魏 強(qiáng),商博明,蔡乾東,徐培華

(1.甘肅省酒泉公路管理局,甘肅酒泉 735000;2.陜西長(zhǎng)大博源公路養(yǎng)護(hù)科技有限公司,陜西西安 710075; 3.長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院,陜西西安 710064)

嘉安高速回收瀝青混合料改性技術(shù)試驗(yàn)分析

魏 強(qiáng)1,商博明2,蔡乾東2,徐培華3

(1.甘肅省酒泉公路管理局,甘肅酒泉 735000;2.陜西長(zhǎng)大博源公路養(yǎng)護(hù)科技有限公司,陜西西安 710075; 3.長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院,陜西西安 710064)

為了研究自主開(kāi)發(fā)的回收瀝青混合料改性劑MaR的性能,對(duì)嘉安高速銑刨回收料瀝青混合料進(jìn)行了熱再生改性試驗(yàn)研究。將添加改性劑的回收料制備成試件,并進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)、低溫劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)以及凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:回收瀝青混合料改性劑MaR使用方便,且使用改性劑的再生瀝青混合料各項(xiàng)指標(biāo)較未改性的混合料均有一定程度的改善,即MaR改性劑能夠有效提升回收瀝青混合料的綜合性能。

熱再生;混合料改性;試驗(yàn)研究;MaR

0 引 言

嘉安高速(嘉峪關(guān)至安西)嘉峪關(guān)至玉門(mén)鎮(zhèn)段是連(云港)霍(爾果斯)主干線(xiàn)(G30)在甘肅境內(nèi)的重要路段,又是“西部大開(kāi)發(fā)”八條大通道之一——西寧至庫(kù)爾勒公路的組成部分。經(jīng)過(guò)8年的通車(chē)運(yùn)營(yíng),其部分路段出現(xiàn)較為嚴(yán)重的路面病害,為有效改善路面行駛質(zhì)量,加強(qiáng)路面服務(wù)水平,部分路段進(jìn)行了銑刨維修,因此產(chǎn)生大量的銑刨回收材料(RAP)。隨著養(yǎng)護(hù)工程的不斷開(kāi)展,如何處置數(shù)以萬(wàn)噸的銑刨材料成為必須面對(duì)的問(wèn)題。

為了對(duì)嘉安高速瀝青路面回收材料進(jìn)行有效利用,提高再生瀝青混合料使用性能,方便施工,項(xiàng)目組基于瀝青混合料改性技術(shù)的思想,與陜西長(zhǎng)大博源公路養(yǎng)護(hù)科技有限公司共同合作,進(jìn)行了熱再生瀝青混合料改性劑產(chǎn)品的研發(fā)。本次試驗(yàn)主要對(duì)該產(chǎn)品的使用效果進(jìn)行分析,為熱再生瀝青混合料改性劑的推廣及再生瀝青混合料的有效利用提供技術(shù)參考。

1 瀝青混合料改性技術(shù)

瀝青混合料改性技術(shù)是在普通瀝青混合料生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上,將瀝青混合料改性劑直接加入拌和樓中,無(wú)需增加機(jī)械設(shè)備,不改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝,只通過(guò)物理及化學(xué)作用達(dá)到改善瀝青混合料性能的目的[1-2]。

1.1 化學(xué)作用機(jī)理

1.1.1 吸附固結(jié)作用

改性劑的橡塑高分子聚合物在一定溫度下吸收瀝青中的輕質(zhì)油分而溶脹變形,同時(shí)在拌和樓機(jī)械攪拌力作用下發(fā)生拉絲、搭接、纏繞,與瀝青膠漿一起裹覆于礦料之間,形成特殊的橡塑合金網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),并將所吸附的輕質(zhì)油分固結(jié)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,使瀝青混合料高溫不易變形、低溫不易脆裂,達(dá)到固結(jié)穩(wěn)定的作用。

