張文武 劉 凱 何兆益 余 樂* 胡茂密

(山東高速集團(tuán)有限公司1) 濟(jì)南 250098) (浙江溫州甬臺(tái)溫高速公路有限公司2) 溫州 325000)

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院3) 重慶 400074)

0 引 言

相對(duì)于其他路面再生技術(shù)，廠拌熱再生技術(shù)具有適用范圍廣、質(zhì)量可控,以及技術(shù)成熟等優(yōu)勢(shì)，在國內(nèi)道路工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1-3]．近年來，熱再生技術(shù)研究逐漸從單一的再生瀝青及其混合料的路用性能研究向宏觀性能表現(xiàn)、細(xì)觀結(jié)構(gòu)分析和微觀機(jī)理揭示的多尺度表征發(fā)展，并取得了大量成果[4-8]．

韋萬峰等[9]認(rèn)為現(xiàn)階段的新-舊瀝青混合模型及擴(kuò)散機(jī)理還存在一定的局限性，提出采用AFM、EDS、SEM、GPC等微觀角度的先進(jìn)技術(shù)手段研究新瀝青、再生劑在老化瀝青層中的擴(kuò)散過程，量化表征新瀝青、再生劑與老化瀝青的混溶程度及老化瀝青的再生效果．楊毅文等[10]首次基于一種流體作用于另一種流體的對(duì)流傳質(zhì)理論，分析了瀝青路面熱再生過程中新瀝青、再生劑與舊瀝青的融合機(jī)理，并設(shè)計(jì)提出了一種可以較為準(zhǔn)確模擬實(shí)際熱再生施工工藝條件下的舊瀝青有效利用率檢測(cè)方法．張德鵬等[11]基于FTIR和GPC等先進(jìn)微觀技術(shù)手段，假定再生瀝青混合料中礦料表面各瀝青層可獨(dú)立完全地分離出來，發(fā)現(xiàn)再生瀝青混合料中RAP表面各層舊瀝青與新瀝青均發(fā)生了一定程度的融合，但各層的融合程度存在差異．高飛[12]對(duì)于新-舊瀝青混合體系在不同外場作用下的擴(kuò)散規(guī)律及擴(kuò)散作用宏微觀機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的研究．

基于此，文中通過對(duì)不同拌和工藝參數(shù)、RAP摻量、再生劑類型，以及其摻量對(duì)再生瀝青轉(zhuǎn)移率的影響，采用灰關(guān)聯(lián)分析方法確定各拌和工藝參數(shù)對(duì)再生瀝青轉(zhuǎn)移率的影響程度．

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料及檢測(cè)結(jié)果

新瀝青采用某SBS改性瀝青，牌號(hào)為I-D；新集料為某中心拌和站提供的石灰?guī)r集料．RAP為某AC-20中面層SBS改性瀝青回收混合料．所選熱拌再生劑是由課題組研發(fā)的基于減四線抽出油的A型再生劑、基于生物重油的生物質(zhì)B型再生劑，以及基于芳烴油的C型再生劑．新舊瀝青的常規(guī)指標(biāo)口見表1；新舊集料的常規(guī)技術(shù)指標(biāo)見表2；再生劑的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)見表3．按照相關(guān)試驗(yàn)規(guī)程要求對(duì)原材料進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，結(jié)果表明：試驗(yàn)原材料均滿足性能要求．

表1 新舊瀝青常規(guī)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

表2 新舊集料常規(guī)技術(shù)指標(biāo)

表3 再生劑常規(guī)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

1.2 再生瀝青轉(zhuǎn)移率評(píng)價(jià)方法

RAP舊料經(jīng)由大型維特根銑刨機(jī)銑刨后，由運(yùn)輸車運(yùn)至特定的料倉貯存，進(jìn)而由破碎篩分一體機(jī)破碎篩分為0～10 mm檔和>10～20 mm檔，為滿足后續(xù)試驗(yàn)的需要，將0～10 mm檔RAP舊料用振動(dòng)篩再次篩分為0～5 mm和>5～10 mm兩檔．

為避免RAP細(xì)料的殘余黏聚力過大形成假性大粒徑粒團(tuán)從而無法有效分離RAP細(xì)料與新集料的不利情況，經(jīng)多次試驗(yàn)后決定選用4.75 mm作為細(xì)集料與粗集料的分界篩孔，并將0～5 mmRAP舊料再次過篩，舊集料只選取4.75 mm以下粒徑的RAP細(xì)料，新集料只選用9.5 mm以上粒徑的新粗集料．具體試驗(yàn)方案見圖1.

