上海理工大学学报年第卷截至目前泡沫沥青的主要用途是能够对旧沥青混合料 # #& $!!&!, B 进行重新再生利用大量研究表明在一定程度上矿质混合料的性能是沥青混合料性能的核心对于高温性能而言有研究认为 D 取决于沥青而 D 取决于矿质混合料因此对于泡沫沥青冷再生混合料性能影

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酸平
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1 上海理工大学学报第卷第期!"! # #!$% # & " ' & 文章编号旧沥青混合料对泡沫沥青冷再生混合料性能的影响李秀君周维维李梦晨上海理工大学环境与建筑学院上海 ( 摘要在分析旧沥青混合料 B 特性及其在混合料中作用的基础上研究泡沫沥青冷再生混合料旧沥青老化程度旧沥青含量以及铣刨料的掺量等对再生混合料性能的影响研究得出在同一泡沫沥青用量下旧沥青老化越严重其混合料的空隙率越大劈裂强度和水稳性越差但旧沥青老化严重的铣刨料其 / 稳定度相对较高说明高温性能增强此外在某一固定的泡沫沥青用量下 B 掺量越多混合料的空隙率越大高温稳定性水稳性越差研究表明 B 掺量并不是越多越好如本文研究的泡沫沥青冷再生混合料为使抗拉性能及水稳性满足中等以上交通公路要求 B 掺量不宜超过 D 为使 / 稳定度满足重交通公路要求 B 掺量不宜超过 D 关键词泡沫沥青冷再生混合料旧沥青混合料劈裂强度水稳性中图分类号 2/ 文献标志码 $% '!! &&1 $. -$ ) %& ( 1.' 0( $ $ ()& $ /,!1!" #$$$%& '+ &! $!!& B!$ # B,. &. #!""$ "!!&!!& #!$ # B # &$ # #&",. -!, $!!&,!# # #&",. -! "! $@.$! -!, #!, $!!&,!" $ -!!!& ""! $!$ #!"B -# -!!!&!" $,. & - "! &! / -# $#!! -! $#!, $!!&, # B ""! $,.!$ - "+,!.! &!$ -!!# %.& -! " $! B!,.#! $ & &!$-!!#,.,!!# # B.&$ # $ D@ $ &! &,.,!!# # B.&$ # $ D, - &.!! 1:! +"! 收稿日期 / 第一作者李秀君 ( / 女副教授研究方向沥青路面材料 *+,!&0.:./#,

2 上海理工大学学报年第卷截至目前泡沫沥青的主要用途是能够对旧沥青混合料 # #& $!!&!, B 进行重新再生利用大量研究表明在一定程度上矿质混合料的性能是沥青混合料性能的核心对于高温性能而言有研究认为 D 取决于沥青而 D 取决于矿质混合料因此对于泡沫沥青冷再生混合料性能影响来讲旧沥青混合料的性能也势必起到十分关键的作用虽然在应用实践中已初步认识到旧沥青混合料不是传统冷再生认为的仅仅起到黑石头的作用但是国内外众多研究都很少涉及这部分内容这主要源于对旧沥青混合料作用认识不够重视以及对其研究具有相对复杂性由于对旧沥青混合料的认识都是基于经验缺乏必要的理论依据因此制约了泡沫沥青冷再生混合料的合理使用为了解决这一关键技术问题本文将根据 B 中沥青的老化程度 B 中沥青含量 B 掺量等关键特征对再生后混合料性能的影响进行研究并试图根据泡沫沥青冷再生混合料性能要求提出允许掺入的 B 最大量中旧沥青在再生过程中的作用 B 是由专用设备就地再生机路面铣刨机等将旧沥青路面面层有时会含有少量基层铣刨破碎后得到的具备一定级配的旧沥青混合料也称铣刨料由于旧沥青混合料中组成的多样性沥青的老化和集料的磨损 B 会表现出与新集料不同的材料特征在众多再生工程中 B 往往被看作黑石头认为 B 中的老化沥青与新沥青没有相互作用但在应用过程中往往会发现泡沫沥青再生旧沥青面层材料的成型效果表面光滑度致密性等要好于泡沫沥青再生沥青面层材料和基层材料的混合物图中为某道路泡沫沥青再生基层施工天后的芯样两芯样的回收料用量均为 ) D 其中图! 中试件的回收料包括 D 二灰材料图中试件的回收料均为旧沥青面层材料显然图中再生混合料芯样完整密实外观与热拌沥青混合料近似说明旧沥青在混合料中发挥了一定的粘结作用而图! 芯样表面粗糙松散密实性差这是源于其加入二灰材料后较多的二灰材料粉尘粘附在新旧沥青表面削弱了新沥青及部分旧沥青的粘结作用使得混合料密实性受到影响由此说明 B 中的部分旧沥青与旧沥青旧沥青与新沥青发生了相互作用旧沥青在一定程度下充当着粘结料的角色图泡沫沥青冷再生混合料芯样比较 )3 & & 10$ $.& -$ ) 1 %& ( 1. 0( $ 此外有关老化沥青与新结合料的相互作用程度美国联邦公路局及其.! 专家工作组起草了.! 热拌沥青路面施工技术规范其中包括了 B 的使用准则在这个 B 使用准则中认为 B 用量少于 D 时 B 中的老化沥青可看作黑石头即 B 中的老沥青对混合料性能没什么影响如果 B 用量在 /D D 时选用的新结合料等级比不考虑 B 时的沥青低一个,!# "!$ 等级即认为部分老沥青发挥了粘结作用 B 含量在 D 以上时基质沥青的等级需要根据相应的拌和图表来确定文献研究发现热再生过程中再生剂与老沥青不是物理意义上的结合而是相互发生了一定化学作用因此引进了一个相互作用系数建立了 'B,!&: $ #! 模型来预估再生剂用量试验发现采用该模型预估的 B 法更为合理 2 但是对于冷再生技术再生剂新沥青的选择取决于再生剂与老化沥青交互作用的时温效应在环境温度下再生剂的再生过程是一个缓慢的物理化学作用的过程再生剂与老化沥青之间的反应速度与再生剂类型老化沥青性能老化沥青含量及力学作用例如拌和压实以及交通和气候条件有关而且再生剂与老化沥青的反应并不是在整个混合料中同时发生而是从它们之间的界面开始此外混合料的性能如强度稳定度等会随水分和挥发性物质的蒸发而发生变化因此确定冷再生混合料养护后的力学性能要比简单确定混合物的相容性更为重要从而以旧沥青混合料掺量及旧沥青混合料中沥青的老化程度入手研究其对泡沫沥青冷再生混合料性能的影响对于理解再生剂与旧沥青旧沥青与旧沥青之间的相互作用以及指导泡沫沥青冷再

