吳江　栗翔　徐綺　黃軍瑞

摘要：為研究廢舊瀝青路面材料（reclaimed asphalt pavement，RAP）的機(jī)械法油石分離技術(shù)，分析再生粗集料的性能，采用洛杉磯磨耗儀對(duì)RAP進(jìn)行磨耗作為再生粗集料，采用磨耗率和分離率評(píng)價(jià)分離效果，測(cè)定不同旋轉(zhuǎn)次數(shù)下RAP的磨耗率和分離率隨球料質(zhì)量比的變化，確定最佳工藝參數(shù)，采用熒光顯微鏡觀察再生粗集料的微觀空隙狀態(tài)；將再生粗集料、同源普通石灰?guī)r粗集料、抽提的粗集料分別與細(xì)集料拌制稀漿混合料應(yīng)用于微表處中，研究不同材料對(duì)微表處性能的影響。結(jié)果表明：油石分離的最佳工藝參數(shù)為磨耗儀旋轉(zhuǎn)900次，磨料用小球與RAP的質(zhì)量比為1.0；再生粗集料表面仍殘留瀝青，填充于開口空隙中；與其他2種粗集料相比，再生粗集料制備的微表處混合料的可拌和時(shí)間延長(zhǎng)，配伍性及抗水害性能明顯提升，油石比下降，可有效節(jié)省乳化瀝青。再生粗集料可作為微表處中的新集料使用，性能優(yōu)越，施工成本降低。

關(guān)鍵詞：油石分離；再生粗集料；微表處；可拌和時(shí)間

中圖分類號(hào)：U416.217文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1672-0032（2024）01-0043-06

引用格式：吳江，栗翔，徐綺，等.基于機(jī)械分離法的再生粗集料的路用性能［J］.山東交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2024，32（1）：43-48.

WU Jiang，LI Xiang，XU Qi， et al.Pavement performance of recycled coarse aggregate based on mechanical separation method［J］.Journal of Shandong Jiaotong University，2024，32（1）：43-48.

0 引言

我國(guó)每年因公路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)產(chǎn)生大量廢舊瀝青路面材料（reclaimed asphalt pavement， RAP），堆放RAP占用大量土地，易污染當(dāng)?shù)丨h(huán)境。回收使用RAP可降低施工成本，保護(hù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境[1-3]。我國(guó)目前主要通過(guò)瀝青路面再生技術(shù)回收使用RAP，但RAP級(jí)配的變異性較大，RAP中的舊瀝青與新瀝青及再生劑充分融合的難度較大，難以保證再生路面的路用性能，RAP的重復(fù)利用率較低，仍有大量RAP未得到合理利用[4-6]；RAP中的瀝青老化嚴(yán)重，但集料的相關(guān)性能指標(biāo)變化不大，符合規(guī)范要求[7-9]。若能合理地回收利用RAP中的舊集料，可實(shí)現(xiàn)RAP的大批量重復(fù)利用。