圖1 新舊瀝青界面再生融合度試驗(yàn)方案示意圖

再生瀝青轉(zhuǎn)移率的計(jì)算公式為

Tra=Mnc/Moa×100%

式中：Mnc為拌和過程結(jié)束后新粗集料質(zhì)量的增加量，g；Moa為拌和過程開始前RAP舊瀝青和再生劑的總質(zhì)量，g；Tra為再生瀝青轉(zhuǎn)移率，%．

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析

2.1 拌和工藝參數(shù)對(duì)再生瀝青轉(zhuǎn)移率的影響

設(shè)計(jì)三因素兩水平的試驗(yàn)方案，研究三種拌和工藝參數(shù)(RAP預(yù)熱溫度、新集料加熱溫度、拌和時(shí)間)對(duì)再生瀝青轉(zhuǎn)移率的影響．RAP摻量擬定為50%，由于RAP舊料摻配比例屬于高摻量(摻配比例>30%)的情況，舊瀝青的老化程度屬于重度老化級(jí)別，需要摻加一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的熱拌再生劑改善舊瀝青的針入度、軟化點(diǎn)、延度及黏度等指標(biāo)．根據(jù)課題組前期究成果可知：A型再生劑摻量為舊瀝青質(zhì)量的8%時(shí)可以將舊瀝青的各項(xiàng)常規(guī)路用性能指標(biāo)基本恢復(fù)至原樣瀝青水平．

選取RAP預(yù)熱溫度為100 ℃和140 ℃、新集料加熱溫度為170 ℃和200 ℃及拌和時(shí)間為60 s和120 s共8個(gè)試驗(yàn)組．

基于灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)三因素兩水平條件下得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析見表4～8．由試驗(yàn)結(jié)果及灰關(guān)聯(lián)分析過程可知：

表4 50%RAP瀝青轉(zhuǎn)移特性試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

表5 原始數(shù)據(jù)無量綱化處理

1) 根據(jù)表8知：灰色關(guān)聯(lián)度排列順序依次為：RAP預(yù)熱溫度、新集料加熱溫度、拌和時(shí)間．可以看出RAP預(yù)熱溫度對(duì)再生瀝青轉(zhuǎn)移率的影響程度最大，是主導(dǎo)再生瀝青轉(zhuǎn)移的最關(guān)鍵因素，其次是新集料加熱溫度，最后是拌和時(shí)間．

表6 影響因素差序列

表7 影響因素灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)

表8 影響因素灰色關(guān)聯(lián)度及排序

2) 為有效提高再生瀝青的轉(zhuǎn)移率，促進(jìn)新舊瀝青界面再生融合過程，首先可適當(dāng)提高RAP預(yù)熱溫度、其次合理升高新集料加熱溫度，最后適當(dāng)增加再生混合料的拌和時(shí)間．

3) 過高的RAP預(yù)熱溫度和過長的拌和時(shí)間會(huì)加劇舊瀝青的二次老化，也會(huì)導(dǎo)致再生劑受熱揮發(fā)損失，過高的新集料加熱溫度也可能會(huì)劣化新集料本身的力學(xué)性能．因此，建議將RAP預(yù)熱溫度不超過130 ℃，新集料加熱溫度設(shè)定在180 ℃，拌和時(shí)間控制在90 s．

2.2 RAP摻量對(duì)再生瀝青轉(zhuǎn)移率的影響

選取三種大比例RAP摻量(摻配比例大于30%)，依次是30%、40%和50%的RAP，根據(jù)控制變量法將多因素問題轉(zhuǎn)化成單因素的原則，將上述三種RAP摻量的舊料與新粗集料拌和時(shí)，均保證其他外界條件完全相同，即相同的RAP預(yù)熱溫度、相同的新集料加熱溫度和相同的拌和時(shí)間等．與2.1相似，本組試驗(yàn)均不額外添加新瀝青，具體試驗(yàn)步驟與2.1完全相同．RAP預(yù)熱溫度設(shè)置為130 ℃，新集料加熱溫度設(shè)置為180 ℃，拌和時(shí)間設(shè)置為90 s，不同RAP摻量條件下的再生混合料礦料級(jí)配見表9，不同RAP摻量再生瀝青轉(zhuǎn)移特性試驗(yàn)結(jié)果見表10．

表9 不同RAP摻量再生混合料礦料級(jí)配

由表10可知：

表10 不同RAP摻量再生瀝青轉(zhuǎn)移試驗(yàn)結(jié)果

1) 理論上任意一組RAP摻量條件下，經(jīng)攪拌機(jī)器拌和和人工分離后的新粗集料的質(zhì)量必然是增加的，而試驗(yàn)結(jié)果卻顯示拌和分離后新粗集料質(zhì)量出現(xiàn)了不同程度微小幅度減少的現(xiàn)象，分析原因是由于在RAP細(xì)料和新粗集料組成的混合料在拌和、分離、搬運(yùn)，以及稱量的整個(gè)過程中不可避免會(huì)出現(xiàn)一定程度的質(zhì)量損失，這是某些恒定干擾因素造成的系統(tǒng)誤差，需要試驗(yàn)人員盡可能采取有效措施來減小這種誤差．

