返回顶部
返回首页
返回首页
今日    | 手机 | 资讯 | 沥青 | 商铺 | 企新 |
home 您现在的位置: 首页 >技术中心 > 详细信息
温拌再生沥青混合料二次老化性能研究
2024年01月10日    阅读量:98120    新闻来源:《合成材料老化与应用》  |  投稿

摘 要:

为研究温拌再生沥青混合料二次老化性能,通过高温车辙、低温弯曲、浸水马歇尔、冻融劈裂以及半圆弯曲疲劳等试验及对应参数对混合料进行路用性能评价。试验表明温拌再生技术提高了沥青混合料的高温性能,但 RAP(Recycle Asphalt Pavement)的存在降低了温拌再生沥青混合料的低温性能、水稳定性和疲劳性能,可以通过添加SBR(Styrene-butadiene Rubber)改性剂弥补相应性能的损失。随着 RAP 掺量的增加,二次老化后的温拌再生沥青混合料性能衰减幅度远高于新沥青混合料沥青网sinoasphalt.com。因此,不仅要关注温拌再生沥青混合料刚制备好时的性能,还要注意其二次老化后的性能,即使使用了外掺剂,还是要谨慎选择 RAP 的掺量。


关键词: 温拌再生;二次老化;RAP;SBR;性能


随着我国交通事业的不断发展,沥青路面因施工便利、路用性能优良以及行车舒适等优点被广泛铺筑于我国各级公路 [1]。截至目前,早期摊铺的沥青道路许多已经进入大修或改扩建阶段,由此产生的大量沥青路面铣刨料无处处理、堆积占地,并且对环境也会造成一定的污染 [2]。因此,我国对于废旧沥青路面的再生利用越来越重视,但传统热再生技术加热温度过高,导致产生有毒气体的产生,不利于保护环境 [3]。厂拌热再生对于RAP 旧料的利用率较低,而就地热再生会因为局部温度过高造成部分混合料老化,裂化路面的性能 [4]。综合考量,温拌再生技术的研究就显得尤为重要,温拌剂的添加可以降低再生沥青混合料的拌和温度,减少有毒有害气体的排放,既节约能源又保护环境 [5]。温拌再生技术还提高了 RAP 的利用率,并减轻了短期老化,让再生路面拥有良好的路用性能 [6]。


RAP 中的老化旧沥青经过长期老化失去了部分轻质组分,并且沥青变硬变脆,流变性能显著减弱 [7]。温拌再生技术虽然会加入一定量的再生剂、温拌剂以及新沥青,但对再生沥青混合料的低温、水稳以及疲劳性能改善有限 [8]。温拌再生沥青混合料中的老化旧沥青已经历过一次老化,在铺筑使用过程中仍然会出现二次老化的情况 [9]。温拌再生路面的二次老化对于其路用性能有何影响、与新路面的首次老化有何不同以及对比二者老化后路用性能的衰减情况目前尚不明确,因此有必要对温拌再生沥青混合料二次老化后的性能进行研究。


为研究温拌再生沥青混合料二次老化路用性能,采用高温车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验以及半圆弯曲疲劳试验对未老化沥青混合料和温拌再生沥青混合料进行性能试验,结合试验数据评价二次老化对温拌再生沥青混合料的影响。


1 原料及老化方法


1.1 原材料


研究选用 SBS(I-C)聚合物改性沥青作为新沥青,性能指标见表 1。为将新旧沥青各组分平衡,恢复 RAP中旧沥青性能指标,对旧沥青使用再生剂进行再生处理,其掺量为 RAP 中老化旧沥青质量的 4%,再生剂性能指标见表 2。

温拌再生沥青混合料二次老化性能研究 沥青网,sinoasphalt.com

温拌剂可以降低沥青混合料的拌和和压实温度,大大减少能源的消耗,有利于保护环境。研究采用Evotherm 3G 温拌剂,它是一种由降黏剂、抗剥落剂和乳化剂组合的化学添加剂,外观呈现为暗褐色液体,掺量为沥青用量的 4%。本研究经过沥青旋转黏度试验可知,Evotherm 3G 温拌剂将沥青混合料拌和温度从 170℃ 降为 137℃。


研究选用 SBR(丁苯橡胶)作为改性剂,其外观呈白色颗粒粉末,细度为 30~40,伸长率为 300%,抗拉强度为 28MPa,掺量为沥青用量的 4%。


试验所用的 RAP 取自某市政道路改建工程,混合料类型为 AC-16,铣刨破碎之后分为 5~10 mm 和 10~20 mm两档,详细筛分结果见表 3。

温拌再生沥青混合料二次老化性能研究 沥青网,sinoasphalt.com

RAP 掺量分别选用 0%、20%、30%、40% 和 50%,为减小因矿料级配造成的差异,沥青混合料选择连续型密集配 AC-16 的级配中值作为合成级配。混合料配合比设计采用马歇尔设计方法设计,最终沥青混合料空隙率控制在 4%±0.5%,RAP 旧料掺量为 0%、20%、30%、40% 和 50% 时的最佳沥青用量分别为 5.0%、4.8%、4.5%、4.3% 和 4.0%。


