為10 s，拌合溫度為185 ℃。

1.3 再生瀝青混合料的配合比設(shè)計

(1)通過離心分離法得到回收集料，通過篩分試驗確定回收集料和新集料的級配。通過泰勒曲線確定再生瀝青混合料的目標(biāo)級配為AC-20、 舊料摻量為30%時各檔新集料的摻量。

(2)將舊瀝青與再生劑混合得到再生瀝青，通過再生瀝青的常規(guī)物理性能測試結(jié)果確定再生劑的最佳摻量為老化瀝青用量的15%。

(3)采用馬歇爾試驗確定AC-20型再生瀝青混合料的最佳油石比為4.1%；根據(jù)舊料中的瀝青量和計算所得的再生劑用量確定新瀝青用量。

1.4 再生瀝青混合料的制備

將再生劑均勻地噴灑在廢舊瀝青混合料表面，在攪拌鍋中拌合均勻，然后依次加入新集料、新瀝青及礦粉，在185 ℃下拌合均勻即可。

1.5 再生瀝青混合料的性能測試

再生瀝青混合料的浸水殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強度比分別按照ASTM D 1559和ASTM D 4867所規(guī)定的方法測定；再生瀝青混合料在15 ℃、20%應(yīng)力控制模式下的疲勞壽命按照ASTM D 4123所規(guī)定的方法測定，加載頻率為0.1 s，卸載頻率為0.9 s，加載速率為50 mm·min-1；再生瀝青混合料在-10 ℃的破壞強度和破壞應(yīng)變按照ASTM D 4123中所規(guī)定的方法測試，加載速率為50 mm·min-1。

圖1 舊料預(yù)熱溫度對再生瀝青混合料各性能指標(biāo)的影響

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 舊料預(yù)熱溫度對再生瀝青混合料性能的影響

圖1是再生瀝青混合料性能隨舊料預(yù)熱溫度變化的曲線。從圖1可以看出，隨著舊料預(yù)熱溫度的逐漸升高，再生瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強度比、疲勞壽命、破壞強度和破壞應(yīng)變均增大。這是因為，提高舊料預(yù)熱溫度增強了舊瀝青的流動性，使舊瀝青與再生劑拌合更均勻，不僅有利于再生劑對舊瀝青性能的恢復(fù)，而且增加了舊瀝青向新集料的轉(zhuǎn)移量，使再生瀝青混合料中的舊瀝青分布更加均勻，因此再生瀝青混合料的性能得到改善[11-12]。但是，當(dāng)舊料預(yù)熱溫度超過130 ℃之后，再生瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強度比、疲勞壽命、破壞強度和破壞應(yīng)變開始降低。這是因為，過高的預(yù)熱溫度使舊瀝青在預(yù)熱的過程中再次老化，對再生瀝青混合料的性能產(chǎn)生負(fù)面影響。

2.2 再生劑與舊料拌合時間對再生瀝青混合料性能的影響

圖2是再生瀝青混合料性能隨再生劑與舊料拌合時間變化的曲線。從圖2可以看出，隨著再生劑與舊料拌合時間的增加，再生瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強度比、疲勞壽命、破壞強度和破壞應(yīng)變均增加。這是因為，隨著再生劑與舊料拌合時間的延長，再生劑與舊瀝青之間的混合變得更加均勻，增強了再生劑對舊瀝青性能的改善效果，降低了舊瀝青的黏度，改善了其流動性，增加了轉(zhuǎn)移至新集料表面的舊瀝青量，使再生瀝青混合料中舊瀝青的分布更為均勻，從而提高了再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性、抗疲勞性和低溫抗裂性[13-14]。

2.3 再生劑預(yù)熱溫度對再生瀝青混合料性能的影響

圖3是再生瀝青混合料性能隨再生劑預(yù)熱溫度變化的曲線。從圖3可以看出，隨著再生劑預(yù)熱溫度的逐漸升高，再生瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強度比、疲勞壽命、破壞強度和破壞應(yīng)變均增加。這是因為，再生劑預(yù)熱溫度升高，增強了再生劑在舊料表面的流動性，與舊瀝青的混合變得更均勻，使轉(zhuǎn)移至新集料表面的舊瀝青量增加，提高了舊瀝青在再生瀝青混合料中分散的均勻性，因此改善了再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性、抗疲勞性和低溫抗裂性[15]。當(dāng)再生劑的預(yù)熱溫度超過100 ℃，繼續(xù)提高再生劑的預(yù)熱溫度對再生瀝青混合料的疲勞壽命、破壞應(yīng)變和破壞強度的改善效果有限。這可歸因于：再生劑預(yù)熱溫度超過100 ℃之后，繼續(xù)升溫對再生劑在舊料表面流動性的增強作用有限，因此對再生瀝青混合料的抗疲勞性能和低溫抗開裂性能的改善效果不明顯。

圖2 再生劑與舊料拌合時間對再生瀝青混合料各性能指標(biāo)的影響

圖3 再生劑預(yù)熱溫度對再生瀝青混合料各性能指標(biāo)的影響

3 結(jié) 語

本文設(shè)計了不同的拌合工藝，制備得到不同再生瀝青混合料，通過測試再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性、疲勞破壞特性和低溫抗裂性能，研究了舊料預(yù)熱溫度、再生劑預(yù)熱溫度以及再生劑與舊料拌合時間對再生瀝青混合料路用性能的影響，主要研究結(jié)論如下。

(1)提高舊料的預(yù)熱溫度有利于舊瀝青向新集料轉(zhuǎn)移，使再生瀝青混合料中的舊瀝青與新瀝青及再生劑混合得更加均勻，從而改善再生瀝青混合料的路用性能。但是，當(dāng)舊料預(yù)熱溫度超過130 ℃，會使舊瀝青在預(yù)熱的過程中再次老化，對再生瀝青混合料的性能產(chǎn)生負(fù)面影響。

(2)延長再生劑與舊料的拌合時間可使再生劑與舊瀝青之間的混合變得更加均勻，改善舊瀝青的流動性，提高轉(zhuǎn)移至新集料表面的舊瀝青量，使再生瀝青混合料中舊瀝青的分布更為均勻，從而改善再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性、抗疲勞性和低溫抗裂性。

(3)提高再生劑的預(yù)熱溫度可使再生劑與舊瀝青的混合變得更均勻，使轉(zhuǎn)移至新集料表面的舊瀝青量增加，提高舊瀝青在再生瀝青混合料中分散的均勻性，從而改善再生瀝青混合料的路用性能。但是，當(dāng)再生劑的預(yù)熱溫度超過100 ℃，繼續(xù)升溫對再生劑在舊料表面的流動性的增強作用有限，因此對再生瀝青混合料的路用性能改善效果不明顯。