劉 鵬, 徐世法, 柴林林, 段文志

(1.北京建筑大學(xué) 土木與交通工程學(xué)院 北京市城市交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程技術(shù)中心，北京 100044；2.北京建筑大學(xué) 土木與交通工程學(xué)院 首都世界城市順暢交通協(xié)同創(chuàng)新中心，北京 100044；3.北京市城市道路養(yǎng)護(hù)管理中心，北京 100169)

基于溶劑瀝青的冷再生瀝青混合料性能評(píng)價(jià)

劉 鵬1, 徐世法1, 柴林林2, 段文志3

(1.北京建筑大學(xué) 土木與交通工程學(xué)院 北京市城市交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程技術(shù)中心，北京 100044；2.北京建筑大學(xué) 土木與交通工程學(xué)院 首都世界城市順暢交通協(xié)同創(chuàng)新中心，北京 100044；3.北京市城市道路養(yǎng)護(hù)管理中心，北京 100169)

傳統(tǒng)的瀝青混合料冷再生技術(shù)有乳化瀝青和泡沫瀝青冷再生，本研究嘗試采用所開發(fā)的溶劑瀝青作為結(jié)合料對(duì)廢舊瀝青混合料進(jìn)行冷再生，提出了試件的成型和養(yǎng)生方法，進(jìn)行了配合比組成設(shè)計(jì)并采用熱拌瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)溶劑瀝青冷再生混合料的性能進(jìn)行評(píng)價(jià). 試驗(yàn)結(jié)果表明，溶劑瀝青冷再生混合料的水穩(wěn)定性能、高溫穩(wěn)定性能均滿足我國(guó)熱拌改性瀝青混合料規(guī)范的性能要求，低溫性能雖然不滿足改性瀝青混合料的要求，但能滿足普通瀝青混合料規(guī)范的性能要求.

瀝青混合料； 冷再生； 溶劑瀝青； 配合比設(shè)計(jì)； 性能評(píng)價(jià)

城市道路和公路在養(yǎng)護(hù)、維修和改造過(guò)程中產(chǎn)生了大量廢舊瀝青混合料(RAP)，若不加以有效利用，不僅造成資源的極大浪費(fèi)，而且將對(duì)環(huán)境造成污染. 熱再生技術(shù)雖然可以有效地對(duì)瀝青混合料實(shí)現(xiàn)再生利用，但舊料摻加比例低. 近年來(lái)，冷再生技術(shù)在我國(guó)得到了較大發(fā)展，但大多數(shù)研究與應(yīng)用主要采用乳化瀝青、改性乳化瀝青或泡沫瀝青作為結(jié)合料，雖然可以高比例利用舊料，但其性能較差，達(dá)不到熱再生的性能要求，只能用于基層或下面層.

溶劑瀝青再生瀝青混合料是將廢舊瀝青路面材料在常溫下與特別制備的溶劑瀝青拌合與施工的一種新型路面材料，國(guó)內(nèi)外研究甚少.

本研究嘗試使用所開發(fā)的溶劑瀝青作為結(jié)合料對(duì)舊料RAP進(jìn)行再生利用，旨在提高舊料摻配比例和冷再生瀝青混合料的路用性能，將豐富瀝青混合料冷再生技術(shù)，并對(duì)今后溶劑瀝青再生瀝青混合料的研究與應(yīng)用提供參考.

1 溶劑型瀝青的開發(fā)

作為再生劑的溶劑瀝青是影響冷再生混合料性能最重要的因素之一，本研究所使用的溶劑瀝青是一種新型瀝青材料，由有機(jī)溶劑和瀝青混合而得，可以在常溫條件下使用，暴露于空氣后有機(jī)溶劑揮發(fā)并與空氣中的物質(zhì)形成水化物. 因此，該瀝青不同于傳統(tǒng)的稀釋瀝青. 與舊料的裹附性較好，并具有很強(qiáng)的黏結(jié)力. 其性能如表1所示.

