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再生劑對長期路用老化瀝青路用性能的影響*(交通)

 再生劑對長期路用老化瀝青路用性能的影響*(交通)

                       1    2    2  吳少鵬2

1.廣東省南粵交通揭惠高速公路管理中心普寧515325;2.武漢理工大學硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室  武漢  430070

摘要通過對瀝青混合料、老化瀝青混合料,以及經過2種不同再生劑再生處理的老化瀝青混

合料的高溫性能、低溫開裂性能、水穩定性能、疲勞性能進行研究,考察了再生劑對長期路用老化瀝青及其混合料路用性能的影響規律。對比研究了不同再生劑作用下長期路用老化瀝青混合料路用性能的再生修復效果。結果表明,再生劑的加入可使老化瀝青混合料的基本路用性能在一定程度上恢復還原;通過2種再生劑對長期路用老化瀝青再生效果的研究,可以發現再生劑對老化瀝青混合料改善作用具有選擇性,即老化瀝青對合適的再生劑有著具體的要求。

關鍵詞  老化瀝青混合料  再生劑  老化瀝青  路用性能

    近些年來,隨著我國早中期修建的瀝青高速公路已進入或即將開始進入大中修階段,能夠充分利用廢料節約資源、促進環保的瀝青路面再生技術越來越多地受到國內學者的廣泛關注。其中老化瀝青的再生技術是廢舊瀝青混合料再生利用的關鍵,在廢舊的老化瀝青中加入再生劑即可還原其化學組成,同時恢復其膠體結構,從而起到改善其性能的作用。由于我國對老化瀝青混合料再生利用的日益重視,有關再生劑對老化瀝青性能影響的研究報道也越來越多,各種再生劑也層出不窮。通常不同的再生劑對老化瀝青混合料性能影響不盡相同,對老化瀝青混合料的路用性能的影響更是千差萬別。

    試驗通過將2種不同再生劑加入到室內加速老化的瀝青混合料,以及未老化的瀝青混合料中,研究不同再生劑對老化瀝青混合料的影響,以及對老化瀝青混合料再生改善的作用。

1  原材料及試驗方法

1.1試驗原料

    老化瀝青混合料在實驗室制備;再生劑為美國科來福公司生產的2種化學組成不同的再生劑R-1,R-2,其技術參數見表1。

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1.2老化瀝青混合料的制備

    本次試驗采用熱拌瀝青混合料( HMA)的配合比設計理論和方法進行設計,即采用在我國應用廣泛的馬歇爾試驗方法進行瀝青混合料配合比設計,同時選取AC-16的瀝青混合料作為研究對象。參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(以下簡稱《規程》)(JTG E20 - 2011)中T0724-2000制備老化瀝青混合料。

1.3再生老化瀝青混合料的制備

    在拌和機中依次投入再生劑、老化瀝青混合料,其中再生劑與瀝青比為10%,制備再生老化瀝青混合料。

1.4試驗方法

    參照《規程》中T0724 - 2000制備老化瀝青混合料,按《規程》中相關規定檢測再生瀝青混合料的馬歇爾穩定度、動穩定度、凍融劈裂強度、四點彎曲疲勞試驗。

2試驗結果與討論

2.1  不同再生劑對混合料高溫性能的影響

    抗車轍性能是指混合料抵抗因為高溫引起的永久變形的能力,本文采用車轍試驗來測定瀝青混合料的高溫抗車轍能力,同時用來評價其高溫穩定性。在試驗中,試驗溫度設定60℃,輪壓0.7MPa,試件厚度100 mm,寬度300 mm,長度300mm,試件經碾壓成型。成型后的試件在溫度為60℃的空氣室保溫6 h以上,保溫完后開始車輪碾壓,車輪共計碾壓1h。計算機顯示時間t1對應的形變量d1,和t2時間對應的形變量d2,最后根據計算公式得到動穩定度的大小。

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    通過車轍試驗測定不同混合料試驗情況見表1,改性瀝青根據《公路瀝青路面施工技術規范》動穩定度技術要求不低于2 400次/min。

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    由表2可見,與老化瀝青混合料相比,經過再生劑處理后的瀝青混合料45 min60 min位移都有所提高,同時動穩定度有所減少,但達不到未老化瀝青混合料動穩定度次數,其中經過再生劑R-1處理的老化瀝青混合料相較于R-2處理的老化瀝青混合料更為明顯,這說明經過再生劑處理的老化瀝青混合料能夠部分被軟化,R-1再生劑處理后的效果更為明顯。這是因為再生劑中芳香族化合物溶解、稀釋了老化瀝青混合料中的瀝青質,使得膠結料潤滑,因此降低了瀝青混合料的動穩定度。

2.2  不同再生劑對混合料低溫抗裂性能的影響

    采用低溫彎曲試驗來評價瀝青混合料的低溫抗裂性能,參考《規程》,試件采用250 mm×30mm×35 mm、跨徑為200 mm的小梁,試驗時設置溫度為-10℃,單點加載,其中加載速率為50mmmin。試驗情況見表2。

