废旧沥青混合料AC-16再生性能分析及试验
时间：2020-11-05 10:11:12 来源：达达文档网 本文已影响 人 
郭松林
摘要：本文结合废旧沥青混合料再生技术的理论基础，通过旧料抽提试验确定废旧料的配合比，采用再生剂对废旧料进行性能改善。然后，加入新沥青及新集料，拌制新沥青混合料，检测其性能。通过试验，确定新旧料掺配率、再生剂对废旧沥青混合料性能的影响，为沥青混合料再生工艺提供参考借鉴。
Abstract：
This paper combines the theoretical basis of the recycling technology of waste asphalt mixture， determines the mix ratio of waste materials through the extraction test of waste materials， and uses regenerant to improve the performance of waste materials. Then， it adds new asphalt and new aggregate， mixes new asphalt mixture， and tests its performance. Through the experiment， the influence of the mixing ratio of new and old materials and the regenerant on the performance of the waste asphalt mixture is determined to provide reference for the asphalt mixture regeneration process.
关键词：废旧沥青混合料;再生沥青混合料;沥青用量;再生剂;旧料掺配率
0 引言
对废旧沥青混合料再生技术的研究，最早于1915年的美国开始[1]。目前废旧沥青混合料的再生技术在美国、德国、芬兰、法国及日本等多个国家普遍使用，并基本成熟。我国在上世纪六、七十年代，修路过程中曾不同程度地以废物利用的方式使用了废旧沥青混合料。八十年代初期，开始对沥青路面材料再生技术进行研究。从2002年京津塘高速公路开始，就地热再生技术在我国悄然兴起，围绕以乳化沥青和泡沫沥青为主的冷再生技术也得到了一定的发展。
截至目前，我国公路总里程已达480余万公里，其中高速公路总里程14余万公里，位居世界第一。许多路面已经或即将进入修改建期，废旧沥青混合料的再生利用节约大量砂石、沥青等原材的同时，也处理了废料，对工程成本、环境保护大有裨益，其经济效益、社会效益及环境效益不言而喻。
本文通过了解废旧沥青混合料再生机理，确定废旧沥青混合料再生方案，然后实施配合比设计及试验，最后利用试验结果进行分析。主要是验证沥青混合料再生后的性能特征，为以后的学习研究及实际应用提供参考。
1 废旧沥青混合料再生机理
1.1 沥青老化的机理
从沥青加热拌和开始直至使用寿命结束，在化学组成与物理形式上均不断发生变化。在此过程中，沥青日渐脆硬、开裂，失去其原有的黏结或密封作用[2]，这种机械性能或理化性质及胶体结构的变化是为老化。轻质油分的脱氢、聚合、挥发及各种成分的氧化，致使芳香成分减少、稠度增加，导致沥青老化。
1.2 沥青再生的原理与途径
1.2.1 沥青再生的原理
沥青老化其实是其成分发生了变化，基本表现为沥青质的增多、油分的减少及胶体结构的改变。老化后的沥青变得脆硬、无光泽，软化点、延度、针入度、粘度等出现变大或减小。沥青再生即让沥青的性状恢复到原状或者适当状态，可以重新使用。旧沥青再生从一定层面而言，为其老化的逆过程[3]。
1.2.2 沥青再生的途径
沥青再生是将一定粘度的新沥青或低粘度油料与废旧沥青合成调配，使调配后的沥青满足使用要求。废旧沥青再生的过程其实就是沥青调和的过程[4]，再生时调配使用的低粘度油料，即为再生剂。再生剂可以降低沥青过高的粘度、改善沥青的流变性能，使其满足使用要求[5]。
1.2.3 废旧沥青混合料的再生
对于旧沥青材料的再生，目前主要有热再生和冷再生两种方法。热再生是通过调节旧沥青粘度、改变旧沥青流变性质使得旧沥青再生，进而使用旧沥青作为路面铺筑材料使用。冷再生是对废旧料进行铣刨加工，根据需要加入新的粗、细集料、外掺剂及水等材料，然后拌和、摊铺并碾压成型，重新形成新的结构层[6]。
本文研究的沥青混合料再生，是将废旧沥青混合料经过破碎回收、抽提筛分，按照设计与再生剂、新集料、新沥青等重新拌和并成型试件，检测、分析其性能。
2 再生沥青混合料组成材料的分析
本文所用的废旧沥青混合料为魅力芙蓉项目的洗刨料。由于旧料取自于不同路段的不同层面，故物理性能存在着较大差异。本着科学严谨的思想，本试验根据掺配率的不同对旧料进行了3组抽提筛分试验。
2.1 沥青
2.1.1 沥青含量的确定
使用离心分离法进行抽提、筛分，得到的3组油石比如表1所示。
由试验结果可知，旧料的沥青含量差别较大，且与《公路沥青路面设计规范》推荐的混合料油石比相比偏小。经分析，由以下两个因素造成：
①两次取来的废料取自魅力芙蓉项目不同路段及不同层面，初始设计的油石比不同，后期老化程度也不同，油石比相差较大。
②在使用過程中，沥青逐渐老化变质，使得有些成分的溶解度降低，造成抽提所得油石比变小。
2.1.2 新沥青标号的选择
再生剂、新旧沥青的性能都会影响再生沥青的性能，为避免因废旧沥青与新沥青性能冲突出现不能充分溶合，进而导致再生料的各项性能指标不满足要求的问题出现，经调查研究，本试验采用AH-70沥青。
