秦艷麗

(中鐵十八局集團(tuán) 第五工程有限公司,天津 300459)

多年來,無論是高速公路、一級(jí)公路還是鄉(xiāng)村道路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目,一直大力倡導(dǎo)環(huán)保性、創(chuàng)新性、創(chuàng)效性。減少能源消耗使用和限制碳排放一直是許多建筑行業(yè)研究人員致力研究的課題。

道路路基、路面材料的合理回收再利用[1-2]是非常低碳環(huán)保的行為,是世界各國積極倡導(dǎo)的發(fā)展方向,也是我國踐行高質(zhì)量發(fā)展、留住青山綠水的有效環(huán)保舉措之一。在道路建設(shè)領(lǐng)域,對(duì)瀝青混合料回收料(RAP)、廢顆粒、橡膠廢料再利用無疑是十分有意義的,對(duì)廢建材料進(jìn)行回收利用有助于保護(hù)自然環(huán)境,減少自然資源的開發(fā),避免道路路面施工中過度消耗原始材料[1]。當(dāng)下,由于我國高等級(jí)公路、一級(jí)公路、鄉(xiāng)村振興公路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)迅猛發(fā)展,引起公路建筑材料緊缺,價(jià)格飆升,為落實(shí)低碳環(huán)保這一主題,越來越多的道路項(xiàng)目建設(shè)提出了對(duì)改建道路的廢棄建筑材料進(jìn)行合理回收再利用的建議。

一些廢棄的道路材料中仍具有一定的級(jí)配和較高的強(qiáng)度,富含SiO2、Al2O3、Fe2O3等諸多化學(xué)成分,這是道路建材不可缺少的元素,再生利用的價(jià)值非常高。通過二次利用一些改造、重建道路的原材料,不僅節(jié)約了施工成本,還能夠有效減少環(huán)境污染,避免資源過度浪費(fèi),變廢為寶,達(dá)到降本、增效、環(huán)保、綠色低碳等目的,助力實(shí)現(xiàn)“節(jié)約型社會(huì)”和高質(zhì)量發(fā)展。與其他歐洲國家相比,我們?cè)谠擃I(lǐng)域的研究起步較晚。道路材料回收技術(shù)優(yōu)劣的主要評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)是新再生材料應(yīng)具有優(yōu)于或等同于原混合料的性能。基于滿足節(jié)能和環(huán)保的要求,亟須應(yīng)用新材料新技術(shù),尋求性價(jià)比更高、更可靠的解決方案。降低加工溫度并同時(shí)摻入再生材料是實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的最有效方法,然而通常會(huì)導(dǎo)致瀝青混合料質(zhì)量總體下降。筆者介紹了利用費(fèi)托(F-T)合成蠟、玄武巖纖維,通過溫拌瀝青(WMA)技術(shù),對(duì)瀝青混合料回收料(RAP)進(jìn)行再生,并在不同環(huán)境下,通過試驗(yàn)分析對(duì)比,研究添加不同配合比、不同改性劑對(duì)再生瀝青混合料路用性能的影響。

1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料用于設(shè)計(jì)、加工生產(chǎn)交通類別道路路面鋪攤的密實(shí)式瀝青混凝土混合料:骨料——取自當(dāng)?shù)夭墒瘓?再生瀝青顆?！∽匝心サ募扔械缆仿访?改性劑——費(fèi)托(F-T)合成蠟、玄武巖纖維。

1.1 骨 料

骨料采用純石灰石礦物混合料,骨料粒徑分別為0～2,2～8,8～16,16～22 mm,礦物混合料的篩分分析見表1。表中“-”表示沒有做實(shí)驗(yàn)。

表1 礦物混合料的篩分分析

1.2 再生瀝青路面

為了研究再生混合料性能,確定所用瀝青顆粒詳細(xì)組成。通過萃取法測(cè)得瀝青質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.0%,粒度分析結(jié)果見表2。表中“-”表示沒有做實(shí)驗(yàn)。

表2 RAP的篩分分析

1.3 費(fèi)托(F-T)合成蠟

費(fèi)托(F-T)合成蠟是一種瀝青改性劑[3],熔融溫度約為95 ℃,易溶于瀝青。與天然石蠟相比,費(fèi)托(F-T)合成蠟具有更長的烴鏈,并且在結(jié)晶后會(huì)形成結(jié)晶網(wǎng)格,可以有效降低瀝青的黏度,從而提高混合物的抗變形能力。費(fèi)托(F-T)合成蠟用于在較低溫度下生產(chǎn)瀝青混凝土混合物。相對(duì)于瀝青,其添加量為2.5%。

1.4 添加F-T合成蠟的改性瀝青

瀝青在瀝青混合料中的作用是在混合物中永久覆蓋和黏結(jié)骨料顆粒。骨料和瀝青形成整體復(fù)合材料,在整個(gè)路面壽命周期內(nèi)是否具有足夠的穩(wěn)定性,取決于瀝青的化學(xué)成分和流變特性。