1.1.2 增黏改性作用

改性劑中的納米級(jí)材料及部分助劑可溶解在瀝青膠漿中,提高瀝青的軟化點(diǎn)、延度,降低溫度敏感性,從而達(dá)到改善瀝青性能的作用;橡塑高分子聚合物吸收瀝青膠漿中的輕質(zhì)油分溶脹而不溶解,間接增加瀝青的稠度和黏結(jié)性,提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、黏結(jié)力和勁度模量,起到改善瀝青混合料性能的作用。

1.2 物理作用機(jī)理

1.2.1 加筋增強(qiáng)作用

改性劑的橡塑高分子聚合物在瀝青混合料中發(fā)生溶脹而不溶解,并在拌和樓內(nèi)高速剪切力的作用下拉絲,在瀝青混合料內(nèi)形成搭橋、纖維加筋作用,提高瀝青混合料的耐久性能、耐疲勞性能,延長(zhǎng)瀝青路面的使用壽命。

1.2.2 嵌擠填充作用

改性劑添加到瀝青混合料中,橡塑聚合物溶脹后處于軟化狀態(tài),在碾壓作用下填充到瀝青混合料的孔隙中,起到嵌擠、填充作用,提高瀝青混合料的水穩(wěn)性和高溫穩(wěn)定性。

目前,瀝青混合料改性技術(shù)多用于新拌瀝青混合料中,回收瀝青混合料多采用液態(tài)改性劑進(jìn)行拌和。然而,液態(tài)改性劑一方面不便于施工,另一方面在恢復(fù)回收材料中瀝青老化性能時(shí)影響了瀝青混合料整體的高溫性能[3-6]。

2 原材料

2.1 混合料改性劑

為提高再生瀝青混合料的高溫抗車(chē)轍、低溫抗裂性能,改善抗水損壞性能,項(xiàng)目組采用橡膠、樹(shù)脂高分子聚合物以及納米級(jí)材料和助劑混煉復(fù)合制成橡塑復(fù)合型改性劑產(chǎn)品MaR,用于改善回收瀝青混合料性能,延長(zhǎng)再生瀝青路面的耐久性。瀝青混合料改性劑MaR的物理技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1,本次試驗(yàn)MaR的摻量為混合料質(zhì)量的0.3%。

表1 MaR物理技術(shù)指標(biāo)

2.2 瀝青路面回收材料

為避免其他材料因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響,本次試驗(yàn)原材料選擇嘉安高速瀝青路面銑刨回收料,且不添加新集料[7-13]。參照《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41—2008)、《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)、《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E42—2005)等對(duì)回收料進(jìn)行抽提試驗(yàn),結(jié)果如表2、3所示。

表2 嘉安高速銑刨回收瀝青路面材料的性能試驗(yàn)結(jié)果

表3 RAP各檔篩孔通過(guò)率

2.3 瀝青

試驗(yàn)用瀝青材料為中海90#基質(zhì)瀝青,用量為2.0%,其技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表4。

表4 中海90#基質(zhì)瀝青技術(shù)指標(biāo)

3 試驗(yàn)方法

3.1 材料準(zhǔn)備

將試驗(yàn)用回收材料在110℃±5℃的烘箱中預(yù)熱4 h備用,基質(zhì)瀝青加熱到150℃~160℃?zhèn)溆? MaR改性劑常溫備用,拌和鍋預(yù)熱至160℃[14-15]。

3.2 MaR改性瀝青混合料的拌和

首先將回收材料倒入預(yù)熱到設(shè)定溫度的拌鍋中,然后加入基質(zhì)瀝青拌和40~60 s,拌和溫度控制在155℃~160℃,加MaR改性劑拌和40~60 s,即可成型試件。

改性瀝青混合料由于添加了MaR改性劑,細(xì)集料與瀝青形成的膠漿材料均勻裹覆在粗集料表面,形成相對(duì)較厚的瀝青薄膜,有利于提高瀝青膠漿與集料的黏附性及瀝青混合料的低溫抗裂性能。

