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      再生瀝青PAV老化后性能評(píng)價(jià)分析

      2021-03-21 07:05:24張利民
      中國(guó)建材科技 2021年4期
      關(guān)鍵詞:勁度針入度車轍

      張利民

      (甘肅順達(dá)路橋建設(shè)有限公司,甘肅 蘭州 730000)

      0 引言

      提高路面廢棄材料再生利用水平是實(shí)現(xiàn)“綠色交通”的具體要求和重要途徑。我國(guó)瀝青路面正處于改擴(kuò)建和維修加鋪的周期性階段,廢舊瀝青的回收再利用對(duì)材料循環(huán)利用有關(guān)鍵作用。國(guó)內(nèi)外針對(duì)廢舊瀝青的再生方法和技術(shù)性能開展了大量研究。在瀝青再生工藝方面,借助動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)和斯托克斯-愛因斯坦方程,研究了再生劑向老化瀝青的滲透行為,提出了再生瀝青的適宜再生條件;采用阿布森法和旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器,對(duì)回收瀝青進(jìn)行性能指標(biāo)測(cè)試,結(jié)果表明,阿布森法對(duì)瀝青的老化影響程度小,但是操作工藝復(fù)雜。結(jié)合國(guó)內(nèi)外瀝青再生劑種類,研發(fā)了Z型瀝青再生劑,并分析了再生劑對(duì)瀝青和瀝青混合料性能的影響。但是,再生瀝青在應(yīng)用中必然面臨再老化現(xiàn)象,而針對(duì)再生瀝青再老化后的性能研究尚不多見[1]。

      為此,本文選用三種再生劑對(duì)回收瀝青再生,通過壓力老化試驗(yàn)(PAV)模擬瀝青長(zhǎng)期老化,通過針入度、軟化點(diǎn)、延度、車轍因子、低溫彎曲蠕變勁度模量等性能指標(biāo)測(cè)試,對(duì)比老化前后再生瀝青的性能指標(biāo)變化,分析再老化對(duì)再生瀝青性能的影響。

      1 原材料與試驗(yàn)方法

      1.1 原材料

      試驗(yàn)優(yōu)選了三種瀝青再生劑,再生劑A為遼寧交通科研所開發(fā)的JY型再生劑、再生劑B為日本JSR株式會(huì)社研制的RF再生劑、再生劑C為重慶交通大學(xué)研發(fā)的RA-2型再生劑,已有研究成果的推薦用量分別為7%、9%和7%?;厥諡r青采用抽提法從廢舊瀝青瀝青混合料中提取[2],廢舊瀝青混合料取自銅仁S305 瀝青面層材料,面層材料為AC-13瀝青混合料,所用瀝青為SK AH-90基質(zhì)瀝青。在回收瀝青中加入三種再生劑配制再生瀝青A、B和C,并以SK AH-90基質(zhì)瀝青作為基準(zhǔn)。本文共采用五種瀝青樣品,分別是SK AH-90基質(zhì)瀝青、回收瀝青、再生瀝青A、再生瀝青B和再生瀝青C。

      1.2 試驗(yàn)方法

      為了探究再生瀝青再老化后的性能,采用壓力老化試驗(yàn)(PAV)對(duì)五種瀝青樣品進(jìn)行長(zhǎng)期老化,試驗(yàn)條件為老化溫度100℃、老化時(shí)間48h、老化壓力2.1MPa。老化前后樣品的試驗(yàn)內(nèi)容包括:采用瀝青組份全自動(dòng)分析儀進(jìn)行組分分析,進(jìn)行瀝青的三大指標(biāo)測(cè)試試驗(yàn),采用動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)(DSR)測(cè)試瀝青的復(fù)數(shù)剪切模量G*和相位角δ,采用瀝青彎曲小梁試驗(yàn)(BBR)測(cè)試瀝青的彎曲蠕變勁度S和m值。試驗(yàn)流程均按照J(rèn)TG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》及AASHTO的規(guī)范要求進(jìn)行。通過上述試驗(yàn)對(duì)五種瀝青樣品老化前后的測(cè)試指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比,分析長(zhǎng)期老化對(duì)再生瀝青的性能影響。五種瀝青的技術(shù)指標(biāo)見表1。

      表1 五種瀝青的技術(shù)指標(biāo)

      2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

      2.1 瀝青組分

      采用全自動(dòng)瀝青組分分析儀對(duì)老化后的五種瀝青樣品進(jìn)行分析試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表2。