3 第期李秀君等旧沥青混合料对泡沫沥青冷再生混合料性能的影响生混合料的合理使用具有重要意义对泡沫沥青冷再生混合料性能的影响中旧沥青老化程度的影响原材料与混合料组成为研究 B 中旧沥青老化程度对泡沫沥青冷再生混合料性能的影响本文选用两种不同来源的沥青路面回收料且均为沥青面层 B 分别定义为 B B B 来自浙江某泡沫沥青厂拌再生工程面层材料使用了年 B 来自河南某高速公路厂拌再生工程面层材料使用了年采用高速离心法和旋转蒸发器法对两种沥青路面回收料进行抽屉和沥青回收试验测得两种 B 中沥青含量分别为 2(D 和 2 D 从两种不同年限对应的路面材料中回收得到的沥青 # $., $ B 分别记为 B B 对这两种回收沥青进行针入度 " 软化点和粘度测定试验结果列于表由表看出使用了年的回收料的沥青老化程度明显低于使用了年的回收料尤其前者的矿料名称表 '! 及再生混合料级配 < / 粘度几乎是后者的一半表回收沥青常规指标 2 +3 & $. & " &.+ %1 沥青类别针入度,, 软化点 / 粘度! B 2 / ((/ B /) / &.% '!.& -$ )1 %& < 相关研究认为泡沫沥青在再生混合料过程中用 B 级配代替 B 真实级配是可行的 / 因此本文在研究 B 特性对泡沫沥青冷再生混合料性能影响时不再考虑级配的影响用于发泡的沥青采用壳牌号沥青其最佳发泡条件为沥青温度 / 用水量为 D 对应发泡效果为膨胀率半衰期采用泡沫沥青对 B B 两种沥青回收料进行再生为了分析 B 中旧沥青老化程度对再生混合料性能的影响两种再生混合料的沥青用量与级配应保持一致即均采用 D 的泡沫沥青用量集料组成为 D 的沥青面层 B 和 D 的水泥然后分别再加入一定级配的新集料使得两种 B 再生后混合料级配相同两种 B 的级配及最终混合料级配如表所示筛孔孔径,, / ( / ( 2 / ) / B ( /( / )2 / / / B () () ( ( )/ 2)) ) ) / 混合料 () ( ( ) (/ /) 22 ( 混合料性能测定与分析对两种不同使用年限的 B 进行泡沫沥青冷再生随后测定两种再生混合料试件的物理力学指标包括干湿劈裂强度 +"/ 稳定度空隙率及抗压回弹模量试验结果见图及图见下页由图可见 B 对应的泡沫沥青冷再生混合料的干湿劈裂强度均高于 B 对应的再生混合料尤其湿劈裂强度高出后者近 (D 残留强度比 " 也稍高于后者再由图 2 见下页可看出 B 对应的泡沫沥青冷再生混合料的空隙率小于 B 对应的再生混合料这是由于 B 使用年限比 B 使用年限短结合表看出前者旧沥青粘度明显小于后者说明 B 使用年限图两种再生混合料及 )3. & -$ )1 %& 相对较长其沥青老化严重旧沥青与泡沫沥青相互作用程度较低部分老化沥青在短期内不能发挥粘结作用使得混合料空隙率相对较高相反 B