油石分離是指將RAP中的瀝青與集料分離，可采用化學(xué)法、生物法、機(jī)械法等[10-12]。化學(xué)法主要是采用化學(xué)試劑溶解RAP中的瀝青，經(jīng)過(guò)濾和離心分離等處理措施后獲得再生集料和再生瀝青，但化學(xué)試劑大多有毒，揮發(fā)性較強(qiáng)，危害人體健康，試劑價(jià)格昂貴，若無(wú)法有效回收，會(huì)大大提高分離成本[13-15]。生物法是指在RAP中加入特定的微生物菌群，改變?yōu)r青與集料間的表面結(jié)合能力，實(shí)現(xiàn)油石分離，但工藝較復(fù)雜、技術(shù)難度較大，分離效率較低[16-18]。機(jī)械法應(yīng)用最廣，采用機(jī)械設(shè)備對(duì)RAP進(jìn)行物理破碎或沖擊，可通過(guò)機(jī)械外力從集料上分離RAP表面老化的膠結(jié)料，工藝簡(jiǎn)單，成本較低，易實(shí)現(xiàn)，但工序較多，專用設(shè)備昂貴。Feng等[19]采用小型物理柔性離心分離裝置對(duì)RAP進(jìn)行機(jī)械分離，發(fā)現(xiàn)所得較粗再生集料的壓碎值未發(fā)生明顯變化，低溫有利于提升分離效果。周新鋒等[20]通過(guò)機(jī)械法對(duì)RAP除塵、破碎、油石分離和篩分，將集料表面的瀝青分離，所得再生集料的各項(xiàng)性能與新集料基本一致，符合規(guī)范要求，同時(shí)提高再生集料與瀝青的黏附性。馬川義等[21]采用多尺度評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)機(jī)械法油石分離得到的再生集料的顆粒形態(tài)，認(rèn)為該方法對(duì)再生集料顆粒的宏觀-微觀-細(xì)觀特征有積極影響。

機(jī)械法油石分離技術(shù)的綜合優(yōu)勢(shì)明顯，應(yīng)用前景廣闊。本文采用機(jī)械法進(jìn)行油石分離，選定分離設(shè)備，提出相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)確定設(shè)備的最佳工藝參數(shù)，將RAP中的舊瀝青與舊集料分離，研究分離后所獲粗集料應(yīng)用于微表處的相關(guān)性能，以期擴(kuò)大RAP的應(yīng)用范圍和用量。

1 試驗(yàn)方法

分離RAP存在銑刨不徹底及板結(jié)問題，采用顎式破碎機(jī)破碎RAP;采用邊長(zhǎng)為2.36 mm的方孔篩篩分，取篩上RAP作為試驗(yàn)材料，通過(guò)抽提試驗(yàn)測(cè)得5組RAP的油石比分別為2.2、2.3、2.2、2.2、2.2，平均油石比為2.2。

采用洛杉磯磨耗儀回收RAP中粗集料的基本步驟為：將RAP放入洛杉磯磨耗儀中高速旋轉(zhuǎn)，顆粒與顆粒、顆粒與小球、顆粒與機(jī)械內(nèi)壁間發(fā)生激烈碰撞與摩擦， RAP結(jié)構(gòu)開裂，瀝青逐漸從石料表面脫落，實(shí)現(xiàn)瀝青和集料的有效分離。

將破碎后的RAP洗凈后置于（105±5）℃烘箱內(nèi)烘干至恒重，采用邊長(zhǎng)為2.36 mm的方孔篩篩除粒徑較小的RAP，得到粗顆粒RAP，稱取一定質(zhì)量的粗顆粒RAP放入洛杉磯磨耗儀中，放入磨耗用小球，開動(dòng)磨耗儀旋轉(zhuǎn)至設(shè)定次數(shù)，回收磨耗后的RAP;采用邊長(zhǎng)為2.36 mm的方孔篩篩除回收RAP中的細(xì)屑，沖洗篩上的RAP，再次置于（105±5）℃的烘箱內(nèi)烘干至恒重，即獲得再生粗集料。磨耗RAP時(shí)需控制磨耗用小球質(zhì)量與RAP質(zhì)量之比，即球料質(zhì)量比。

2 分離效果評(píng)價(jià)指標(biāo)與最佳工藝參數(shù)

2.1 分離效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)

在磨耗過(guò)程中粗顆粒RAP發(fā)生細(xì)化，細(xì)顆粒RAP占比增大，磨耗效率降低，選用分離率和磨耗率作為分離效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

稱取質(zhì)量為m1的粗顆粒RAP放入洛杉磯磨耗儀中，磨耗完成后取出腔室內(nèi)RAP，采用邊長(zhǎng)為2.36 mm的方孔篩篩分，篩上剩余RAP的質(zhì)量m2，磨耗率EM=（1-m2/m1）×100%。

