汪 林,姚 鑫,董乾坤,鄭 煒,陳 琴
(武漢市漢陽市政建設(shè)集團(tuán)有限公司,武漢 430050)
節(jié)能環(huán)保、綠色發(fā)展已經(jīng)成為全世界關(guān)注的重點(diǎn)話題,瀝青路面材料的再生利用將成為一個重要的研究方向。較傳統(tǒng)方法相比,瀝青路面回收降低對砂石、瀝青等道路建筑材料的需求量,減少對環(huán)境的污染?,F(xiàn)階段,瀝青路面再生領(lǐng)域最具應(yīng)用前景的技術(shù)主要有兩種:廠拌熱再生技術(shù)和泡沫瀝青熱再生技術(shù)[1]。
目前,瀝青路面回收料(RAP)多數(shù)采用廠拌熱再生的方式達(dá)到循環(huán)利用的目的。然而熱拌瀝青混合料生產(chǎn)過程需要消耗大量的燃料并排放粉塵和有害氣體,對施工人員和環(huán)境造成危害。采用溫拌技術(shù)可以有效解決廠拌熱再生技術(shù)高能耗、高污染的問題,同時可提高對瀝青路面再生材料的利用率。根據(jù)溫拌瀝青混合料再生技術(shù)機(jī)理的不同,可分為四類:發(fā)泡降黏技術(shù)、有機(jī)降黏類添加、表面活性劑類添加及乳化瀝青溫拌法[2,3]。其中,以發(fā)泡降黏技術(shù)最為經(jīng)濟(jì)實(shí)用,具有較好的發(fā)展前景。在確定瀝青最佳發(fā)泡用水量的基礎(chǔ)上,通過試驗(yàn)對泡沫瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)性能、高溫穩(wěn)定性及水穩(wěn)定性進(jìn)行研究。
試驗(yàn)采用雙龍AH-70道路石油瀝青,其技術(shù)指標(biāo)見表1。瀝青發(fā)泡水為生活用水,符合生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)GB5749—2006。
表1 AH-70道路石油瀝青性能指標(biāo)
膨脹率和半衰期是評價(jià)瀝青發(fā)泡效果最重要的兩個指標(biāo)。泡沫瀝青溫拌技術(shù)主要是利用瀝青發(fā)泡后的低粘性,來實(shí)現(xiàn)在較低的溫度下充分裹附集料。因此溫拌技術(shù)所用的泡沫瀝青可不必追求過大的膨脹率,一般來說,膨脹率滿足一定要求的、半衰期越長的泡沫瀝青,低粘性持續(xù)的時間越長,與集料的拌和效果越好。
在一定溫度和用水量下,瀝青發(fā)泡狀態(tài)最大體積與未發(fā)泡狀態(tài)體積之比為體積膨脹率,表征瀝青在集料中的分散效果。為使泡沫瀝青與礦料達(dá)到更好的裹附效果,不應(yīng)選擇過小的體積膨脹率,一般不小于8倍。泡沫瀝青從最大體積衰減到50%最大體積所用的時間為半衰期。隨半衰期的增長,泡沫瀝青和礦料接觸與拌合的時間越長,混合料的質(zhì)量更好,通常不宜小于8 s[4]。在發(fā)泡溫度150 ℃的條件下,采取用水量 1%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%下對AH-70瀝青進(jìn)行發(fā)泡試驗(yàn),結(jié)果見圖1。
由圖1可知:膨脹率為10倍時對應(yīng)的發(fā)泡用水量為1.3%,半衰期為8 s時對應(yīng)的發(fā)泡用水量為1.5%,同時滿足要求的發(fā)泡用水量為1.3%~1.5%,取其中間值1.4%作為最佳發(fā)泡用水量。
參考《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011),采用與熱拌瀝青混合料相同的設(shè)計(jì)程序和符合要求的原材料完成溫拌瀝青混合料配合比設(shè)計(jì),級配上限值與下限值參照同類型熱拌瀝青混合料。
采用 AC-25混合料,按熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法得到的礦料級配設(shè)計(jì)曲線見圖2,通過馬歇爾試驗(yàn)得到泡沫再生瀝青混合料最佳油石比為3.9%。
采用1.4%的發(fā)泡用水量得到泡沫瀝青,配入不同摻量的再生料,從10%、20%、30%依次遞增進(jìn)行泡沫溫拌瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn),測定混合料體積參數(shù),結(jié)果見表2。
表2 不同RAP摻量下的AC-25泡沫溫拌再生瀝青混合料性能
可以看出,各摻量下的泡沫瀝青再生瀝青混合料體積參數(shù)指標(biāo)均可達(dá)到普通熱拌密級配瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn)。在混合料空隙率為4%~4.5%時,隨著RAP摻量的增加,新加瀝青油石比逐漸減小,表明RAP中的舊瀝青可以取代部分新瀝青。當(dāng)摻量為20%時,混合料馬歇爾穩(wěn)定度最高。
3.3.1 高溫穩(wěn)定性能
夏季瀝青路面溫度可高達(dá)60 ℃以上,這對其高溫性能提出了更高的要求。高溫條件下,瀝青混合料受到車輛荷載的影響,路面使用質(zhì)量降低,影響道路交通安全。該研究采用車轍試驗(yàn)評價(jià)瀝青混合料的高溫性能,以動穩(wěn)定度作為評價(jià)指標(biāo)。根據(jù)JTGE20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果見表3。
表3 AC-25泡沫溫拌瀝青混合料高溫性能試驗(yàn)結(jié)果
由表3可知,隨著RAP摻量的增加,AC-25泡沫溫拌瀝青混合料的動穩(wěn)定度逐漸增大,且均滿足規(guī)范要求。這是由于RAP料中瀝青老化變硬引起的,RAP摻量越大,老化瀝青的比例增加,高溫性能越好,表明RAP摻量的增加可改善泡沫再生混合料的高溫性能。
3.3.2 水穩(wěn)定性能
目前國內(nèi)外評價(jià)瀝青混合料水穩(wěn)定性的主要相關(guān)試驗(yàn)方法有浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、浸水車轍試驗(yàn)、浸水抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和浸水劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)等[5,6]。論文采用浸水馬歇爾試驗(yàn)與凍融劈裂試驗(yàn)評價(jià)混合料的水穩(wěn)定性,試驗(yàn)結(jié)果結(jié)果見表4。
表4 AC-25泡沫溫拌瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果
結(jié)果顯示,隨著RAP摻量增加,混合料殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度逐漸減小,表明RAP料中瀝青的老化降低了瀝青與集料的粘附性能,摻量越大對水穩(wěn)定性影響越大,但不同RAP摻量混合料水穩(wěn)定性都能滿足規(guī)范要求。
a.在150 ℃發(fā)泡溫度的條件下,對雙龍AH-70進(jìn)行發(fā)泡試驗(yàn),滿足規(guī)范要求的發(fā)泡用水量為1.3%~1.5%,取其中間值1.4%作為最佳發(fā)泡用水量。
b.各RAP摻量下AC-25泡沫溫拌再生瀝青混合料的動穩(wěn)定度均滿足規(guī)范要求,隨著摻量的增加,混合料的動穩(wěn)定度逐漸增大,表明RAP摻量的增加可改善混合料的高溫性能。
c.隨著RAP摻量的增加,AC-25泡沫溫拌再生瀝青混合料水穩(wěn)定性能有所下降,但不同RAP摻量泡沫再生混合料水穩(wěn)定性能均滿足規(guī)范要求。