4 2 上海理工大学学报年第卷图两种再生混合料稳定度 )3# + $ - & -$ )1 %& 图 4 两种再生混合料空隙率 )34' &". & -$ )1 %& 图两种再生混合料回弹模量 )3.%$% & $ & -$ )1 %& 使用年限相对较短仅为年沥青老化程度较低在再生过程中旧沥青还能发挥一定的粘结作用使得泡沫沥青冷再生混合料空隙率相对较低劈裂强度和水稳性相对较高由于抗压回弹模量是沥青路面结构设计的重要参数因此本文测定了两种 B 对应的再生混合料的回弹模量试验结果如图所示由图看出 B 对应的再生混合料抗压回弹模量明显小于 B 对应的混合料这是由于 B 中沥青老化程度没有 B 严重 B 中沥青粘度越低对应再生混合料的模量越小为分析 B 中沥青老化程度对再生混合料高温性能的影响本文测定了两种再生混合料 / 稳定度试验结果见图由图看出 B 对应的再生混合料的稳定度低于 B 对应混合料的近 D 究其原因一是源于 B 中的旧沥青含量略高于 B 较多的沥青含量使得马歇尔稳定度减小二是由于 B 中旧沥青老化的程度相对较轻而 B 部分沥青老化严重使得再生后马歇尔稳定度较高由此可见 B 中旧沥青的老化程度及旧沥青用量对泡沫沥青冷再生混合料的性能有一定影响在同一泡沫沥青用量下旧沥青老化越严重其混合料的空隙率越大劈裂强度和水稳性越差但旧沥青老化严重的 B 其 / 稳定度相对较高说明高温性能增强此外旧沥青老化程度越高的 B 对应的再生混合料抗压回弹模量越大因此在实际工程应用中前期路况调查时需要考察旧沥青路面的使用年限及老化程度对于使用年限较久沥青老化严重的旧沥青混合料不宜再进行泡沫沥青再生应用或者不适宜用于特重及重交通道路否则其路用性能较差不能满足使用要求掺量的影响材料与混合料组成为进一步分析沥青路面回收料对泡沫沥青冷再生混合料性能的影响本文在保证混合料级配基本不变泡沫沥青用量相同的情况下对 B 掺量分别为 D D D 及 D 的泡沫沥青冷再生混合料进行了性能测定与分析所用 B 级配如表中的 B 混合料最终级配同表仍采用壳牌 9 沥青泡沫沥青用量恒定为 D 水泥用量为 D 由于 B 干密度与新集料干密度相差较大而混合料在拌和过程中的最佳拌和用水量必须根据击实试验测定的最佳含水量确定因此对上述 2 种 B 掺量下的混合料进行击实试验测得最佳含水量和最大干密度如图 / 所示由图 / 可看出泡沫沥青冷再生混合料的最佳含水量随 B 掺量的增加而增加最大干密度则随着 B 掺量的增加而减小混合料性能测定与分析对 2 种不同掺量的 B 进行泡沫沥青冷再生对再生混合料按规范要求测定混合料的物理力学指标如空隙率干湿劈裂强度 / 稳定度并回归各测定指标值与 B 掺量的函数关系试验结果见图

5 第期李秀君等旧沥青混合料对泡沫沥青冷再生混合料性能的影响图 '! 掺量对击实结果的影响 )3 $% ( '! 10 图 '! 掺量与稳定度关系 )3 $ + ( '!. + $ - 对抗拉性能及水稳性影响根据图可看出泡沫沥青冷再生混合料的空隙率随着沥青路面 B 掺量的增加而增大尤其当 B 掺量从 D 递增到 D 时递增幅度更大空隙率与 B 掺量具有二次抛物线关系由于 B 中老化沥青常温下劲度较高流动性差混合料不易图 '! 掺量与空隙率的关系 )3 $ + ( '!. &". 压实致密所以再生混合料中 B 掺量越多混合料空隙率越高由于高含量 B 具有较高的空隙率由图 )( 可见其水稳性相对较差泡沫沥青冷再生混合料的干湿劈裂强度及残留强度比与 B 掺量有较好的线性关系它们随着沥青面层 B 掺量的增加而降低干湿 +" 及 " 与 B 掺量相关公式分别如下式 +"$ )*. (. 2 +"- )*. / (.2)) " )*./2 ((./( 式中 +"$ 为干劈裂强度!+"- 为图 '! 掺量与的关系 )3 $ + ( '!. 湿劈裂强度!" 为残留强度比 D 为再生混合料中 B 掺量 D 根据式可计算出当 B 掺量为 D 时干湿劈裂强度分别为 2(! 和 )! 残留强度比为 ) D 与浙江省地方标准 % 公路泡沫沥青冷再生路面设计与施工技术规程 & % ) 以下简称 % 规程 & 中的要求值相比显然只能满足中等以下交通公路而不能满足中等以上交通公路的要求为使泡沫沥青冷再生混合料干湿劈裂强图 '! 掺量与关系 )3 $ + ( '!. 度及残留强度比均满足中等以上交通公路要求将 % 规程 & 中干劈裂强度要求值 2! 及残留强度比 D 分别代入式和式计算得出 B 掺量分别为 D) /D 两者取低值为 D