稱取一定質(zhì)量的粗顆粒RAP，在不同工藝參數(shù)下磨耗，將磨耗后的RAP通過(guò)邊長(zhǎng)為2.36 mm的方孔篩篩分，測(cè)定篩上剩余RAP的質(zhì)量m，通過(guò)抽提試驗(yàn)測(cè)定該部分RAP中瀝青的質(zhì)量m3。取質(zhì)量為m的未磨耗RAP進(jìn)行抽提試驗(yàn)，測(cè)定未磨耗RAP中瀝青的質(zhì)量為m4，分離率EF=（1-m3/m4）×100%。

球料質(zhì)量比均為1.0時(shí)，測(cè)試在磨耗儀不同旋轉(zhuǎn)次數(shù)n下的分離率和磨耗率，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

由表1可知：隨旋轉(zhuǎn)次數(shù)的增大，分離率和磨耗率均增大。3組試驗(yàn)的分離率均高于磨耗率，磨耗率較低，表明磨耗過(guò)程中主要是分離RAP表面的瀝青，RAP的細(xì)化程度較低，該方法可有效磨耗RAP表面的瀝青，油石分離效果較好。

2.2 最佳工藝參數(shù)的確定

為確定該分離方法中洛杉磯磨耗儀的最佳工藝參數(shù)，分析粗顆粒RAP的分離率和磨耗率的主要影響因素及影響規(guī)律，選擇旋轉(zhuǎn)次數(shù)、球料質(zhì)量比為影響因素，設(shè)置不同的因素水平，在不同的旋轉(zhuǎn)次數(shù)下，RAP的磨耗率、分離率隨球料質(zhì)量比的變化如表2所示。

由表2可知：球料質(zhì)量比相同時(shí)，磨耗率、分離率與旋轉(zhuǎn)次數(shù)正相關(guān)，原因是旋轉(zhuǎn)次數(shù)越大，小球與磨耗儀側(cè)壁及RAP的碰撞次數(shù)越多，磨耗更充分，分離率增大，但磨耗損失也越嚴(yán)重；旋轉(zhuǎn)次數(shù)相同時(shí)，磨耗率、分離率與球料質(zhì)量比正相關(guān)，原因是旋轉(zhuǎn)次數(shù)相同時(shí)，球料質(zhì)量比越大，磨耗用小球的相對(duì)個(gè)數(shù)越多，小球與RAP的碰撞概率越大，撞擊后分離的瀝青和磨損到粒徑小于2.36 mm的集料越多。磨耗儀旋轉(zhuǎn)900次、球料質(zhì)量比為1.0時(shí)，RAP的磨耗率為28.2%，相對(duì)較低，分離率為87.3%，相對(duì)較高，將該組參數(shù)確定為最佳工藝參數(shù)。

3 再生粗集料在微表處中的應(yīng)用

3.1 再生粗集料的微觀空隙狀態(tài)

再生粗集料表面的空隙狀態(tài)對(duì)再生材料性能的影響較大，為分析再生粗集料表面殘留瀝青的分布及開口空隙的狀態(tài)，采用熒光顯微鏡觀察再生粗集料的微觀空隙狀態(tài)，放大500倍后，再生粗集料的微觀空隙狀態(tài)如圖1所示。圖1中顏色較深部分為機(jī)械磨耗過(guò)程中未被磨除、殘留在集料表面的瀝青，較淺部分為磨除瀝青后外露的集料表面。

由圖1可知：再生粗集料表面的大部分瀝青已被磨除，集料的小部分凹陷區(qū)仍殘余少量瀝青，且主要填充在開口空隙，再生粗集料的開口空隙變小，與再生粗集料表面平齊，成為閉口空隙。

3.2 微表處性能試驗(yàn)

