鄭德江 ZHENG De-jiang

（山東康橋交通科技有限公司，濟(jì)南 250000）

0 引言

我國(guó)進(jìn)入公路建設(shè)高峰期已經(jīng)有幾十年的時(shí)間，公路通車總里程業(yè)已躍居全球第一位。隨之而來(lái)的是建設(shè)初期的瀝青路面陸續(xù)來(lái)到了服務(wù)壽命末期，由此產(chǎn)生了大量的廢舊瀝青混合料。這些混合料中的瀝青及集料均屬于不可再生資源，堆積、填埋或直接作為路基材料使用均會(huì)造成資源的浪費(fèi)。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)、日本、英國(guó)及韓國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家在瀝青混合料熱再生方面起步較早，已經(jīng)形成了較為完善的政策、技術(shù)及產(chǎn)業(yè)鏈，如日本的廢舊瀝青路面材料的利用率達(dá)到90%以上[1]。我國(guó)在瀝青路面材料的再生利用方面起步相對(duì)較晚，從2005年起，才開始了對(duì)瀝青混合料再生利用的相關(guān)研究工作，但發(fā)展速度確十分迅猛，時(shí)至今日已經(jīng)初步形成了再生利用的相關(guān)技術(shù)體系[2]。其中廠拌熱再生作為性能恢復(fù)最佳的一種方式深受業(yè)界人員的青睞，不過(guò)廢舊瀝青混合料的廠拌再生利用仍然存在許多問(wèn)題未能的得到有效的解決，一是面對(duì)組成相對(duì)復(fù)雜的再生瀝青混合料（RAP），其性能恢復(fù)的方法與恢復(fù)效果的評(píng)價(jià)還不夠成熟；二是廠拌熱再生瀝青混合料的材料組成設(shè)計(jì)方法基本沿用現(xiàn)行規(guī)范，未能充分考慮RAP材料的特殊性；三是廠拌熱再生瀝青混合料的施工工藝套用常規(guī)瀝青混合料的施工方法，其適用性尚存在一定的不確定性[3]。針對(duì)上述問(wèn)題，相關(guān)學(xué)者也開展過(guò)部分研究工作，并取得了一定的研究進(jìn)展，在廢舊瀝青、混合料及集料技術(shù)性能的評(píng)價(jià)、廢舊瀝青的再生性能恢復(fù)機(jī)理等方面均有相關(guān)的報(bào)道，目前針對(duì)瀝青再生的理論主要有組分調(diào)節(jié)理論、相容性理論以及橡膠增塑理論等，其中認(rèn)可度較高的是組分調(diào)節(jié)理論[4-6]。在工程機(jī)械方面，我國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自主設(shè)計(jì)自主生產(chǎn)再生機(jī)，這為廠拌熱再生的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)，再生機(jī)實(shí)現(xiàn)了廢舊瀝青路面材料的獨(dú)立存放、溫度控制、摻量控制等。再生機(jī)與原生機(jī)的相互配合，共同保證了再生后瀝青混合料技術(shù)性能的達(dá)標(biāo)。

文章便是在上述研究背景下，采用新舊瀝青融合的方式，探索廠拌熱再生材料性能恢復(fù)的關(guān)鍵技術(shù)，在充分考慮RAP材料的技術(shù)特點(diǎn)提出了廠拌熱再生瀝青混合料的材料組成設(shè)計(jì)方法，在此基礎(chǔ)上研究了廠拌熱再生瀝青混合料的路用性能。旨在為廠拌熱再生技術(shù)在公路工程中的進(jìn)一步推廣提供技術(shù)參考。

1 廠拌熱再生材料性能恢復(fù)研究

1.1 原材料

文章采用的RAP材料為某二級(jí)公路的銑刨料，取代表性的部分RAP試樣進(jìn)行瀝青抽提，剩余的礦質(zhì)混合料利用方孔篩（2.36mm）過(guò)篩后分為再生粗集料和再生細(xì)集料，并對(duì)其進(jìn)行技術(shù)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表1。文章采用的新集料為玄武巖材料，其技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1顯示，與新集料相比，再生集料的各項(xiàng)指標(biāo)均存在著一定的降低，表現(xiàn)為軟泥含量偏高，針片狀偏高等，這提示在利用再生集料時(shí)，其摻量應(yīng)該控制在一定的范圍內(nèi)，防止再生集料和新集料所組成混合集料的技術(shù)指標(biāo)超過(guò)相關(guān)規(guī)范規(guī)定的限值。

表1 集料技術(shù)指標(biāo)

對(duì)抽提得到的瀝青進(jìn)行技術(shù)性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表2。另外文章選擇齊魯石化生產(chǎn)的90#道路石油瀝青作為調(diào)和瀝青，其技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 瀝青技術(shù)指標(biāo)