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    由表3可見,相較于老化瀝青混合料,經過再生劑處理后的老化瀝青混合料的破壞荷載、抗彎拉強度、勁度模量都有所下降,破壞應變有所上升,但達不到未老化瀝青混合料程度,其中經過R-1再生劑處理后的老化瀝青混合料更為明顯,這說明經過再生劑處理后的瀝青混合料抗老化性能提高,同時經過再生劑處理后的瀝青混合料勁度模量減小,柔韌性變好,抗低溫形變能力增強,這是因為受再生劑擴散的影響,再生劑與老化瀝青充分融合,使得老化瀝青軟化,性能被一定程度地還原,從而在一定程度上緩解了瀝青的老化,提高了老化瀝青低溫抗裂性能,同時,由于R-1再生劑處理后的老化瀝青混合料抗低溫性能更為明顯,可知R-1再生劑的再生能力相較于R-2再生劑更為突出。

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2.3不同再生劑對混合料水穩定性能的影響

2.3.1  瀝青混合料殘留穩定度試驗

    采用馬歇爾穩定度試驗來檢驗瀝青混合料受水損害時抵抗剝落的能力以及瀝青的水穩定性。其中評價瀝青混合料水穩定性的指標為殘留穩定度比MS,,殘留穩定度比越大,表示瀝青混合料的水穩定性能越好。按照《規程》中的T0702 -2011規定,用擊實法制作瀝青混合料馬歇爾試件2組,雙面擊實各50次,第1組放在60℃的水箱里保溫30 min,測出其穩定度MS1,第2組放在溫度為60 0C的水箱里保溫48 h,測定其穩定度MS2,則殘留穩定度比如下式。

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測定結果見表4。

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    由表4可見,經過R-1R-2再生劑處理的老化瀝青混合料的穩定度、浸水穩定度、殘留穩定度比均大于老化瀝青混合料,但沒有達到未老化瀝青混合料的程度,其中經過R-1再生劑處理的瀝青混合料效果更好,這說明經過再生劑處理的老化瀝青混合料的水穩定性要比老化瀝青混合料的水穩定性要好,即在老化瀝青混合料中加入再生劑可以提高老化瀝青混合料的水穩定性,同時R-1再生劑的效果要比R-2再生劑的效果要好,這是因為再生劑能夠很好地擴散進老化瀝青的內部,使舊料中的老化瀝青的性能得以很好地恢復,從而提高老化瀝青混合料的水穩定性。

2.3.2  瀝青混合料凍融劈裂試驗

    采用馬歇爾擊實法成型的馬歇爾試件,擊實次數為雙面各50次,冷凍溫度-18℃保溫16 h,之后放入已保溫60℃的恒溫水槽中24 h,最后按照《規程》用50 mm/min的加載速率進行劈裂試驗。計算出劈裂強度比,見表5。

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    由表5可知,經過R-1R-2再生劑處理后的瀝青混合料的非凍融劈裂強度、凍融劈裂強度,以及劈裂強度比均大于老化的瀝青混合料,而達不到未老化的瀝青混合料的程度,其中R-1再生劑處理后的瀝青混合料效果更為明顯。這說明經過再生劑處理后的老化瀝青混合料的水穩定性在一定程度上變好,這是由于老化后的瀝青混合料的芳香分和飽和分含量低、粘性小、瀝青膜與集料表面的粘附性變差,當老化瀝青混合料中加入再生劑時,再生劑中含有大量有機酸,有機酸可以增加老化瀝青混合料中瀝青和集料的粘附性,從而保證瀝青混合料具有較高的水穩定性。

    通過瀝青混合料殘留穩定度試驗以及瀝青混合料凍融劈裂試驗,我們可以看出,加入再生劑可以明顯地提高老化瀝青混合料的殘留穩定度以及凍融劈裂強度比,其中加入再生劑R-1的效果更為明顯,這說明再生劑能夠明顯地改善老化瀝青混合料的水穩定性,且R-1再生劑的效果更好。

2.4不同再生劑對混合料疲勞性能的影響

    采用四點彎曲疲勞試驗來評價瀝青混合料的疲勞性能。試驗溫度15℃,加載頻率10 Hz,采用恒應變控制的連續偏正弦加載模式。試驗設備為UTM-25伺服液壓動態試驗系統,規定試驗開始后的第50個循環時的彎曲勁度模量為初始勁度,試件的彎曲勁度在降低到初始勁度50%或更少時表示試件破壞,設置應變水平400,600,800,1000,記錄式樣破壞加載次數,試驗結果見表6。

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    由表6可見,經過R-1,R-2再生劑處理的老化瀝青混合料的式樣破壞加載次數相較于老化瀝青混合料均有所增加但沒有達到未老化瀝青混合料試驗破壞的加載次數,其中經過R-1再生劑處理的老化瀝青混合料增加的更為明顯,這表明,經過添加再生劑的瀝青混合料相比于老化的瀝青混合料更難破壞,這是因為再生劑的加入使得老化瀝青混合料得以一定程度韻性能還原,從而使得再生瀝青混合料的疲勞壽命增加。同時可以看出再生劑R-1對老化瀝青混合料的疲勞壽命影響更大,效果更好。

4結論

    再生劑的加入使得老化瀝青混合料的高溫性能、低溫開裂性能、水穩定性能、疲勞性能都能在一定程度上還原,即再生劑的加入能夠在一定程度上使得老化瀝青混合料再生并修復其路用性能。通過試驗分析對比,可以得知R-1再生劑的效用比R-2再生劑的效用要好,改善效果也更為明顯,對老化瀝青混合料的再生更充分,這可能是因為R-1再生劑更能有效地對老化瀝青混合料中的化學組分以及膠體結構充分改善調整以及性能還原,從而增強了其對老化瀝青混合料的再生效果。因此,對長期服役瀝青路面實際再生處理時,應根據瀝青路面老化瀝青的特殊性選擇合適的再生劑材料。

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