將再生粗集料應(yīng)用于微表處中，研究再生粗集料對(duì)微表處的性能影響。

3.2.1 粗集料性能及級(jí)配

選用3～10 mm的再生粗集料、同源普通石灰?guī)r粗集料、抽提得粗集料，分別與普通石灰?guī)r細(xì)集料拌制稀漿混合料，測(cè)試3種粗集料應(yīng)用于微表處時(shí)的技術(shù)指標(biāo)，結(jié)果如表3所示。由表3可知：3種粗集料的技術(shù)指標(biāo)均滿足微表處的技術(shù)要求，再生粗集料的指標(biāo)優(yōu)于其他2種粗集料。

為避免級(jí)配因素對(duì)微表處性能的影響，減小試驗(yàn)誤差，采用文獻(xiàn)[23]中的MS-III型推薦級(jí)配中值為3種粗集料微表處的設(shè)計(jì)級(jí)配，如表4所示。

3.2.2 可拌和時(shí)間

設(shè)定油石比為0.06，采用室內(nèi)手動(dòng)拌和試驗(yàn)，測(cè)定再生粗集料、抽提得粗集料、普通石灰?guī)r粗集料3種粗集料分別與細(xì)集料在MS-III型推薦級(jí)配中值下的合成礦料與乳化瀝青的可拌和時(shí)間隨水與集料的質(zhì)量比w的變化情況，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

由表5可知：3種粗集料微表處的可拌和時(shí)間均隨水與集料的質(zhì)量比的增大而延長(zhǎng)，說(shuō)明增加用水量可減緩破乳速度；水與集料的質(zhì)量比相同時(shí)，再生粗集料微表處的可拌和時(shí)間比其他2種集料長(zhǎng)，原因是乳化瀝青破乳后，再生粗集料表面仍附著殘留瀝青，與破乳后的乳化瀝青結(jié)合，可延長(zhǎng)拌和時(shí)間；水與集料的質(zhì)量比大于0.09時(shí)，3種粗集料微表處可拌和時(shí)間的增長(zhǎng)速率明顯加快。

3.2.3 黏聚力

根據(jù)文獻(xiàn)[24]，采用稀漿混合料黏聚力試驗(yàn)，測(cè)定3種粗集料微表處在養(yǎng)護(hù)完成后0.10、20、30 min時(shí)的黏聚力，測(cè)試結(jié)果如表6所示。

由表6可知：剛完成養(yǎng)護(hù)時(shí)，按黏聚力從大到小依次為抽提得粗集料-細(xì)集料微表處、普通石灰?guī)r粗集料-細(xì)集料微表處、再生粗集料-細(xì)集料微表處；完成養(yǎng)護(hù)后10 min時(shí)3種粗集料微表處黏聚力相當(dāng)，完成養(yǎng)護(hù)后20、30 min時(shí)，再生粗集料-細(xì)集料和普通石灰?guī)r粗集料-細(xì)集料微表處的黏聚力相當(dāng)且大于抽提得粗集料-細(xì)集料微表處，說(shuō)明再生粗集料用于微表處時(shí)，表面殘留瀝青對(duì)完成養(yǎng)護(hù)20 min后集料的黏聚力影響不大。

3.2.4 濕輪磨耗值

為研究采用3種粗集料的合成礦料與乳化瀝青的配伍性及微表處的抗水害能力，根據(jù)文獻(xiàn)[24]，測(cè)定油石比w1不同時(shí)，為1 h、6 d（磨耗前試件在25 ℃水中水浴保溫的時(shí)間）3種集料微表處的濕輪磨耗值，試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