      表2 老化后瀝青的四組分組成

      從表2可以看出,在回收瀝青中加入再生劑后,再生瀝青的組分能恢復(fù)到AH-90基質(zhì)瀝青的組分水平;再生劑A和再生劑C對(duì)提高回收瀝青中的飽和分和芳香分含量效果優(yōu)于再生劑B,再生劑B對(duì)降低回收瀝青中的膠質(zhì)含量效果次于再生劑A和再生劑C;再生劑C能夠顯著降低瀝青質(zhì)含量,優(yōu)于其他兩種再生劑[3]。從老化后瀝青組分來看,相比基質(zhì)瀝青,三種再生瀝青老化后飽和分和芳香分含量升高,瀝青質(zhì)含量近似,膠質(zhì)含量降低,表明三種再生劑在不同程度上提高了回收瀝青的抗老化性能,這與再生劑的組成成分有關(guān)。經(jīng)老化后,五種瀝青樣品組分的變化增減幅度見圖1。

      圖1 老化后瀝青組份變化幅度

      由圖1可以看出,經(jīng)老化后,五種樣品的瀝青質(zhì)含量均增大;芳香分含量均減小,降低幅度相近;而飽和分和膠質(zhì)含量的變化有增有減,變化相對(duì)復(fù)雜。經(jīng)老化后,回收瀝青的瀝青質(zhì)和膠質(zhì)含量比其他四種樣品的變化幅度小,而飽和分含量比其他四種樣品的變化幅度大,表明老化時(shí)間越長(zhǎng)、溫度越高時(shí),瀝青中的輕質(zhì)成分損失越嚴(yán)重[4]。再生瀝青B和再生瀝青C老化后飽和分含量略有增加或不變,說明再生劑B和再生劑C能控制或減少瀝青中飽和分的損失。再生瀝青B經(jīng)老化后與再生瀝青A和再生瀝青C不同,其飽和分含量增長(zhǎng)了5%、膠質(zhì)含量降低了10%左右,說明再生劑B抑制了回收瀝青中輕質(zhì)組分損失。

      2.2 瀝青的三大指標(biāo)

      經(jīng)老化后,瀝青組分發(fā)生了較大變化,瀝青的三大指標(biāo)也發(fā)生了相應(yīng)改變。五種樣品老化后三大指標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

      表3 五種瀝青老化后的三大指標(biāo)

      由表1和表3可知,經(jīng)老化后,五種瀝青樣品的針入度和延度降低,軟化點(diǎn)升高,回收瀝青的各項(xiàng)指標(biāo)均最差。五種瀝青樣品的三大指標(biāo)老化前后的變化幅度如圖2所示。由圖2可知,老化后五種瀝青樣品的針入度下降了50%~80%,三種再生瀝青的針入度變化幅度均小于基質(zhì)瀝青;回收瀝青經(jīng)過老化后針入度下降了近80%;再生瀝青A的針入度下降幅度最小,約降低了50%;再生瀝青C的針入度下降幅度與再生瀝青A近似;再生瀝青B的針入度的下降幅度是三種再生瀝青中變化最大的,約65%?;厥諡r青的軟化點(diǎn)增幅最小,為24%,老化前后其軟化點(diǎn)均是五種瀝青樣品中最高的;再生瀝青A的軟化點(diǎn)增幅最大,為37%;再生瀝青B和再生瀝青C的軟化點(diǎn)變化幅度相近。五種瀝青樣品的延度變化狀況與針入度的變化趨勢(shì)相同,變化范圍為70%~90%。

      圖2 老化后瀝青三大指標(biāo)變化

      從老化前后再生瀝青的三大指標(biāo)變化幅度來看,再生瀝青A的再生效果最佳,針入度和延度降低幅度最小,軟化點(diǎn)升高幅度最大。

      2.3 DSR結(jié)果及分析

      通過DSR試驗(yàn)對(duì)五種瀝青老化前后的復(fù)數(shù)剪切模量G*和相位角δ進(jìn)行測(cè)試,采用抗車轍因子G**sin-1δ值反映瀝青的高溫抗變形能力,老化前后的結(jié)果分別如圖3和圖4所示。

      從圖3和圖4可知,經(jīng)老化后,五種瀝青樣品的抗車轍因子均增大,其中回收瀝青的抗車轍因子在老化前后均最大,說明老化時(shí)間直接影響車轍因子的大小,老化時(shí)間越長(zhǎng),抗車轍因子越大,抗變形能力越強(qiáng)。老化前,基質(zhì)瀝青和再生瀝青C的抗車轍因子基本相同,再生瀝青A的抗車轍因子高于再生瀝青C;老化后再生瀝青B的抗車轍因子高于再生瀝青A和再生瀝青C,基質(zhì)瀝青的抗車轍因子最小。

