外加劑對(duì)再生瀝青混合料性能影響的試驗(yàn)研究

王 鑫

(廣東華路交通科技有限公司，廣東 廣州 510420)

我國(guó)的道路處于建養(yǎng)并重階段，道路維修中產(chǎn)生大量的廢舊瀝青混合料，造成環(huán)境污染，不利于道路可持續(xù)發(fā)展；新建道路所需高品質(zhì)原材料又極度缺乏，最終無(wú)法保持其服務(wù)壽命。再生瀝青路面材料(RAP)的利用在施工中已經(jīng)變得越來(lái)越重要，然而RAP材料的替代料還是處于較低水平，2009年有研究者經(jīng)過(guò)大量研究認(rèn)為：RAP在熱拌瀝青混合料(HMA)的替換率不超過(guò)30%?；诃h(huán)境問(wèn)題和工程經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，提升工廠化高摻量RAP再生瀝青混合料的生產(chǎn)技術(shù)迫在眉睫。

再生瀝青混合料的典型特點(diǎn)是，結(jié)合料被氧化，瀝青質(zhì)增加，輕質(zhì)油分減少，結(jié)合料變得硬脆、易產(chǎn)生疲勞開(kāi)裂。為了克服這一問(wèn)題，通常在再生瀝青混合料中加入軟化劑或再生劑，起到軟化結(jié)合料的作用，恢復(fù)老化瀝青的性能，并確保再生瀝青混合料的使用性能。研究人員使用了不同的再生劑，并通過(guò)與HMA的性能進(jìn)行比較，確定了合適的回收材料摻量，盡管預(yù)估再生混合料中RAP的利用率在10%～30%之間，在添加再生劑的情況下，RAP的利用率可高達(dá)70%，然而許多外加劑的商業(yè)化使得回收過(guò)程成本高昂。這些限制與早期研究的再生劑在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用有關(guān)，因此有必要探索其他可用的油類(lèi)，以使項(xiàng)目在經(jīng)濟(jì)上可行，并確保RAP混合料具有足夠的抗車(chē)轍和疲勞性能。本文采用不同的RAP摻量(30%～70%)，加入5%的再生劑和軟化劑，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)不同再生瀝青混合料的體積特性、強(qiáng)度、水敏感性、車(chē)轍性能等進(jìn)行了分析。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 原材料

RAP材料來(lái)自于廣東省某中等交通高速公路，經(jīng)歷了7～9年的老化；新集料為玄武巖，來(lái)自周邊的采石場(chǎng)，各集料的基本技術(shù)性能均滿(mǎn)足相應(yīng)規(guī)范要求。

考慮到RAP摻量較高，采用SK90瀝青結(jié)合料。老化瀝青是通過(guò)離心機(jī)從RAP中回收的，其含量為3.64%；25 ℃下的針入度、軟化點(diǎn)和延展性為62 mm、48 ℃和18 cm。

以廢植物油為再生劑，由于存在大量的油酸和亞油酸，有望有效地恢復(fù)RAP結(jié)合料的性能。

軟化劑為市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)的常用的石油系物理軟化劑。

1.2 級(jí)配與混合料設(shè)計(jì)

當(dāng)RAP用于瀝青混合料時(shí)，必須考慮新混合料中的舊材料。因此，再生骨料被分為粗粒級(jí)(粒徑大于4.75 mm)和細(xì)粒級(jí)(小于4.75 mm)，然后將其與原骨料混合，制備出滿(mǎn)足規(guī)范級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)的新骨料混合料?；厥盏幕旌狭鲜峭ㄟ^(guò)采用不同RAP(即30%～70%)的原始料堆的不同組合來(lái)制備的。對(duì)照組混合料僅考慮原始料堆的組合(即全部新集料)?？刂平M混合料和回收混合料的最終級(jí)配均滿(mǎn)足規(guī)范的要求。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 體積特性

圖1為不同瀝青混合料的最佳油石比OBC，可以發(fā)現(xiàn)：再生瀝青混合料的OBC隨著RAP摻量的增加而減少，再生RAP的最佳瀝青結(jié)合料含量低于HMA，原因可能是再生劑可以恢復(fù)RAP結(jié)合料的物理和化學(xué)特性，HMA為了獲得更好的混合料和易性，需要低粘度或較多的新瀝青結(jié)合料。為了使各瀝青混合料試樣獲得同樣的空隙率，得到適當(dāng)?shù)恼扯龋枰獡饺肷倭康男聻r青結(jié)合料，再生劑的添加量取決于RAP中老化結(jié)合料的含量。

圖1 不同混合料的最佳油石比OBC

所有混合料的集料間隙率均大于13%(如圖2)。可以發(fā)現(xiàn)：所有混合料的VMA符合規(guī)范要求，隨著RAP含量的增加，VMA降低，再生瀝青混合料的VMA均小于對(duì)照組HMA的，摻有再生劑的RAP混合料的VMA小于摻有軟化劑RAP的。每種混合料的壓實(shí)功率相同，這種體積特性的變化趨勢(shì)很可能是軟化劑材料的影響，降低了混合料的VMA，這說(shuō)明再生劑具有降低粘度的作用，提高了高摻量RAP再生瀝青混合料的可行性。

圖2 不同瀝青混合料的VMA

圖3不同瀝青混合料的VFA值，可以發(fā)現(xiàn)：瀝青混合料的VFA介于65%～75%之間，無(wú)論有無(wú)再生劑，對(duì)照組混合料的VFA值高于摻RAP的再生瀝青混合料。此外，還發(fā)現(xiàn)VFA值隨著RAP摻量的增加而降低，摻再生劑的RAP混合料與具有軟化劑的再生混合料相比，顯示出較小的VFA。