2) 再生瀝青的轉(zhuǎn)移質(zhì)量隨著RAP摻量的增加而增大，但再生瀝青轉(zhuǎn)移率卻呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，說明RAP摻量的增加在一定程度上降低了再生瀝青的轉(zhuǎn)移效率，抑制了新舊瀝青、再生劑(必要時(shí))的有效融合．

2.3 再生劑類型及其摻量對(duì)再生瀝青轉(zhuǎn)移率的影響

選用課題組研發(fā)的基于減四線抽出油的A型再生劑、基于生物重油的生物質(zhì)B型再生劑以及基于芳烴油的C型再生劑．選取50%RAP摻量作為研究對(duì)象，再生劑摻量分別為0%、2%、4%、6%、8%、10%，RAP預(yù)熱溫度設(shè)置為130 ℃，新集料加熱溫度設(shè)置為180 ℃，拌和時(shí)間設(shè)置為90 s．不同類型再生劑在不同RAP摻量下再生瀝青轉(zhuǎn)移特率試驗(yàn)結(jié)果見圖2．

圖2 不同再生劑在不同摻量下再生瀝青轉(zhuǎn)移率變化

由圖2可知：

1) 隨著再生劑摻配比例的提高，RAP表面再生瀝青轉(zhuǎn)移率逐漸增大，表明RAP舊集料表面裹附的瀝青膜厚度在逐漸減小，新集料表面裹附的瀝青膜厚度在逐漸增加，瀝青膠結(jié)料分布更加均勻．分析原因是熱拌再生劑對(duì)于RAP舊瀝青有軟化溶融效果，在高溫和機(jī)械攪拌的協(xié)同作用下RAP表面裹附的老化瀝青逐漸遷移至新集料表面，同時(shí)與新瀝青互混融合．

2) 分別摻加10%的三種類型的熱拌再生劑后，RAP表面再生瀝青的轉(zhuǎn)移率均穩(wěn)定在30%左右，促進(jìn)舊瀝青轉(zhuǎn)移的能力由強(qiáng)到弱的熱拌再生劑依次是A型再生劑>B型再生劑>C型再生劑，表明針對(duì)老化SBS改性瀝青開發(fā)的基于減四線抽出油的A型再生劑具有更優(yōu)異的再生能力．

3) A型再生劑摻配比例越大，再生瀝青轉(zhuǎn)移量和轉(zhuǎn)移率也越大，當(dāng)再生劑摻配比例在最佳摻量(老化瀝青質(zhì)量的8%)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高時(shí)，再生瀝青的轉(zhuǎn)移率趨于穩(wěn)定，表明僅通過增加再生劑摻量的技術(shù)措施來提高舊瀝青的再生利用率的效果有限，而且再生劑產(chǎn)品的價(jià)格要遠(yuǎn)高于瀝青材料，過多的增加再生劑摻量的做法不夠經(jīng)濟(jì)合理．

3 結(jié) 論

1) RAP預(yù)熱溫度對(duì)再生瀝青轉(zhuǎn)移率的影響最大，新集料加熱溫度和拌和時(shí)間次之．為有效提高再生瀝青轉(zhuǎn)移率，首先宜適當(dāng)提高RAP預(yù)熱溫度，但過度提高RAP預(yù)熱溫度易造成瀝青的二次老化，影響再生瀝青混合料的路用性能，因此建議RAP預(yù)熱溫度不超過130 ℃，同時(shí)新集料加熱溫度宜設(shè)定在180 ℃，拌和時(shí)間控制在90 s．

2) 隨著RAP摻量的增加，再生瀝青的轉(zhuǎn)移質(zhì)量增加，但再生瀝青轉(zhuǎn)移率卻呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，表明著RAP摻量的增加在一定程度上降低了再生瀝青的轉(zhuǎn)移效率，抑制了新舊瀝青、再生劑(必要時(shí))的有效融合，這與目前大多數(shù)學(xué)者的研究成果相吻合，也符合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)．

3) 與基于生物重油研發(fā)的B型再生劑和基于芳烴油研發(fā)的C型再生劑相比，基于減四線抽出油研發(fā)的A型再生劑具有更好的再生轉(zhuǎn)移能力，其摻量為8%時(shí)再生瀝青轉(zhuǎn)移率超過30%；同時(shí)考慮到經(jīng)濟(jì)性，其相對(duì)于老化瀝青質(zhì)量的最佳摻量也不宜超過8%．