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祉康
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1 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 ) 摘要 : 针对再生沥青混合料旧料利用率偏低的问题, 基于厂拌热再生技术, 采用添加单级配新料调整再生沥青混合料的矿料级配方法, 掺加高标号新沥青和再生剂来恢复旧料中的沥青性能 ; 用马歇尔法对旧料掺量为 80% 的全再生 ACG16C 沥青混合料进行配合比设计, 并通过车辙试验的动稳定度小梁弯曲试验破坏时的最大弯拉应变浸水马歇尔试验的残留稳定度冻融劈裂强度试验的冻融劈裂强度比等指标研究其路用性能. 研究结果表明 :ACG16C 全再生沥青混合料具有良好的高温稳定性低温抗裂性和水稳定性能, 能满足沥青路面使用要求. 关键词 : 全再生 ;RAP 料 ; 超高掺量 ; 路用性能中图分类号 :U414 文献标志码 :A 文章编号 :1674G358X(2018)03G0022G05 随着我国公路多年的使用, 很多沥青混凝土路面都面临大修中修的问题, 而这将导致大量旧沥青混合 [1] 料需要处理. 旧沥青混合料性能虽不能满足路用要求, 但作为路面材料使用效果仍然很好. 已有研究表明, 对再生沥青混合料进行再处理后合理使用铺筑而成的路面, 具备不低于新沥青路面的性能. 充分利用回收沥青路面材料 (reclaimedasphaltpavement,rap), 不仅可以节约大量新材料, 还可以有效避免它们对环境造 [2G3] 成的不利影响. 近年来, 再生沥青技术受到国内外学者的关注与研究, 并得以发展, 但在我国, 旧料利用率仍然偏低, 有待进一步提高. 沥青路面常用的 4 种再生方式中, 厂拌热再生技术由于其适应性广操作精确方 [4] 便施工质量稳定等优点, 在国内外被普遍采用. 本文通过室内试验, 采用厂拌热再生技术, 对全再生沥青混合料的路用性能进行了研究. 1 试验原材料 1.1 RAP 料采用丹寨羊甲至台辰公路沥青路面面层铣刨旧料 ; 根据规范要求, 将 RAP 料筛分为 8~16mm,0~8mm 两档 ; 对抽提后的集料, 按照 JTG E «公路工程集料试验规程», 测试其物理指标 ; 对抽提和筛分后的 RAP 料进行清洗, 烘干, 并进行分档. 旧料级配见图 1, 集料性能见表 1. 用离心抽提法测得粒径为 0~8mm 的回收沥青质量占比为 5.1%, 粒径为 8~16mm 的回收沥青质量占比为 3.5%. 旧沥青性能见表 2. 从图 1 可以看出, 旧料已经发生了明显的细化现象, 究其原因是外部荷载与自然因素的长期综合 [5] 作用以及铣刨设备作用导致的. 从表 1 可知, 虽然 RAP 料各项物理指标均符合规范要求, 但都已经接近规范极值, 从而说明不图 1 旧集料筛分实验结果收稿日期 :2018G04G08 基金项目 : 贵州省交通科技项目 (2014G122G017) 作者简介 : 黄维蓉 (1970-), 女, 教授, 硕士生导师, 主要从事高性能水泥混凝土高性能沥青混合料以及优质路面基层材料等研究. 22 宋鹏 (1993-), 男, 硕士研究生, 主要从事道路材料研究.