4 改性瀝青混合料性能檢驗(yàn)

通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)AC-16型改性熱再生瀝青混合料的高溫、水穩(wěn)、低溫劈裂等性能進(jìn)行驗(yàn)證,并與未使用改性劑的熱再生瀝青混合料進(jìn)行對(duì)比。

4.1 車(chē)轍試驗(yàn)

車(chē)轍試驗(yàn)采用300 mm×300 mm×50 mm試件,試驗(yàn)溫度為60℃,荷載為0.7 MPa,試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

由表5可以看出,2組再生混合料抗車(chē)轍性能均能夠滿(mǎn)足規(guī)范要求,相較于未使用改性劑的熱再生混合料,使用改性劑的再生混合料的抗車(chē)轍性能提高了44%。

表5 AC-16再生瀝青混合料車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果

4.2 浸水馬歇爾試驗(yàn)

采用Φ101.6 mm×63.5 mm的試件進(jìn)行60℃下0.5 h及48 h浸水馬歇爾試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 熱再生試件浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

由表6可以看出:2組再生混合料浸水殘留穩(wěn)定度均能夠滿(mǎn)足規(guī)范要求且相差不大;但在穩(wěn)定度方面,相較于未使用改性劑的熱再生混合料,使用改性劑的混合料的0.5 h及48 h穩(wěn)定度分別提高了18%、21%。

4.3 低溫劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)

在10℃±0.5℃下進(jìn)行瀝青混合料的劈裂試驗(yàn)以評(píng)價(jià)再生瀝青混合料的低溫抗裂性能,結(jié)果如表7所示。

表7 熱再生瀝青混合料低溫劈裂試驗(yàn)結(jié)果

由表7可以看出,使用改性劑的熱再生瀝青混合料,其低溫劈裂抗拉強(qiáng)度較未使用改性劑的熱再生混合料提高了29%。

4.4 凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)

凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)采用Φ101.6 mm×63.5 mm的馬歇爾試件,雙面擊實(shí)50次,試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

由表8可以看出,2組再生混合料凍融劈裂殘留強(qiáng)度比均滿(mǎn)足規(guī)范要求,使用改性劑的熱再生混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比不僅高于規(guī)范要求18.4%,且較未使用改性劑的熱再生混合料提高了19%。

表8 熱再生瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié) 語(yǔ)

本次試驗(yàn)采用MaR改性劑進(jìn)行熱再生混合料改性研究,由各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果可以看出以下幾點(diǎn)。

(1)MaR固態(tài)改性劑使用方便、無(wú)污染,便于施工投放。

(2)MaR改性AC-16再生瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度、殘留穩(wěn)定度、低溫抗裂及凍融劈裂等指標(biāo)均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

(3)使用改性劑的再生瀝青混合料各項(xiàng)指標(biāo)較未改性的混合料均有一定程度的改善,即添加改性劑的混合料的綜合性能得到了提升。

因此,在瀝青路面回收材料拌和過(guò)程中,將固體改性劑產(chǎn)品直接添加到拌和樓中,能使其通過(guò)對(duì)瀝青混合料的吸附固結(jié)、增黏改性、加筋增強(qiáng)和嵌擠填充等作用,提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性,改善瀝青混合料低溫柔韌性及抗水損害性能,增強(qiáng)再生瀝青路面耐久性能,延長(zhǎng)瀝青路面使用壽命;同時(shí),與先生產(chǎn)改性瀝青、再生產(chǎn)改性瀝青混合料的技術(shù)相比,具有明顯的性能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

[1] 張肅軍,魏 強(qiáng),徐培華,等.溫拌再生瀝青混合料路用性能研究[J].公路交通科技:應(yīng)用技術(shù)版,2016(8):86-87.

[2] 嚴(yán)世祥.溫拌瀝青混合料的應(yīng)用技術(shù)研究[D].重慶:重慶大學(xué),2007.