6 / 上海理工大学学报年第卷因此根据本文研究的结果认为在进行泡沫沥青冷再生混合料配合比设计时应考虑再生混合料的使用场合对 B 最大掺量进行控制例如基于本文所研究的混合料建议泡沫沥青冷再生混合料抗拉性能及水稳性满足中等以上交通公路要求时 B 掺量不能超过 D 对高温稳定性影响由图可见 / 稳定度随着 B 掺量的增加显著降低两者有较好的线性相关关系相关公式如式 2 )*. ) ( (.(2 2 式中为 / 稳定度为再生混合料中沥青面层 B 掺量 D 由于 B 中含有较多旧沥青这些旧沥青在常温下流动性差但在 / 超常温下逐渐软化使得混合料稳定度降低由此也说明 B 中的旧沥青不能简单看成黑石头而应当看作部分粘结料当 B 掺量较高时应适当降低泡沫沥青的用量否则泡沫沥青冷再生混合料的高温性能会削弱尤其当泡沫沥青再生层铺筑完后在其上铺筑热拌沥青混合料时再生层将间接加热并再次压实若沥青用量过高混合料将过早出现车辙波浪等早期损坏为使泡沫沥青冷再生混合料 / 稳定度满足重交通公路要求将常温下成型时的泡沫沥青冷再生混合料稳定度要求值代入式 2 计算得出 B 掺量为 2D 为使泡沫沥青冷再生混合料 / 稳定度满足中等交通道路要求将稳定度要求值 2 代入式 2 计算得出 B 掺量为 ))D 因此为使该文中研究的泡沫沥青冷再生混合料 / 稳定度满足重交通公路要求沥青面层 B 掺量不能超过 D 为满足中等交通公路要求泡沫沥青冷再生混合料中 B 用量不能超过 )D 结论本文基于两种使用年限不同旧沥青老化程度不同的 B 分析了 B 中旧沥青老化程度旧沥青含量 B 掺量等对泡沫沥青冷再生混合料性能的影响主要结论如下试验研究表明在同一泡沫沥青用量下 B 中旧沥青老化越严重其混合料的空隙率越大劈裂强度和水稳性越差但 / 稳定度及抗压回弹模量相对较高 B 中旧沥青含量越多再生混合料高温稳定性越差泡沫沥青冷再生混合料中 B 掺量对混合料性能有较大影响在某一固定的泡沫沥青用量下 B 掺量越多混合料的空隙率越高高温稳定性水稳性越差针对本文采用的旧沥青混合料及固定的级配研究得出为使该泡沫沥青冷再生混合料抗拉性能及水稳性满足重交通公路要求 B 掺量不宜超过 ) D 为使泡沫沥青冷再生混合料 / 稳定度满足重交通公路要求 B 掺量不宜超过 D 为满足中等交通公路要求 B 掺量不宜超过 )D 参考文献赵永利沥青混合料的结构组成机理研究南京东南大学.!. * %!..$ & $ ".!,. #!" #&!, $!!&!, B =! " 3A $!& 9" -! $,! (( 3 9.!" >!&*" " #!!# :! # #& $!!& # #!$!" $.,, $ # #&"!".!&!!& # # 2 ()/ () / 2; :!!! &.' &! 3*! & +&,!# # &$++ &!#!, # #&"-!, $!!& #. %!! B! # B # $.!& %!! B! #! $ / 2 栗关裔泡沫沥青冷再生技术的应用研究上海同济大学 ) / 肖杰乳化沥青冷再生混合料设计方法与使用性能研究长沙湖南大学

标题

第 33 卷第 3 期徐州工程学院学报 ( 自然科学版 ) 2018 年 9 月 Vol.33No.3 Journalof XuzhouInstitute of Technology (NaturalSciences Edition) Sep 2018 全再生沥青混合料路用性能研究黄维蓉 a, 宋鹏 b ( 重庆交通大学 a. 材料科学与工程学院 ;b. 土木工程学院, 重庆 400074) 摘要