2 廢舊瀝青混合料(RAP)的級(jí)配

依據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41—2008),采用離心抽提儀和阿布森法對(duì)RAP中的集料進(jìn)行分離. 通過(guò)試驗(yàn)分析，回收的老化瀝青的各項(xiàng)指標(biāo)見表2，RAP篩分級(jí)配見表3，將篩分結(jié)果與AC- 13的級(jí)配范圍進(jìn)行對(duì)比,并設(shè)計(jì)合成級(jí)配.

表1 溶劑型瀝青試驗(yàn)指標(biāo)

表2 回收瀝青指標(biāo)

由表2可知,舊瀝青的軟化點(diǎn)和黏度都變大了,舊瀝青的針入度以及延度都減小了,根據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F241—2008)中的材料要求,可以推斷RAP料中的瀝青老化嚴(yán)重.

表3 RAP的集料級(jí)配

將篩分結(jié)果與AC- 13的級(jí)配范圍進(jìn)行對(duì)比，RAP 料合成級(jí)配的最大公稱粒徑是13.2 mm，其中粒料的直徑大于9.5 mm的顆粒大約為19.8%,級(jí)配曲線大致為S形，合成級(jí)配曲線介于AC- 13混合料級(jí)配的上下限之間.

3 溶劑瀝青冷再生混合料的配合比設(shè)計(jì)

3.1 試件的成型和養(yǎng)生方法

經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，溶劑瀝青冷再生混合料試件的成型采用馬歇爾二次擊實(shí)法，即先雙面擊實(shí)50次，在110 ℃烘箱中高溫養(yǎng)生24 h，養(yǎng)生完畢后取出雙面再次擊實(shí)25次，再連同試模在室溫中放置24 h，脫模后在60 ℃恒溫水槽中養(yǎng)生30 min，進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn).

3.2 配合比設(shè)計(jì)

在廢舊瀝青混合料當(dāng)中分別添加3.5%、4.0%、 4.5% 、5%、5.5%的溶劑瀝青，按上述的方法成型馬歇爾試件，測(cè)定冷再生混合料的力學(xué)與體積指標(biāo)見表4、圖1.

表4 再生混合料力學(xué)體積指標(biāo)

由表4和圖1可知，隨著溶劑瀝青用量增加，再生混合料成型馬歇爾試件的穩(wěn)定度、毛體積密度均先增后減，用量在4.5%時(shí)達(dá)到最大值；礦料間隙率先減后增，用量在4.5%時(shí)達(dá)到最小值；有效瀝青飽和度、流值增大；孔隙率減小. 綜合再生混合料的力學(xué)體積指標(biāo)、穩(wěn)定度以及試件成型養(yǎng)生狀態(tài)等因素，確定最佳溶劑瀝青用量確定為4.5%.

4 冷再生混合料性能評(píng)價(jià)

溶劑瀝青再生混合料作為一種新型瀝青路面材料，必須具有足夠的強(qiáng)度，以抵抗路面荷載在路面內(nèi)產(chǎn)生的壓縮、拉伸、彎曲、剪切等應(yīng)力，從而保證路面具有長(zhǎng)久的使用壽命. 因此，為了檢驗(yàn)溶劑瀝青再生混合料的路用性能，本研究參照熱拌瀝青混合料路用性能評(píng)價(jià)方法，根據(jù)所確定的溶劑型瀝青用量對(duì)溶劑瀝青再生混合料進(jìn)行了殘留馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)以及低溫小梁彎曲試驗(yàn).

4.1 水穩(wěn)定性能

4.1.1 浸水馬歇爾試驗(yàn)

采用上文所述混合料試件成型及養(yǎng)生方法制備試件，按照熱拌瀝青混合料浸水馬歇爾試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果見表5.

表5 浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

4.1.2 凍融劈裂試驗(yàn)

采用上文所述混合料試件成型及養(yǎng)生方法制備試件，按照熱拌瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果見表6.

表6 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

綜合浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果可以得知,在最佳瀝青用量下,再生混合料殘留穩(wěn)定度百分比、凍融劈裂強(qiáng)度比分別為86.8%、84.5%，均大于熱拌改性瀝青混合料所要求的規(guī)范值，因此，再生混合料抗水損害能力滿足要求，具有優(yōu)良的水穩(wěn)定性.