由表7可知，磨耗前試件在25 ℃水中水浴保溫時(shí)間為1 h、6 d 3種粗集料微表處的濕輪磨耗值均與油石比負(fù)相關(guān)。不同油石比下，乳化瀝青破乳后與再生粗集料表面的殘留瀝青融合形成物理吸附作用，表面瀝青膜比其他2種粗集料微表處厚，磨耗前試件在25 ℃水中水浴保溫時(shí)間為1 h、6 d再生粗集料-細(xì)集料微表處的濕輪磨耗值小于其他2種集料。將再生粗集料應(yīng)用于微表處中可降低油石比，有效節(jié)省瀝青用量；相同油石比下，磨耗前試件在25 ℃水中水浴保溫時(shí)間為 6 d濕輪磨耗值大于1 h的濕輪磨耗值，說(shuō)明恒溫水浴時(shí)間越長(zhǎng)，集料與瀝青的物理吸附作用越差。

4 結(jié)論

采用洛杉磯磨耗儀磨耗RAP進(jìn)行油石分離，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)確定洛杉磯磨耗儀旋轉(zhuǎn)次數(shù)、球料質(zhì)量比的最佳工藝參數(shù)，并制備再生粗集料，研究再生粗集料應(yīng)用于微表處時(shí)的性能改善情況。

1）采用洛杉磯磨耗儀對(duì)RAP進(jìn)行油石分離，將磨耗率和分離率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，該方法的分離率大于磨耗率，油石分離效果較好；油石分離的最佳工藝參數(shù)為磨耗儀旋轉(zhuǎn)900次，球料質(zhì)量比為1.0，此時(shí)分離率為87.3%，磨耗率為28.2%，回收效率較高。

2）再生粗集料的表面殘留少量瀝青，填充于開口空隙中使得開口空隙變小，部分變成閉口空隙。將再生粗集料作為新集料應(yīng)用于微表處中可延長(zhǎng)可拌和時(shí)間，與乳化瀝青的配伍性和所制微表處混合料的抗水害能力優(yōu)于普通石灰?guī)r粗集料-細(xì)集料和抽提得粗集料-細(xì)集料，同時(shí)可降低微表處的油石比，節(jié)省瀝青用量，再生粗集料應(yīng)用于微表處中可行。

參考文獻(xiàn)：

[1]《中國(guó)公路學(xué)報(bào)》編輯部.中國(guó)路面工程學(xué)術(shù)研究綜述·2020[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2020，33（10）：1-66.

[2]宋冰. 瀝青路面回收舊料熱再生研究與應(yīng)用[D].咸陽(yáng)：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2016.

[3]章輝健，朱大彪.瀝青路面再生技術(shù)綜述[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，201 8（4）：17-19.

[4]廖新華.瀝青路面再生技術(shù)在公路改造維護(hù)中的應(yīng)用[J].西部交通科技，2017（10）：42-45.

[5]潘園園. 高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)的評(píng)價(jià)研究[D].南京：東南大學(xué)，2018.

[6]牛文廣.瀝青路面就地?zé)嵩偕夹g(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展歷程[J].中外公路，2019，39（5）：50-59.

[7]李清富，裴俊杰，呂小永， 等.廢舊瀝青路面再生利用研究現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].河南科技，2019（20）：108-111.

[8]劉亞洲.瀝青路面就地?zé)嵩偕┕こＲ妴栴}及質(zhì)量控制[J].公路交通技術(shù)，2017，33（1）：21-23.

[9]李麗，羅明.城市道路瀝青路面就地?zé)嵩偕鷳?yīng)用及探討[J].四川建筑，2016，36（6）：231-233.

[10] 郭德棟，張圣濤，李晉，等.廠拌熱再生過(guò)程中舊礦料顆粒的遷移行為[J].山東大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2018，48（2）：46-52.

[11] 郭鵬，韋萬(wàn)峰，唐伯明，等.再生粗集料棱角性對(duì)混合料高溫性能評(píng)價(jià)[J].公路，2017，62（9）：220-225.

[12] 車俊霖.回收瀝青路面材料（RAP）性能研究[J].中國(guó)建材科技，202 30（2）：62-64.

[13] 文鳳友.回收舊集料評(píng)價(jià)及再生合成級(jí)配設(shè)計(jì)與檢驗(yàn)[J].低溫建筑技術(shù)，2022，44（4）：44-48.