      圖3 老化前抗車轍因子

      圖4 老化后抗車轍因子

      從抗車轍因子隨溫度的變化增量來看,在58~70℃時(shí),五種瀝青樣品的抗車轍因子變化幅度較大;在70~82℃時(shí),五種瀝青樣品的抗車轍因子變化相對(duì)較小。這表明在溫度低于70℃時(shí),無論是否老化,隨著溫度變化,五種瀝青的抗變形能力變化顯著,對(duì)溫度變化敏感,而當(dāng)溫度高于70℃后,五種瀝青的抗變形能力相近。

      2.4 BBR結(jié)果及分析

      在溫度為-10℃、加載時(shí)間為1min條件下對(duì)五種瀝青樣品進(jìn)行BBR試驗(yàn),采用蠕變勁度S與m表征瀝青的低溫抗開裂性能,結(jié)果見圖5。

      由圖5可知,經(jīng)老化后,五種瀝青樣品的蠕變勁度都產(chǎn)生了不同程度的增加,基質(zhì)瀝青的蠕變勁度增長(zhǎng)比例最大,為35%;回收瀝青的蠕變勁度在老化前后均是最大,老化后增長(zhǎng)了20%。與基質(zhì)瀝青相比,老化前回收瀝青的蠕變勁度增長(zhǎng)了104%;老化后回收瀝青的蠕變勁度增長(zhǎng)了81%,表明實(shí)際老化情況對(duì)瀝青低溫蠕變勁度的影響要強(qiáng)于PAV試驗(yàn)老化對(duì)瀝青勁度模量的老化,原因可能是由于PAV模擬了熱氧老化對(duì)瀝青的影響,而實(shí)際的老化原因是多樣的,如水分、光照、行車、瀝青膜厚度、混合料空隙率等因素均會(huì)導(dǎo)致瀝青老化,故回收瀝青的蠕變勁度要遠(yuǎn)高于基質(zhì)瀝青。老化前后三種再生瀝青的蠕變勁度變化情況大體相近,蠕變勁度均增長(zhǎng)約20%;與回收瀝青相比,再生瀝青的蠕變勁度均明顯降低,表明再生瀝青的低溫抗開裂性能得到了改善,且三種再生劑對(duì)回收瀝青的蠕變勁度影響程度一致,沒有明顯差異性。

      圖5 老化前后瀝青的勁度S和m值

      BBR試驗(yàn)中的m值表征蠕變勁度隨時(shí)間變化的速率,m值越大,說明瀝青對(duì)溫度應(yīng)力的消散能力越強(qiáng)。從圖5中可以看出,經(jīng)老化后,五種瀝青樣品的m值明顯減小;回收瀝青的m值減小程度最大,降低了25%,其他幾種瀝青的m值降低了10%左右。五種瀝青的蠕變勁度和m值在老化前后的變化情況表明,加入再生劑后可將回收瀝青的低溫抗開裂性能恢復(fù)到與基質(zhì)瀝青相近的水平,且三種再生劑的改善效果沒有明顯差異。

      3 結(jié)論

      1)從瀝青組分分析來看,再生劑改變了回收瀝青的組成成分,不同再生劑對(duì)再生瀝青不同組分的影響程度不同,再生瀝青B經(jīng)老化后飽和分含量增加、膠質(zhì)含量降低,與其他瀝青老化后組分變化不同。

      2)經(jīng)老化后,瀝青的三大指標(biāo)發(fā)生明顯變化,再生瀝青的針入度和延度變化幅度均小于基質(zhì)瀝青,而再生瀝青A的軟化點(diǎn)增長(zhǎng)幅度最大,針入度和延度的降低幅度最小。

      3)老化前后回收瀝青的抗車轍因子均最大,再生瀝青C的抗車轍因子小于其他兩種再生瀝青;當(dāng)溫度低于70℃時(shí),抗車轍因子對(duì)溫度變化敏感。

      4)經(jīng)老化后,三種再生瀝青的蠕變勁度與基質(zhì)瀝青的水平相當(dāng),回收瀝青的蠕變勁度明顯高于其他瀝青;老化對(duì)基質(zhì)瀝青的蠕變勁度影響最大,對(duì)其他四種瀝青的蠕變勁度影響程度相近。再生瀝青的低溫抗開裂性能與基質(zhì)瀝青相近,能顯著改善回收瀝青的低溫抗開裂性能,且改善效果差異不大。

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