4.2 高溫性能

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法主要有馬歇爾試驗(yàn)、三軸試驗(yàn)、蠕變?cè)囼?yàn)、動(dòng)態(tài)剪切試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)等. 本研究采用車轍試驗(yàn)方法對(duì)溶劑型瀝青再生混合料的高溫穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)分析.

車轍試驗(yàn)試件是經(jīng)過(guò)二次碾壓成型制備的：

1)在最佳瀝青用量下，計(jì)算成型車轍板所需溶劑瀝青再生混合料的用量并裝入尺寸為300 mm×300 mm×50 mm的試模中；

2)首次碾壓先在一個(gè)方向碾壓2個(gè)往返；

3)再將試件調(diào)轉(zhuǎn)方向碾壓12個(gè)往返；

4)然后記錄碾壓的方向，放入110 ℃烘箱中養(yǎng)生24 h后取出，再次按相同方式碾壓，碾壓的次數(shù)以成型的試件孔隙率指標(biāo)與馬歇爾試驗(yàn)的試件孔隙率相接近為準(zhǔn)，并對(duì)碾壓次數(shù)進(jìn)行調(diào)整.

在室溫下放置24 h，然后在60 ℃條件下保溫不少于5 h后，進(jìn)行車轍試驗(yàn). 車轍試驗(yàn)結(jié)果見表7.

表7 車轍試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，在最佳溶劑瀝青用量下，溶劑瀝青再生混合料動(dòng)穩(wěn)定度3 477次/mm，高于熱拌改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度大于2 400(次/mm)的規(guī)范值，具有較好的抗車轍能力，高溫穩(wěn)定性較好.

4.3 冷再生混合料低溫性能

目前用于評(píng)價(jià)瀝青混合料低溫抗裂性的試驗(yàn)方法主要有等應(yīng)變加載破壞試驗(yàn)、低溫收縮試驗(yàn)、低溫蠕變?cè)囼?yàn)、應(yīng)力松弛試驗(yàn)等. 為了與熱拌料相比較，本研究采用小梁低溫彎曲試驗(yàn)對(duì)溶劑型瀝青再生混合料進(jìn)行低溫性能的評(píng)價(jià). 低溫彎曲試驗(yàn)所用試件為上述車轍試驗(yàn)試件切割的250 mm×30 mm×35 mm的小梁試件，將小梁試件放入-10 ℃的恒溫冰箱中，使試件內(nèi)部溫度達(dá)到所規(guī)定的試驗(yàn)溫度. 在-10 ℃環(huán)境中對(duì)小梁跨中位置加載直至試件破壞，測(cè)量計(jì)算小梁發(fā)生破壞時(shí)的最大彎拉應(yīng)變. 試驗(yàn)結(jié)果見表8.

表8 小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，在最佳瀝青用量下，溶劑瀝青再生混合料的破壞應(yīng)變值2 390，高于低溫彎曲試驗(yàn)中破壞應(yīng)變大于2 000 με的要求值，低于改性瀝青混合料破壞應(yīng)變大于≥2 500 με的要求值. 因此，再生混合料的低溫性能能夠滿足普通瀝青混合料要求，不能滿足改性瀝青混合料規(guī)范使用要求.

5 結(jié)論

本研究采用修正馬歇爾配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行混合料組成設(shè)計(jì)，參考冷拌料的方法進(jìn)行試件成型、養(yǎng)生和熱拌瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn)，提出溶劑瀝青再生瀝青混合料的設(shè)計(jì)方法，并對(duì)路用性能進(jìn)行了試驗(yàn)與評(píng)價(jià)，得出以下結(jié)論：

1) 溶劑瀝青作為一種新型瀝青材料，其有機(jī)溶劑揮發(fā)并與空氣中的物質(zhì)形成水化物，減少了對(duì)環(huán)境的污染. 該溶劑瀝青與舊料的裹附性較好，具有很強(qiáng)的黏結(jié)力，與舊料的拌和狀態(tài)效果較好. 與乳化瀝青相比拌和時(shí)不需要外加水潤(rùn)濕礦料表面，拌和工藝簡(jiǎn)單便于控制. 通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)，測(cè)定成型試件的力學(xué)指標(biāo)以及養(yǎng)生時(shí)的狀態(tài)，確定再生混合料的最佳溶劑瀝青用量為4.5%.