2.2 再生剂
本文试验所用再生剂，是一种由基质沥青、再生剂及溶剂等掺加剂合成的黑色溶液。依据推荐值，再生剂掺量取7%（为旧沥青含量的百分比）。同时，为了认识再生剂掺量对再生料性能的影响，对旧料掺量为60%的再生料，加做两组不同掺量再生剂的性能对比试验，再生剂掺量分别为4%和10%。
2.3 矿质集料
2.3.1 旧料级配
对抽提后的集料进行筛分，结果见表2。
2.3.2 新、旧料物理特征
①对抽提后的集料进行检测，得到表3指标。
②试验所用的新集料为石灰岩，其物理指标见表4。
3 再生沥青混合料组成设计
3.1 再生沥青混合料的类型、分组
本文设计的为AC-16再生沥青混合料。共设计5组试验类型，具体分类见表5。
在表5中，a，c，e三组通过相同的再生剂掺量，来检测分析旧料掺配率与再生沥青混合料性能之间的关系;b，c，d三组则通过相同的旧料掺配率，来检测分析再生剂掺量与再生沥青混合料性能之间的关系。
试验中，a，c，e三组采用各自确定的最佳油石比，b，c，d三组采用c确定的最佳油石比。
3.2 新集料的级配
再生沥青混合料由旧料、新料级配混合而成，旧料级配通过抽提筛分确定，新料级配根据再生料和旧料确定。本文级配确定采用图解法，再生混合料矿料级配范围见表6。
3.3 最佳沥青用量的确定
试验设计以预估的最佳沥青用量为中间值，依次间隔0.5%，设计5组油石比，成型马歇尔、车辙等试件。按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》检测再生沥青混合料密度，并计算试件的空隙率（VV）、矿料间隙率（VMA）及有效沥青饱和度（VFA）等沥青混合料指标，对结果进行分析。三组试验，旧料与新料比分别为70：30，60：40，50：50，再生剂掺量取7%（为旧沥青含量的百分比）。检测结果如表7。
由绘图法得知：旧料掺配率为70%的最佳油石比是5.0%，旧料掺配率为60%的最佳油石比是5.4%，旧料掺配率为50%的最佳油石比是4.8%。
4 再生沥青混合料试验及性能分析
4.1 再生沥青混合料的高温稳定性
高温稳定性是沥青混合料在荷载作用下抵抗永久变形的能力。其评价指标动稳定度为按规定条件进行沥青混合料车辙试验时，混合料试件变形进入稳定期后，每产生1mm轮辙变形试验轮所行走的次数，得到再生沥青混合料动稳定度的测试结果如表8所示。
结果分析（图1）：
①再生沥青混合料的动稳定度对旧料掺配率的变化没有表现出太过明确的规律。
原因：1）旧料有一定硬脆性，掺入量增大，再生沥青混合料的动稳定度会逐渐上升;但同时，旧料掺量增大，再生混合料的最佳油石比会相对变大，动稳定度有下降的趋势。2）旧料沥青含量离散性比较大，所取旧料不能完全均一，故试验油石比与真正油石比可能有误差。
②再生混合料的动稳定度随着再生剂掺量的不断提高，出现持续下降的规律。
原因：对于车辙试件，沥青的粘度越高，沥青混合料的抗剪切变形能力越强，动稳定度随之提高。掺加之后，废旧沥青的粘度随之降低，抗剪切变形能力随之变弱，导致抗车辙能力减弱。单论此点，再生剂对再生沥青混合料的抗车辙能力具有负面影响。但沥青混合料的路用效果是各种指标性能综合之后取最优，并非动稳定度单项指标差就表明路用效果差，高的动稳定度也会出现差的低温抗开裂性。
4.2 再生沥青混合料的水稳定性
沥青混合料的水稳性，是评价沥青混合料耐久性的重要指标。测定水稳定性的试验一般有浸水轮辙法、冻融劈裂法及浸水马歇尔试验法等。本文采用浸水马歇尔试验法进行试验。
根据确定的最佳油石比制作马歇尔试件，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行浸水马歇尔试验法试验，检测结果见表9。
结果分析（图2）：
①再生沥青混合料的浸水残留稳定度对于旧料掺配率的提高没有表现出很明确的规律。
②再生沥青混合料的浸水残留稳定度对再生剂掺量的增加呈现出明显的下降趋势。说明随着再生剂掺量的增加，再生沥青混合料的水稳定性逐渐变差。
5 结论
①经检测，再生沥青混合料可以恢复到正常使用水平，且处于最佳油石比时，旧料掺配率对高温稳定性、水稳定性的影响没有表现出明确规律。表明废旧沥青混合料的再生利用率较高，应用空间很广。②再生剂能有效改善废旧沥青混合料的性能。废旧料与再生剂反应后，按适当比例与新沥青及新集料混合搅拌，制成再生沥青混合料。经试验检测得知，可以正常使用。但随着再生剂掺量的增加，高温稳定性和水稳定性均下降。说明再生剂与再生沥青混合料的性能之间的关系十分密切，再生剂具有较高的可研发性。国外不少再生剂的生产采用的是从石油炼制过程中提取油分与树脂的方法，该种方法生产的再生剂稳定性较高，对再生剂的研发具有较高的借鉴价值。
参考文献：
[1]黄晓明，赵永力，江臣.沥青路面再生利用试验分析[J].岩土工程学报，2001，23（4）：468-471.
[2]廖克俭，丛玉凤.道路沥青生产与应用技术[M].北京：化学工业出版社，2004（8）：152.
[3]夏明，郭小宏，朱颖峰.新型沥青再生剂重塑废旧沥青性能分析[J].道路工程，2009，4：15-18.
[4]呂伟民.沥青再生原理与再生剂的技术要求[J].石油沥青，2007，21（6）：12-14.
[5]颜彬，徐世法，高原，等.沥青再生技术的现状与发展[J].北京建筑工程学院学报，2005，21（1）：72-75.
[6]拾方治，马卫民.沥青路面再生技术手册[M].北京：人民交通出版社，2006：15-17.