圖3 不同瀝青混合料的VFA

2.2 間接拉伸強(qiáng)度

采用間接拉伸試驗(yàn)可評(píng)價(jià)瀝青混合料的拉伸性能，進(jìn)而評(píng)價(jià)瀝青路面抗裂性能。所需試件直徑100 mm、高度63.5 mm，ITS為干燥狀態(tài)下的間接拉伸強(qiáng)度。

圖4為通過(guò)間接拉伸試驗(yàn)獲得的所有混合料在4%空隙率下的平均抗拉強(qiáng)度。由圖4發(fā)現(xiàn)：當(dāng)添加軟化劑時(shí)，ITS值隨RAP含量的增加而提高，與對(duì)照組混合料相比，再生混合料的強(qiáng)度更高，摻軟化劑或再生劑的再生瀝青混合料RAP(70%)表現(xiàn)出更好的性能；當(dāng)RAP摻量分別為30%、40%、50%、60%、70%時(shí)與對(duì)照組混合料相比，使用軟化劑和再生劑的RAP值分別提高了6.6%、32.38%、42.85%、54.28%和70.47%和1.9%、15.24%、49.52%、58.09%和63.80%，且RAP摻量在30%～60%之間時(shí)，強(qiáng)度結(jié)果之間區(qū)別不大；摻量在50%和60%RAP的情況下，摻有再生劑混合料比摻有軟化劑的再生混合料表現(xiàn)出更高的強(qiáng)度，這可能是由于摻有軟化劑比再生劑具有更強(qiáng)的軟化效果；而摻量為70%的摻有軟化劑的RAP混合料強(qiáng)度又高于摻有再生劑的強(qiáng)度，強(qiáng)度高對(duì)瀝青路面的抗變形能力是有好處的，但如果降低了柔韌性，其抗裂性能就差，因此，在合適的摻量下，保持相對(duì)高的強(qiáng)度和較好的抗裂性能是理想狀態(tài)。

圖4 不同混合料的間接抗拉強(qiáng)度

2.3 水敏感性

采用水敏感性試驗(yàn)時(shí)，使用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀成型試件，直徑為100 mm、厚63.5 mm，所有試樣的空隙率控制在7%左右。使用兩組樣品，一組在水中浸泡24 h，另一組保持干燥作為對(duì)照試樣。水敏感性通常用抗拉強(qiáng)度比(TSR)來(lái)表示，TSR值是指試件在潮濕狀態(tài)下的抗拉強(qiáng)度與干燥狀態(tài)下強(qiáng)度的比值，較高的TSR表明該混合物具有良好的抗水損壞能力。TSR值大于0.8時(shí)的混合料具有較強(qiáng)的抗水損害能力。

由圖5所示，TSR值在83.64%～93.2%之間，均大于0.8，具有良好的抗水敏感性，隨著RAP含量的增加，TSR降低，對(duì)于含有軟化劑和再生劑的再生瀝青混合料，TSR值在84.03%～93.2%之間，與對(duì)照組相比，摻外加劑的再生瀝青混合料具有更好的抗水敏感性。

從圖5還可以看出，對(duì)于RAP含量為30%～40%的再生瀝青混合料，TSR值略有增加，但隨著RAP含量的進(jìn)一步增加，TSR降低。這可能是由于混合料中存在老化的瀝青結(jié)合料，對(duì)水分不敏感，但隨著RAP含量的增加，混合料的和易性降低，導(dǎo)致混合料中VFA值減少，TSR值降低。

圖5 不同瀝青混合料TSR值

2.4 輪轍試驗(yàn)

采用輪轍試驗(yàn)以評(píng)估瀝青混合料的抗永久變形能力，孔隙率控制在4%左右，試件尺寸為400 mm×400 mm×50 mm，每種混合料的車(chē)轍深度在20 000次荷載作用得到。

圖6顯示了所有混合料的平均車(chē)轍深度，可以發(fā)現(xiàn)：所有混合料的車(chē)轍性能均小于臨界值，在HMA中添加RAP可提高其抗車(chē)轍性能，而添加再生劑可降低其抗車(chē)轍性能，這可能是由于RAP的硬化效應(yīng)，以及再生劑和軟化劑的軟化效應(yīng)；與再生混合料相比，原始混合料車(chē)轍深度最高。

圖6 不同瀝青混合料的車(chē)轍深度對(duì)比

3 結(jié) 論

(1)瀝青混合料的最佳油石比隨著再生劑的加入而降低；在強(qiáng)度方面，再生混合料的強(qiáng)度更高，含有RAP(70%)和軟化劑或再生劑的混合料表現(xiàn)出更好的性能，然而，摻有軟化劑的再生瀝青混合料，50%和60%RAP的再生混合物具有更高的強(qiáng)度。

(2)所有瀝青混合料(HMA和RAP)均達(dá)到最小拉伸強(qiáng)度比，沒(méi)有水分敏感性問(wèn)題。

(3)所有再生瀝青混合料的抵抗車(chē)轍性能高于對(duì)照組HMA，摻有再生劑的再生瀝青混合料抗車(chē)轍性能高于摻軟化劑的再生瀝青混合料。

(4)摻再生劑混合料的材料成本預(yù)計(jì)低于摻軟化劑的再生混合料和原始混合料。基于室內(nèi)試驗(yàn)可以推斷，在不顯著影響混合料性能的情況下，可以生產(chǎn)RAP摻量高達(dá)60%，添再生劑約5%的再生瀝青混合料。