1.2 老化


以往研究中将沥青混合料放入 135℃ 的通风烘箱中恒温 4h 模拟混合料短期老化,本研究采用温拌方法,已经大大降低了沥青混合料的施工温度,所以本次试验不考虑运输拌和途中的短期老化过程,仅考虑沥青混合料作为路面的长期老化过程。将成型的沥青混合料试件立刻放入 85℃ 通风烘箱中恒温 120h,取出后静置冷却 12h完成长期老化过程。


1.3 混合料分类


本研究将沥青混合料分为 4 大类:(1)R0:无 RAP沥青混合料;(2)R1:RAP+ 再生剂;(3)R2:RAP+ 再生 剂 + Evotherm 3G;(4)R3:RAP+ 再生剂 + Evotherm 3G+SBR;


本研究模拟了 8 种沥青混合料,其分类指标包括是否使用再生剂、温拌剂、SBR 改性剂以及 RAP 掺量,具体分类见表 4。

温拌再生沥青混合料二次老化性能研究 沥青网,sinoasphalt.com

表 4 中,混合料类型 0、1、2 和 3 代表混合料大类,数字 20、30、40 及 50 代表 RAP 旧料掺量百分比。


2 路用性能研究


为研究温拌再生沥青混合料二次老化后的路用性能,对 8 种沥青混合料的高温、低温、水稳定性以及疲劳性能进行研究。


2.1 高温性能


沥 青 混 合 料 受 温 拌 技 术、RAP 掺 量、 再 生 剂 用量和老化等影响 [10]。通过沥青混合料车辙试验,以车辙动稳定度作为高温性能评价指标,对温拌再生沥青混合料高温性能进行评价。试件为轮碾成型的300mm×300mm×50mm 车辙板,在车辙试验机上以试验温度 60℃、轮速 42 次 /min、轮压 0.7MPa 进行车辙试验,以试验时间 45~60min 的车辙深度计算车辙动稳定度。试验结果如图 1 所示。

温拌再生沥青混合料二次老化性能研究 沥青网,sinoasphalt.com

图 1(a)列出了随着再生剂、温拌剂和 SBR 改性剂的掺加,沥青混合料二次老化前后的车辙试验结果。其中,掺加 RAP 的沥青混合料车辙动稳定度提高,掺加再生剂会使沥青混合料的高温性能降低。究其原因,再生剂的掺加使得原本的较硬的旧料老化沥青软化,使其黏性增加,从而降低了高温性能;由于温拌剂的掺加使得沥青黏度下降,所以温拌再生沥青混合料高温抗车辙变形能力上升;SBR 改性剂对于沥青混合料的车辙性能并无明显影响。二次老化后的再生沥青混合料车辙动稳定度高于新沥青混合料,说明掺加了再生剂的再生沥青混合料并不能完全将混合料性能还原为原本沥青性能,仅能保证未二次老化时沥青黏度接近,老化后黏度不能得到保证。


图 1(b)为随着 RAP 掺量的增加,温拌再生沥青混合料二次老化前后车辙试验结果。沥青混合料动稳定度随 RAP 的增多而逐渐增大,二次老化后规律与老化之前一致,但老化后的车辙动稳定度增长幅度更大。图 1显示出二次老化后温拌再生沥青混合料车辙动稳定度明显提高,这是由于混合料老化之后沥青的硬度变高、流变性能变差,使得其老化后高温抗车辙变形能力提高。


2.2 低温性能


RAP 用量以及老化均会对沥青混合料的低温抗裂性能产生影响,为研究二者对温拌再生沥青混合料低温性能的影响,采用低温弯曲试验对温拌再生沥青混合料进行试验,以最大弯曲应变为沥青混合料低温性能评价指标,试验温度为 -10℃,试件为车辙板切割而成的尺寸为 250mm×30mm×35mm 的小梁。试验结果如图 2 所示。