表2顯示，再生瀝青的技術(shù)性能已經(jīng)老化嚴(yán)重，針入度遠(yuǎn)低于50#瀝青的要求，延度指標(biāo)過(guò)低，粘度偏大，這表明瀝青經(jīng)過(guò)老化后，其黏滯性過(guò)高，低溫性能幾乎喪失。

1.2 再生理論與方法

目前有多種理論用于對(duì)瀝青再生進(jìn)行解釋，但最為流行的還是組分理論，該理論是基于瀝青老化前后組分變化而提出的，一經(jīng)提出便得到了相關(guān)研究人員的高度認(rèn)可。RAP中的舊瀝青經(jīng)過(guò)多年的使用，其技術(shù)性能有著較大的損失，其根本原因是由于瀝青內(nèi)部組分的變化。一般而言，瀝青中的芳香分和飽和分均屬于輕質(zhì)組分，在受到熱氧、光照、荷載等綜合作用下，會(huì)發(fā)生一定的組分揮發(fā)與轉(zhuǎn)化，造成輕質(zhì)組分缺失，同時(shí)部分膠質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闉r青質(zhì)，致使瀝青質(zhì)占比過(guò)高。上述組分的變化使得瀝青的針入度和延度顯著降低、軟化點(diǎn)明顯升高，黏滯性急劇增大，從而使得瀝青失去了原有的路用技術(shù)性能?；诖?，組分調(diào)價(jià)理論提出，向?yàn)r青中添加輕質(zhì)組分從而補(bǔ)全缺失芳香分和飽和分，降低瀝青質(zhì)占比，可以較大程度的提升再生瀝青的技術(shù)性能?；谠摾碚摚Y(jié)合復(fù)合材料性能規(guī)律模型，文章提出了再生瀝青針入度和軟化點(diǎn)指標(biāo)恢復(fù)模型，如式（1）和式（2）所示。

式中：m1、m2為分別為舊瀝青、新瀝青質(zhì)量分?jǐn)?shù)；P1、P2、Pi分別為舊瀝青、新瀝青、再生后瀝青的針入度；Ti、T1、T2分別為舊瀝青、新瀝青、再生后瀝青軟化點(diǎn)。

為了驗(yàn)證上述模型的準(zhǔn)確性，文章設(shè)計(jì)了不同新舊瀝青比例的工況，新舊瀝青比例分別為0:10、1:2、2:1、5:1、10:1及10:0，并進(jìn)行了相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)的檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果匯總于圖1中。

圖1 模型準(zhǔn)確性驗(yàn)證結(jié)果圖

基于上述結(jié)果，文章選擇新舊瀝青比例5:1作為推薦比例，在該比例下，再生之后的瀝青的技術(shù)性能如下：針入度為75（0.1mm）、軟化點(diǎn)為50.1（℃）、15℃延度（96.3）、60℃粘度（356.2Pa.s）。不難看出，新瀝青的輕質(zhì)組分有效的補(bǔ)充到了舊瀝青之中，兩者調(diào)和之后的瀝青技術(shù)性能與70#基質(zhì)瀝青相仿。值得注意的是，并非所有RAP與新瀝青的摻配比例均為5:1，這需要根據(jù)上文所述計(jì)算公式、我國(guó)現(xiàn)行施工技術(shù)規(guī)范等綜合確定。

2 廠拌熱再生瀝青混合料路用性能研究

廠拌熱再生瀝青混合料的路用性能的優(yōu)劣直接決定著其推廣前景，由于RAP材料中瀝青的技術(shù)性能較差，所以RAP摻配率必然是影響瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)的主要因素，由于RAP材料級(jí)配的不穩(wěn)定性，文章推薦對(duì)不同來(lái)源不同路面結(jié)構(gòu)層的RAP分類堆放、分類使用，最大程度的保持RAP材料的性能一致性。文章設(shè)計(jì)了RAP摻配量分別為0%、10%、20%、30%、40%等五種瀝青混合料，以新集料為補(bǔ)充，以AC-16級(jí)配區(qū)間為控制，進(jìn)行礦質(zhì)混合料配合比設(shè)計(jì)，如圖2所示。