2 黄维蓉, 等 : 全再生沥青混合料路用性能研究能满足路用性能要求. 从表 2 可以看出, 回收沥青低温性能已经较差. 该 RAP 料沥青针入度满足规范规定, 达到回收利用的要求. 表 1 旧集料性能实验结果粒径 /mm 压碎值 /% 洛杉矶磨耗损失 /% 表观相对密度 0~ ~ 表 2 回收沥青性能试验结果新沥青本试验设计的再生沥青混合料中 RAP 料掺量高达 80%, 针入度以及延度有较大程度的减小, 软化点升高较为明显, 故而加入高标号新沥青, 对回收沥青进行调和. 选用的新沥青为茂名石化 90 号, 符合再生需求. 新沥青性能试验结果见表 3. 表 3 新沥青性能试验结果 > 新集料为了使本试验的全再生沥青混合料具备规范要求的路用性能, 还需加入新集料, 调整其级配. 参照旧料中集料的级配及其各项性能, 新集料全部为 10~20mm 石灰岩, 针片状含量 <5%, 各项性能指标均满足规范要求. 2 旧沥青再生目前, 主要通过再生剂以及新沥青调和回收沥青, 恢复其部分性能, 实现回收沥青再生. 其原理是改变旧料沥青中的部分组分结构, 从而将回收沥青的黏弹性温度稳定性等性能进行恢复, 使其可以再次具有良好 [6] 的路用性能. 本研究主要依据旧料中沥青老化情况以及试验采用的厂拌热再生技术, 选择同时加入适当剂 [7G8] 量的再生剂及高标号新沥青再生旧料中的回收沥青. 试验使用某公司研制的一种新型配方再生剂. 为确认再生剂最佳掺量, 将旧料沥青分为 3 组, 加热到 110~120 后, 各掺入旧沥青质量分数分别为 4% 5% 6% 的再生剂剂量, 静置时间为 6h. 根据规范的要求, 测试其 25 时的针入度,15 时的延度以及软化点. 试验结果见表 4. 表 4 再生剂不同掺量下的沥青性能试验结果再生剂掺量 /% 针入度 (25 )/0.1mm 延度 (15 )/cm 软化点 / 试验结果表明, 通过加入适量的再生剂, 可以将回收沥青的针入度恢复到路用沥青的技术要求. 随再生剂掺量的增加, 旧料沥青的针入度提高, 延度增大, 软化点降低 ; 再生剂掺量为 5% 时, 对再生沥青性能改善 23

3 徐州工程学院学报 ( 自然科学版 ) 2018 年第 3 期效果较好 ; 再生剂掺量增加到 6% 时, 沥青性能指标提高不大. 因此, 选择加入旧沥青质量分数为 5% 的再生剂作为试验掺量. 选用茂名石化 90 号沥青作为新沥青, 掺量是回收旧料中老化沥青质量的 28%. 试验结果见表 5. 表 5 再生沥青性能试验结果从表 5 可以看出, 再生后的沥青性能已经基本达到 70 号新沥青性能, 再生效果较好. 3 再生沥青混合料配合比设计 3.1 矿料组成设计全再生混合料配合比设计包含确定集料级配类型以及选择沥青旧料掺量. 由于沥青旧料掺量与其各项性质有关, 所以根据 RAP 料的级配及性能情况, 选择恰当的新集料改变旧料级配, 使其具备较好的路用性能. 本试验目的是在满足路用性能的前提下, 尽量多的利用 RAP 料, 所以根据 RAP 料和新料级配和性能, 采用的 RAP 料掺量较高, 达到了 80%. 其中, 各组分比例为 8~16mm 旧料 0~8 mm 旧料 10~20 mm 石灰岩 ( 新集料 )=30% 50% 20%. 试验通过单级配新料调整全再生沥青混合料级配, 具体见图最佳沥青用量由于长期使用 RAP 料会出现集料棱角性降低矿图 2 全再生沥青混合料合成级配料间隙率减小的情况, 易导致沥青过饱和, 故而设计全沥青混合料的目标空隙率为 4.5%, 合成级配为 ACG 16C 型. 混合料设计油石比分别为 4.2% 4.5% 4.8% 5.1% 5.4%, 先计算混合料所需沥青的总质量, 再计算沥青旧料中已有的老化沥青质量和掺入的再生剂质量, 最后确定添加的新沥青用量. 将新料旧料沥青按规范要求, 在不同温度条件下分别加热, 在拌和机中拌和, 用击实法制作马歇尔试件. 通过 5 个不同油石比混合料的马歇尔试验结果, 对比各油石比沥青混合料性能, 最终计算出最佳沥青用量. 马歇尔试验结果见表 6. 由试验结果确定最佳油石比为 4.8%. 规范要求为空隙率 3%~6% 矿料间隙率 14% 沥青饱和度 65% ~75% 稳定度 8kN 流值 1.5~4mm. 表 6 全再生沥青混合料的马歇尔试验结果油石比 /% 最大理论相对密度毛体积相对密度空隙率 /% 矿料间隙率 /% 沥青饱和度 /% 稳定度 /kn 流值 /mm 全再生沥青混合料路用性能 4.1 高温性能通过车辙试验评价全沥青混合料的高温稳定性. 试验温度为 60, 荷载为 0.7 MPa, 试验结果见表 7. 从表 7 中可以看出, 全再生 ACG16C 混合料在 60 时动稳定度均超过 4100 次 /mm, 可知其具备良好的高温性能. 这是由于全再生混合料中沥青旧料的掺量高达 80%, 回收的沥青在长期使用后老化, 沥青质含量增加, 导致沥青变硬, 软化点升高, 黏度增大, 从而具有较好的抵抗车辙产生能力及减少因高温剪切应力导致的 [9G10] 变形能力. 选择的超高旧料掺配率充分发挥了 RAP 料的高温性能, 具有较高的动稳定度, 可以有效减小 24