温拌再生沥青混合料二次老化性能研究 沥青网,sinoasphalt.com

根据图 2(a)可得,与新沥青混合料(R0-0)相比,掺加 RAP 的沥青混合料(R0-30)低温性能显著降低,而掺加再生剂的混合料(R1-30)最大弯曲应变得到提升;虽然 Evotherm 3G 温拌剂的掺加使再生沥青混合料的最大弯曲应变有所下降,但还是高于冬寒区最大弯曲应变2800με 的技术要求;SBR 改性剂的添加使温拌再生沥青混合料低温性能得到较大提升。究其原因,RAP 中的老化旧沥青缺少轻质组分,硬度偏大而低温延展性不足,而再生剂中轻质成分和活化官能团补充并活化了旧料沥青,使混合料低温性能得到提高;Evotherm 3G 温拌剂降低沥青黏度,降低了沥青的低温延展性,使得混合料低温性能下降,SBR 与沥青相容性较好,4% 掺量下的SBR 与沥青呈互穿网络状分布,增强了沥青的韧性,提升了沥青混合料的低温性能。观察图 2(b)可知,随着温拌再生沥青混合料中 RAP 的增多,其低温性能不断下降。


二次老化后的沥青混合料低温性能明显下降,长期老化的新沥青混合料最大弯曲应变约下降 12.8%,而掺加 RAP 的沥青混合料弯曲应变降幅最大为 22.8%(R0-30),其次为 RAP 掺量为 50% 使用再生剂和温拌剂的R2-50,降幅约为 21.2%,结合图 2 可得,再生剂、温拌剂和 SBR 改性剂的使用减缓了二次老化后混合料低温性能的下降。


2.3 水稳定性


为研究 RAP 掺量和老化对于温拌再生沥青混合料水稳定性的影响,采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验对混合料进行检验。马歇尔残留稳定度和劈裂抗拉强度比作为温拌再生沥青混合料水稳定性评价指标。试验结果见表 5。

温拌再生沥青混合料二次老化性能研究 沥青网,sinoasphalt.com

由表 5 可以看出,掺加 RAP 对沥青混合料的水稳定性有很大影响,R0-30 在二次老化前的残留稳定度和冻融劈裂强度比均不满足规范要求(85% 和 80%);随着 RAP 掺量的增加,温拌再生沥青混合料的水稳定性不断减小;掺加再生剂之后的混合料水稳定性有了较大提升,再生剂软化沥青提高了旧料沥青的粘附能力,使得再生沥青混合料水稳定性增强;掺加 Evotherm 3G 温拌剂之后的沥青混合料水稳定性进一步增强,这是因为Evotherm 3G 中含有的抗剥落剂成分阻碍了沥青和集料在水作用下的剥落,提高了其水稳定性;加入 SBR 后的温拌再生沥青混合料水稳定性进一步提升,其老化前后的残留稳定度 91.9% 和 89.2% 甚至高于新沥青混合料的90.8% 和 87.3%,冻融劈裂强度比也与新沥青混合料接近,其老化前后的下降幅度也低于新沥青混合料,说明SBR 对于温拌再生沥青混合料水稳定性提升有着较大影响。


对比二次老化前后温拌再生沥青混合料的水稳定性数据可知,老化之后的水稳定性有所降低。除 R3-30 之外的温拌再生沥青混合料二次老化前后的水稳定性均低于新沥青混合料,但由于再生剂和 Evotherm 3G 温拌剂的作用,混合料二次老化前后水稳定性数据的降幅均低于新沥青混合料,也就是说再生剂和 Evotherm 3G 温拌剂的添加提升了温拌再生沥青混合料抗水损害方面的耐久性。


2.4 疲劳寿命


为研究 RAP 掺量及二次老化对于温拌再生沥青混合料疲劳开裂的影响,本文采用 IPC Global UTM-30 伺服试验仪对温拌再生沥青混合料进行半圆弯曲疲劳试验,采用应力控制模式,使用尺寸为直径 100mm、厚度50mm 的半圆试件,在应力比为 0.2 和 0.3、频率 10Hz、温度 15℃ 的条件下进行半正弦波加载,当试件彻底断裂时试验终止,记录加载次数为混合料疲劳寿命。试验结果见表 6。

温拌再生沥青混合料二次老化性能研究 沥青网,sinoasphalt.com

表 6 使用老化保留率表征二次老化对混合料疲劳寿命的衰减削弱,老化保留率越小,疲劳寿命衰减越大。老化保留率为二次老化后的疲劳寿命与老化前的疲劳寿命之比。未经二次老化的沥青混合料疲劳加载次数为老化前疲劳寿命;二次老化后的沥青混合料疲劳加载次数为二次老化后的疲劳寿命。


表 6 列出了通过半圆弯曲疲劳试验测得的不同沥青混合料的疲劳寿命。在 0.2 和 0.3 应力比下,含有 30% RAP 旧料且无外掺剂的 R0-30 的疲劳寿命明显小于新混合料 R0-0,且 R0-30 的疲劳衰减最大;由于再生剂的软化,含有再生剂的 R1-30 疲劳寿命得到显著改善,但其老化后的疲劳寿命保留率表现不如新沥青混合料,说明再生剂也不能很好地将旧料沥青性能恢复。