2) 水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果表明，在最佳溶劑瀝青用量下，再生混合料殘留穩(wěn)定度百分比、凍融劈裂強(qiáng)度比分別為86.8%、84.5%，均大于熱拌改性瀝青混合料所要求的規(guī)范值，因此，再生混合料具有優(yōu)良的水穩(wěn)定性.

3) 車轍試驗(yàn)結(jié)果表明，在最佳溶劑瀝青用量下，溶劑瀝青再生混合料動(dòng)穩(wěn)定度3 477次/mm，大于熱拌改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度規(guī)范值，具有較好的抗車轍的能力，高溫穩(wěn)定性較好.

4) 低溫小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果表明，在最佳溶劑瀝青用量下，再生混合料的破壞應(yīng)變值大于規(guī)范值2 000 με，再生混合料的低溫性能滿足普通瀝青混合料規(guī)范使用要求，不能滿足改性瀝青混合料規(guī)范≥2 500 με的要求.

[1] 黃煜鑌,呂偉民,汪宏濤. 瀝青路面冷再生技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展[J]. 四川建筑科學(xué)研究,2007(4):177-179

[2] 呂偉民，孫大權(quán).瀝青混合料設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京：人民交通出版社，2007：231-276

[3] 徐劍，黃頌昌，鄒桂蓮．高等級(jí)公路瀝青路面再生技術(shù)[M]．北京：人民交通出版社，2011：256-283

[4] 龍麗潔.舊瀝青混合料的冷再生試驗(yàn)研究[D].重慶：重慶交通大學(xué),2009

[5] JTG F40—2004,公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S]

[6] JTGE20—2011,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S]

[7] 吳超凡,曾夢(mèng)瀾,趙明華,鐘夢(mèng)武. 乳化瀝青冷再生混合料路用性能試驗(yàn)研究[J]. 公路交通科技,2009(7):27-32+37

[8] Chatterjee S,White R P. Development of mix design and testing procedures for cold patching mixtures [R]．Austin:Texas Department of Transportation Research andTechnology Implementation Office,2005.FHWA/TX-05/0-4872-1

[9] 程廣庭. 冷拌瀝青混合料路用性能研究[J]. 交通科技,2014(3):155-158

[10] 張海濤,張立寧.溶劑型常溫瀝青混合料的生產(chǎn)和施工技術(shù)[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2001(6):60-63

[11] 丁占鋒,盛賽華,黃國(guó)威.溶劑型冷補(bǔ)瀝青混合料強(qiáng)度形成規(guī)律研究[J].公路,2014(4):221-224

[責(zé)任編輯：佟啟巾]

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Performance Evaluation of Recycled Asphalt Mixture Using Solvent Bitumen

Liu Peng1, Xu Shifa1, Chai Linlin2, Duan Wenzhi3

(1.School of Civil and Traffic Engineering, Beijing Urban Transportation Infrastructure Engineering Technology Research Center，Beijing University of Civil Engineering and Architecture，Beijing 100044；2.School of Civil and Traffic Engineering，Capital World Metropolis Transportation Coordinate and Innovation Center，Beijing University of Civil Engineering and Architecture，Beijing 100044；3.Urban Road Maintenance and Administration Center of Beijing, Beijing 100000)

Conventional cold mix recycling technology is based on emulsion or foam bitumen.In this research,special solvent bitumen is developed as binder to recycle reclaimed asphalt mixture at air temperature. Relevant specimen formation and curing methods are developed. Mix design is carried out. Its performance evaluation is conducted according to hot asphalt mixture specification. Experiment shows that moisture sensitivity and high temperature stability of recycled solvent bitumen with cold mixture can meet the specification requirements of polymer modified asphalt mixtures, while low temperature performance can only meet conventional asphalt mixture specification requirement.

asphalt mixture； cold recycling； solvent bitumen; mix design; performance evaluation

2016-07-12

北京市交通科技項(xiàng)目(2016-LZJKJ- 01- 001)

劉 鵬(1990—)，男，碩士研究生，研究方向： 道路與交通工程.

1004-6011(2016)04-0023-05

U414

A