4 黄维蓉, 等 : 全再生沥青混合料路用性能研究沥青路面的永久变形. 表 7 ACG16C 沥青混合料高温稳定性试验结果油石比 /% 动稳定度 /( 次 /mm) 低温性能通过试验温度为 -10 时的小梁弯曲试验, 评价全再生沥青混合料低温性能. 试验结果见表 8. 表 8 弯曲试验结果油石比 /% 加载速率 /(mm/min) 破坏时最大弯拉应变从表 8 中可以看出, 全再生沥青混合料破坏应变均大于规范要求, 表明其低温性能较好. 这是由于 RAP [11G13] 料中的老化沥青本身延度较好, 而再生剂以及新沥青的加入又可以有效提高其低温抗裂性. 本试验掺加的再生剂和 90 号新沥青对旧料沥青的低温抗裂性能恢复效果较好, 满足低温抗裂性要求. 4.3 水稳定性对全再生沥青混合料进行浸水马歇尔试验以及冻融劈裂强度试验, 以测试其水稳定性. 试验结果分别见表 9 表 10. 从试验结果可看出全再生沥青混合料的残留稳定度冻融劈裂强度比均大于 85%, 从而说明水稳定性能满足要求. 表 9 浸水马歇尔试验结果油石比 /% 浸水时间 /h 稳定度 /kn 残留稳定度 /% 表 10 冻融劈裂试验结果试验条件劈裂强度 /MPa 冻融劈裂强度比 /% /% 未冻融冻融 [14] RAP 料中的沥青老化会导致混合料黏附性能不佳水稳定性不足. 本试验的全再生沥青混合料水稳定性能较好, 是因为试验使用的 RAP 料中沥青老化情况不是很严重, 再生剂对旧料沥青黏附性的改善作用较好. 在高温拌合过程中,RAP 料上的旧沥青会与新加入沥青部分互溶, 从而增加沥青薄膜, 使水更难侵入 [15G16] 沥青 G 集料界面, 从而减弱其剥离作用. 试验新加入的沥青为高标号的 90 号沥青, 使全再生沥青混合料的黏聚力得到了较大的提升, 提高了混合料的水稳定性. 5 结论 1) 根据原旧料级配情况, 适当添加单级配的新料, 可使混合料矿料级配满足规范要求, 实现超高 RAP 25

5 徐州工程学院学报 ( 自然科学版 ) 2018 年第 3 期料掺量的沥青混合料全再生. 2) 在旧沥青中, 掺加适量再生剂后, 再加入高标号新沥青, 对旧沥青性能具有较好的恢复效果. 3) 全再生 ACG16C 混合料 60 动稳定度达到 4000 次 /mm 以上,-10 弯拉应变达到 3000 以上, 残留稳定度和冻融劈裂强度比均大于 85%, 因而掺加适当新矿料再生剂和新沥青的全再生沥青混合料具有良好的路用性能. 参考文献 : [1] 任瑞波, 扈少华. 高 RAP 掺量的热再生沥青混合料设计及性能研究 [J]. 石油沥青,2013,27(3):25G29. [2] 何兆益, 成龙, 陈先勇. 厂拌热再生沥青混合料力学性能及应用研究 [J]. 建筑材料学报,2016,19(5):871G875. [3]JULIAN M B,ZHANPY.Themechanicalpropertiesofasphaltmixtureswithrecycledconcreteaggregates[J].ConstrucG tionandbuilding Materials,2010(24):230G235. [4] 吕伟民. 沥青再生原理与再生剂的技术要求 [J]. 石油沥青,2007,21(6):1G6. [5] 况栋梁, 余剑英, 蔡正文, 等. 再生剂对不同老化程度沥青再生性能的影响 [J]. 公路,2011(5):153G157. [6] 周志刚, 杨银培, 张清平, 等. 再生剂对旧沥青的再生行为 [J]. 交通运输工程学报,2011,11(6):10G16. [7] 查旭东, 曾军, 蔡诚秀. 新沥青对再生沥青性能影响分析 [J]. 交通科学与工程,2013,29(1):7G11. [8]GARCIA A,SCHLANGEN E,VAN D V M,etal.Propertiesofcapsulescontainingrejuvenatorsfortheiruseinasphalt concrete[j].journalofwuhanuniversityoftechnology,2011(90):583g591. [9] 侯月军, 周志刚, 高及阳. 