掺加了 Evotherm 3G 温拌剂的温拌再生沥青混合料相比于不掺温拌剂的混合料,疲劳寿命有所下降,但疲劳寿命的衰减得到改善,说明 Evotherm 3G 温拌剂的掺加降低了混合料的疲劳寿命但增强了抗老化能力;SBR在沥青中形成的致密丝状结构可以修复沥青性能并抑制其开裂,因此添加了 SBR 改性剂的 R3-30 疲劳寿命得到提高,弥补了温拌剂造成的疲劳性能损失,并且改善了二次老化后疲劳寿命的衰减;随着 RAP 旧料掺量的增加,其疲劳寿命降低且疲劳衰减的表现也变差,这表明即使使用了改性剂,对于 RAP 的掺量也要谨慎选择。


3 结论


(1)对于温拌再生沥青混合料高温抗车辙能力,仅有再生剂的掺加会降低其车辙动稳定度,其余如 RAP、温拌剂和二次老化都会提高混合料抗车辙能力。


(2)RAP 掺量对温拌再生沥青混合料的性能有着很大影响,RAP 掺量越大混合料的低温性能、水稳定性和疲劳性能下降越大,且二次老化后的性能衰减越大,所以即使采用温拌再生技术,也要谨慎选择 RAP 掺量。


(3)SBR 改性剂对于温拌再生沥青混合料低温抗裂、水稳定性和疲劳开裂均有提升作用,且 SBR 对与抗老化性能的提高也有所贡献。对于温拌再生沥青混合料的使用,建议掺加 SBR 来提高其路用性能。


(4)二次老化过后的温拌再生沥青混合料低温性能、水稳定性和疲劳性能均有所损失,且损失幅度高于新沥青混合料。对于温拌再生沥青混合料,不仅要关注其刚制备完成时的性能,还要注意老化后的性能衰减。


参考文献:

[1] 张金喜 , 苏词 , 王超 , 等 . 道路基础设施建设中的节能减排问题及技术综述 [J]. 北京工业大学学报 ,2022, 48(03):243-260.

[2] 童海涛 , 郭知涛 , 秦凯强 . 高速公路改扩建铣刨料再生利用技术案例分析 [J]. 公路 ,2020,65(03):243-247.

[3] 孙连水 , 尹利洋 , 尹茂群 , 等 . 再生类沥青混合料路用性能研究对比 [J]. 中国水运 ( 下半月 ),2023,23(01): 123-125.

[4] 李艳丽 . 温拌再生 SBS 改性沥青混合料路用性能研究[J]. 合成材料老化与应用 ,2023,52(02):68-71.

[5] 梁波 , 张海涛 , 梁缘 , 等 . 温拌沥青技术研究综述 [J]. 交通运输工程学报 ,2023,23(02):24-46.

[6] 张争奇 , 张天天 , 王相友 , 等 . 不同类型温拌剂对沥青混合料路用性能影响及其效能评价 [J]. 江苏大学学报( 自然科学版 ),2022,43(06):711-718.

[7] 彭闵敏 , 姜传勇 , 郭旭东 . 大掺量 RAP 温拌沥青混合料研究及应用 [J]. 山西建筑 ,2022,48(10):97-100.

[8] 王火明 , 姚森 , 张跃 , 等 . 热拌及温拌再生沥青混合料疲劳特性研究 [J]. 公路交通技术 ,2023,39(02):39-44.

[9] 陈铁军 . 热再生沥青混合料 RAP 分散情况的多尺度分析 [J]. 公路交通科技 ,2022,39(12):17-26.

[10] 王鑫洋 , 苏纪壮 , 高国华 , 等 . 高掺量 RAP 温拌再生沥青混合料动态黏弹特性研究 [J/OL]. 中国测试 ,2023:1-10[2023-06-07]. https://kns-cnki-net.webvpn.nefu.edu.cn/kcms/detail/51.1714.TB.20230529.0930.006.html.


标签:综合论文技术中心再生沥青沥青混凝土改性沥青
免责声明: 本文仅代表作者本人观点,与中国沥青网无关。本网对文中陈述、观点判断保持中立,不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。请读者仅作参考,并请自行承担全部责任。本网转载自其它媒体的信息,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在一周内进行,以便我们及时处理。邮箱:23341570@qq.com
微信关注WeChat
扫描关注微信,获取涂料最新资讯 公众号:中国沥青网 您还可以直接查找
全站地图

深圳网络警察报警平台 深圳网络警
察报警平台

公共信息安全网络监察 公共信息安
全网络监察

经营性网站备案信息 经营性网站
备案信息

中国互联网举报中心 中国互联网
举报中心

中国文明网传播文明 中国文明网
传播文明

深圳市市场监督管理局企业主体身份公示 工商网监
电子标识