圖2顯示，不同RAP摻量的瀝青混合料能夠調(diào)整到幾乎相同的級(jí)配曲線，表明了經(jīng)過(guò)分類使用的RAP材料可以與新集料組成滿足規(guī)范要求的各種級(jí)配曲線類型。根據(jù)公式（1）和公式（2），以及RAP的摻量，分別預(yù)估新瀝青的用量，并進(jìn)行瀝青混合料馬歇爾試件的試打工作，根據(jù)不同油石比的毛體積相對(duì)密度、空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度等試驗(yàn)結(jié)果，按照瀝青混合料最佳油石比的計(jì)算方法，確定RAP摻配量為0%、10%、20%、30%、40%時(shí)的最佳油石比分別為4.%、4.3%、4.4%、4.5%、以及4.75%。按照該油石比，對(duì)不用RAP摻量的路用性能進(jìn)行了檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

圖2 設(shè)計(jì)級(jí)配

表3顯示，隨著RAP摻量的不斷增大，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度并未出現(xiàn)降低的現(xiàn)象，反而是不斷的增加，出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因，與舊瀝青中瀝青質(zhì)含量比例的升高有關(guān)。根據(jù)文章公式（1）和公式（2）所述的規(guī)律，隨著舊瀝青比例的提升，再生瀝青中的黏滯性是隨之不斷增大的，具體的表現(xiàn)為針入度的降低以及軟化點(diǎn)的升高，最終造成瀝青模量的提升。于是出現(xiàn)了如表3所示的動(dòng)穩(wěn)定度隨RAP摻量的增大而提升的現(xiàn)象。同時(shí)該理論也相應(yīng)的解釋了彎曲進(jìn)度模量試驗(yàn)規(guī)律。

表3 廠拌熱再生瀝青混合料技術(shù)性能

但是廢舊瀝青再生后的力學(xué)性能相對(duì)較低，特別是與低溫相關(guān)的力學(xué)指標(biāo)，如表3所示的最大彎拉應(yīng)變，RAP摻量40%時(shí)的值幾乎為無(wú)RAP摻量時(shí)的一半左右，說(shuō)明RAP中的瀝青雖然經(jīng)過(guò)了輕質(zhì)組分的再生作用，但無(wú)法恢復(fù)到新瀝青的技術(shù)性能，尤其表現(xiàn)在低溫性能上。上述規(guī)律提示RAP的摻配比率在冬季溫度較低的地區(qū)不應(yīng)該過(guò)高。

廠拌熱再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性指標(biāo)主要是凍融劈裂強(qiáng)度比和殘穩(wěn)兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，表3顯示，隨著RAP摻配率的不斷增加，再生瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度出現(xiàn)了顯著下降的趨勢(shì)，凍融劈裂強(qiáng)度比也出現(xiàn)了相應(yīng)的下降。出現(xiàn)上述規(guī)律，提示RAR中舊瀝青抵抗水損害的能力相對(duì)較低。這一點(diǎn)可以從瀝青之間的粘結(jié)力上進(jìn)行解釋。一般而言，經(jīng)過(guò)最佳油石比設(shè)計(jì)后的瀝青混合料，瀝青與石料、瀝青與瀝青之間均是以結(jié)構(gòu)瀝青的形式粘結(jié)在一起，部分瀝青可能存在自由瀝青黏結(jié)的情況，但整體黏結(jié)力較強(qiáng)，特別是結(jié)構(gòu)瀝青其黏結(jié)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)瀝青材料之間的分子力。而經(jīng)過(guò)老化之后的瀝青，瀝青之間的粘結(jié)體系已經(jīng)遭到破壞，殘存的黏結(jié)力相對(duì)較小，經(jīng)過(guò)再生補(bǔ)充了部分輕質(zhì)組分后，其黏結(jié)力有所提升，但無(wú)法提升到新瀝青的水平，于是造成了再生瀝青混合料水穩(wěn)定性相對(duì)較差的結(jié)果，且隨著RAP材料在瀝青混合料中質(zhì)量占比的提升而愈發(fā)的明顯。水穩(wěn)定性的降低容易造成坑槽、松散、剝落等病害的產(chǎn)生，所以在降水量較多的地區(qū)需要限制RAP的含量不宜過(guò)高。

總之，廠拌熱再生瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性隨著RAP的摻量的增大而增大，但水穩(wěn)定性和低溫抗裂性能則隨著RAP摻量的增大而減小。所以對(duì)于RAP的使用不應(yīng)過(guò)度的追求高摻量，而應(yīng)該以基本路用性能為基準(zhǔn)。

3 結(jié)論

文章針對(duì)廠拌熱再生瀝青混合料的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題展開了研究工作，取得的主要結(jié)論如下：

①向舊瀝青中添加輕質(zhì)組分補(bǔ)全缺失芳香分和飽和分，降低瀝青質(zhì)占比，可以較大程度的提升再生瀝青的技術(shù)性能。

②廠拌熱再生瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性隨著RAP的摻量的增大而增大，但水穩(wěn)定性和低溫抗裂性能則隨著RAP摻量的增大而減小。