研究對(duì)象是用于道路建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)瀝青混合料——35/50號(hào)瀝青以及添加2.5%費(fèi)托(F-T)合成蠟改性瀝青[4],兩者參數(shù)匯總見表3。在確定了實(shí)驗(yàn)瀝青的基本性能后,再進(jìn)行試驗(yàn),確定瀝青的膨脹比ER和半衰期HL兩個(gè)特征參數(shù)。費(fèi)托(F-T)合成蠟改性瀝青的檢測(cè)結(jié)果如圖1所示。

圖1 黏結(jié)劑的發(fā)泡特性

表3 瀝青的基本參數(shù)

圖1試驗(yàn)結(jié)果表明,在規(guī)定的最佳持水量(FWC)下,費(fèi)托(F-T)合成蠟改性瀝青具有較高的膨脹率和半衰期。

1.5 玄武巖纖維

礦物纖維主要來源于玄武巖,其具有不同的長度和直徑。纖維表現(xiàn)出高的拉伸強(qiáng)度和硬度,在酸性和堿性環(huán)境中都能耐腐蝕。玄武巖纖維[5]能很好地黏附在瀝青上,從而提高瀝青混合料對(duì)水和霜凍作用的抵抗力。像纖維素纖維一樣,它們吸附瀝青,并作為瀝青中的穩(wěn)定劑發(fā)揮作用。在瀝青混合料內(nèi)部,玄武巖纖維構(gòu)筑起的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)有效規(guī)避了瀝青混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)力過于集中的情況,從而有效延長路面的使用周期。玄武巖纖維的性能見表4,在兩種混合物中均使用質(zhì)理分?jǐn)?shù)為0.5%的玄武巖纖維。

表4 玄武巖纖維的性能

2 瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)

瀝青混合料的配合比[6]依據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40—2004),制作5種瀝青混合料。5種瀝青混合料含有35/50號(hào)瀝青質(zhì)量分?jǐn)?shù)都一樣,都為3.6%。

1) 混合料A含有35/50號(hào)瀝青的熱拌瀝青混合料(HMA)[7]。

2) 混合料B含有35/50號(hào)瀝青、玄武巖纖維添加量為0.5%的熱拌瀝青混合料(HMA)。

3) 混合料C含有35/50號(hào)瀝青的溫拌瀝青混合料(WMA)[8]。

4) 混合料D含有35/50號(hào)瀝青、2.5%F-T合成蠟改性的溫拌瀝青混合料(WMA)。

5) 混合料E含有35/50號(hào)瀝青、2.5%F-T合成蠟、0.5%的玄武巖纖維改性的溫拌瀝青混合料(WMA)。

3 瀝青混合料試驗(yàn)研究

在實(shí)驗(yàn)室對(duì)前一章節(jié)闡述的瀝青混合料在添加費(fèi)托(F-T)合成蠟、玄武巖纖維等不同改性劑時(shí)進(jìn)行試驗(yàn),分析能體現(xiàn)不同改性劑對(duì)再生瀝青混合料路用性能的影響指標(biāo)——空隙率Vm(圖3)和相對(duì)轍深PRDAIR(圖4)。試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表5。

圖3 空隙率Vm

圖4 相對(duì)轍深PRDAIR

表5 試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

根據(jù)圖3分析,所有混合料的空隙率范圍為4.0%～7.0%,均滿足規(guī)定的空隙率要求。其中混合料C中的空隙率最高,達(dá)6.3%,而混合料A中的壓實(shí)度最高,空隙率為4.2%,混合料D、E空隙率為4.70%～4.88%。結(jié)果表明玄武巖纖維和費(fèi)托(F-T)合成蠟改性劑的加入能夠?qū)匕铻r青混合料的壓實(shí)度產(chǎn)生有利影響。根據(jù)圖4分析,玄武巖纖維和費(fèi)托(F-T)合成蠟改性劑的加入,溫拌瀝青混合料E相對(duì)轍深PRDAIR最小,為5.63%,說明玄武巖纖維和費(fèi)托(F-T)合成蠟改性劑能提高溫拌瀝青混合料(WMA)的永久抗變形抗力。

4 結(jié) 論

通過對(duì)添加不同改性材料的瀝青混合料的試驗(yàn)結(jié)果分析可得出以下結(jié)論:

1) 在規(guī)定的最佳持水量(FWC)下,費(fèi)托(F-T)合成蠟改性瀝青具有較高的膨脹率和半衰期。

2) 玄武巖纖維和費(fèi)托(F-T)合成蠟改性劑能降低瀝青混凝土的空隙率,從而提高溫拌瀝青混合料的壓實(shí)度。

3) 添加費(fèi)托(F-T)合成蠟和玄武巖纖維的溫拌瀝青混合料(WMA)在抗車轍方面展現(xiàn)出良好性能,可以降低混合料相對(duì)轍深,從而提高溫拌瀝青混合料(WMA)的永久抗變形抗力,路用性能顯著增強(qiáng)。