[14]JING J， FAN L， ZHOU S， et al. Particle parameters of asphalt pavement milling recycling material[J].IOP Conference Series Earth and Environmental Science，202 766（1）：012059.

[15]QIU J， HUURMAN M， DE BRUIN B， et al. Towards 90% warm re-use of porous asphalt using foaming technology[J].Journal of Cleaner Production，2018，190：251-260.

[16]CHEN Q， LIU Q. Bitumen coating on oil sands clay minerals： a review[J].Energy & Fuels，2019，33：5933-5943.

[17]XUE J， YU Y ， BAI Y，et al. Marine oil-degrading microorganisms and biodegradation process of petroleum hydrocarbon in marine environments： a review[J].Current Microbiology，2015，71（2）：220-228.

[18] MARIANE A， MARIA P， CLMENCE Q， et al.Subcritical hydrothermal liquefaction of microalgae residues as a green route to alternative road binders[J].Acs Sustainable Chemistry Engineering，2015，3（4）：583-590.

[19] FENG D C， CAO J W， GAO L B，et al. Recent developments in asphalt-aggregate separation technology for reclaimed asphalt pavement[J].Journal of Road Engineering，2022，2（4）：332-347.

[20]周新鋒，徐希娟，趙琳娜.廢舊瀝青混合料分離再生應(yīng)用技術(shù)[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2014，31（1）：79-81.

[21] 馬川義，閆顯亮，呂鑫，等.基于油石分離的再生集料顆粒形態(tài)多尺度變化[J].山東交通學(xué)院學(xué)報(bào)，202 31（2）：95-101.

[22]中華人民共和國(guó)交通部，交通部公路科學(xué)研究所.公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程：JTG E42—2005[S].北京：人民交通出版社，2005.

[23]中華人民共和國(guó)交通部，交通部公路科學(xué)研究所.公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范：JTG F40—2004[S].北京：人民交通出版社，2004.

[24]中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部，交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所.公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程：JTG E20—2011[S].北京：人民交通出版社，2011.

Pavement performance of recycled coarse aggregate based on mechanical separation method

WU JiangLI XiangXU QiHUANG Junrui2

Abstract：To study the mechanical hot-mix separation technology for reclaimed asphalt pavement （RAP） and the performance of recycled coarse aggregates， the RAP is subjected to abrasion using a Los Angeles abrasion machine to obtain the recycled coarse aggregates. The abrasion rate and separation rate are used to evaluate the separation effectiveness. The abrasion rate and separation rate of RAP at different rotation counts are measured to determine the optimal process parameters. The micro-pore structure of the recycled coarse aggregates is observed using a fluorescence microscope. The recycled coarse aggregates， conventional limestone coarse aggregates from the same source， and extracted coarse aggregates are mixed with fine aggregates to prepare slurry mixtures for application in micro-surfacing. The influence of different materials on the performance of micro-surfacing is studied. The results show that the optimal process parameters for asphalt-aggregate separation are 900 rotations of the abrasion machine with a mass ratio of 1.0 between the abrasive balls and RAP. Residual asphalt still remains on the surface of the recycled coarse aggregates， which fills the open pores. Compared with the other two types of coarse aggregates， the slurry mixture prepared with recycled coarse aggregates exhibits prolonged mixing time， improved compatibility， increased resistance to water damage， lower asphalt-aggregate ratio， and effective reduction in emulsified asphalt consumption. Recycled coarse aggregates can be used as new aggregates in micro-surfacing， with superior performance and reduced construction costs.

Keywords：hot-mix separation; recycled coarse aggregate; micro-surfacing; mixing time

（責(zé)任編輯：王惠）

收稿日期：2023-05-20

第一作者簡(jiǎn)介：吳江（1999—），男，山東煙臺(tái)人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榈缆放c鐵道工程，E-mail：1206331052@qq.com。