不同再生剂对旧沥青性能的改善 [J]. 交通科学与工程,2009,25(3):17G21. [10] 吴革森, 李裕洪, 司徒丽新. 高掺量 RAP 厂拌热再生混合料配合比设计研究 [J]. 公路,2014(10):251G254. [11] 熊巍, 卢何. 热再生沥青混合料的路用性能试验研究 [J]. 公路,2006(10):191G194. [12] 耿九光, 戴经梁, 陈忠达. 热再生沥青混合料低温抗裂性能全程评价 [J]. 武汉理工大学学报 ( 交通科学与工程版 ),2008, 32(6):1029G1032. [13]SHENJ,AMIRKHANIAN S,MILLERJA.Efectsofrejuvenatingagentsonsuperpavemixturescontainingreclaimed asphaltpavement[j].journalofmaterialsincivilengineering,2007,19(5):376g384. [14] 张继森, 吴超凡. 再生沥青混合料 RAP 掺量对使用性能的影响 [J]. 公路工程,2013,38(4):107G110. [15] 乔志勇, 庄江涛. 回收沥青混合料掺量对再生沥青混合料性能的影响 [J]. 石油沥青,2013,27(3):19G20. [16] 查旭东, 闵斌, 宋微.RAP 掺量对热再生沥青混合料性能影响分析 [J]. 长沙理工大学学报 ( 自然科学版 ),2013,10(4):1G8. ( 责任编辑徐永铭 ) BlacktopPerformanceofFulyRecycledAsphaltMixture HUANG Weirong a,songpeng b (a.schoolofmaterialsscienceandengineering;b.schoolofcivilengineering, ChongqingJiaotongUniversity,Chongqing400074,China) Abstract:Inviewofthelow utilizationrateofrecycledasphaltmixture,basedonthe Hot MixPlant RecyclingTechnology,thehighGgradenewreclaimingagentisaddedtotheoutspentasphaltmixturetoreG storetheblacktopperformance.marshalmethodisusedtodesignthemixratioofthefulyrecycledacg 16Casphaltmixturewith80% oftheoldmaterialcontent,anditsperformancewasstudiedthroughthedyg namicstabilityoftherutingtest,thetrabecularbendingtest,themaximumbendingstraintest,theresidug alstabilityofthewatergimmersed Marshaltest,andthefreezeGthawsplitingstrengthratiotest.ThereG searchresultsshowthatacg16cfulyrecycledasphaltmixturecanmeettherequirementsofblacktopwith goodstabilityinbothhighandlowtemperatureanditswaterpropertyisstableaswel. Keywords:fulregeneration;RAP material;ultraghighcontent;blacktopperformance 26

2015年中文第1期(111y)(copy)

2015年中文第1期(111y)(copy) 废弃沥青材料的循环利用关键技术研究杨林江 ( 浙江兰亭高科控股有限公司工程技术研究院, 浙江绍兴 312044) [ 摘要 ] 通过了解国内外沥青路面再生技术的发展现状, 剖析沥青路面老化再生机理, 提出了废旧沥青混合料循环利用的技术, 研发出一套行之有效的沥青路面热再生技术, 以适应当今形势下的沥青路面再生资源循环利用和环境保护的需要, 为建设资源节约型环境友好型社会而努力 [ 关键词 ]