[3] 鄒桂蓮,虞將苗,徐 偉.界面改性劑對(duì)瀝青混合料路用性能的影響與機(jī)理分析[J].公路交通科技:應(yīng)用技術(shù)版,2008 (S1):61-64,68.

[4] 肖 鵬,馬愛(ài)群.SBS物理改性瀝青與化學(xué)改性瀝青性能對(duì)比研究[J].公路交通科技,2006,23(11):10-14.

[5] 張 銳,黃曉明,趙永利,等.加入新型添加劑的瀝青混合料路用性能研究[J].公路交通科技,2006,23(11):27-30.

[6] 馬德崇.高性能瀝青混合料改性劑的制備及應(yīng)用研究[J].中國(guó)科技縱橫,2014(12):171-172.

[7] 閆興云,肖玲君,劉 羽,等.高摻量RAP熱再生瀝青混合料路用性能研究[J].公路交通科技:應(yīng)用技術(shù)版,2016(6):76-77.

[8] 錢(qián)付忠,劉 羽,賈曉放.嘉安高速瀝青路面銑刨回收材料級(jí)配變異性分析[J].基層建設(shè),2016(21):99-100.

[9] 任瑞波,名少華.高RAP摻量的熱再生瀝青混合料設(shè)計(jì)及性能研究[J].石油瀝青,2013,27(3):25-29.

[10] 袁 婷.從國(guó)外經(jīng)驗(yàn)看我國(guó)城市固體廢棄物的循環(huán)利用[J].山東工商學(xué)院學(xué)報(bào),2006,20(1):20-23.

[11] 査旭東,閔 斌,宋 微.RAP摻量對(duì)熱再生瀝青混合料性能影響分析[J].長(zhǎng)沙理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2013,10(4): 1-8.

[12] 楊海峰.RAP摻量對(duì)熱拌再生瀝青混合料性能的影響研究[J].山西建筑,2014,40(12):137-138.

[13] 胡志梅.材料的循環(huán)利用和再生利用是交通可持續(xù)發(fā)展的重中之重[J].交通世界,2008(9):49.

[14] 徐培華.廠(chǎng)拌熱再生技術(shù)[J].公路養(yǎng)護(hù),2006,2(2):32-46.

[15] 郝建財(cái).瀝青路面瀝青老化規(guī)律及再生技術(shù)分析[J].北方交通,2014(1):50-52.

[責(zé)任編輯:杜衛(wèi)華]

Experimental Analysis of RAP Modification for Jiayuguan-Anxi Expressway

WEI Qiang1,SHANG Bo-ming2,CAI Qian-dong2,XU Pei-hua3
(1.Jiuquan Highway Administration of Gansu Province,Jiuquan 735000,Gansu,China; 2.Shaanxi Changda Boyuan Highway Maintenance Technology Co.,Ltd.,Xi?an 710075,Shaanxi,China; 3.School of Highway,Chang?an University,Xi?an 710064,Shaanxi,China)

In order to study the performance of MaR,a self-developed modifier for reclaimed asphalt pavement(also known as RAP),experimental study on the hot recycling and modification of RAP was conducted on the materials reclaimed from the milling of Jiayuguan-Anxi Expressway.The recovered material to which the modifier was added was prepared as a specimen,and the rutting test,Marshall stability test,low-temperature splitting strength test and freeze-thaw cycles were carried out.The results indicate that the MaR is easy to use,and the indicators of the asphalt mixture modified with MaR has a certain degree of improvement compared with that of the original mixture,which means the MaR modifier can effectively improve the comprehensive performance of the reclaimed asphalt pavement.

hot recycling;mixture modification;experimental study;MaR

U418.6

B

1000-033X(2017)07-0050-04

2016-12-28

甘肅省科技廳科技項(xiàng)目(2016Y0316)

魏 強(qiáng)(1964-),男,山東營(yíng)口人,高級(jí)工程師,研究方向?yàn)楣佛B(yǎng)護(hù)與管理。