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再生剂对长期路用老化沥青路用性能的影响*(交通)

 再生剂对长期路用老化沥青路用性能的影响*(交通)

                       1    2    2  吴少鹏2

1.广东省南粤交通揭惠高速公路管理中心普宁5153252.武汉理工大学硅酸盐建筑国家重点实验室  武汉  430070

摘要通过对沥青混合料、老化沥青混合料,以及经过2种不同再生剂再生处理的老化沥青混

合料的高温性能、低温开裂性能、水稳定性能、疲劳性能进行研究,考察了再生剂对长期路用老化沥青及其混合料路用性能的影响规律。对比研究了不同再生剂作用下长期路用老化沥青混合料路用性能的再生修复效果。结果表明,再生剂的加入可使老化沥青混合料的基本路用性能在一定程度上恢复还原;通过2种再生剂对长期路用老化沥青再生效果的研究,可以发现再生剂对老化沥青混合料改善作用具有选择性,即老化沥青对合适的再生剂有着具体的要求。

关键词  老化沥青混合料  再生剂  老化沥青  路用性能

    近些年来,随着我国早中期修建的沥青高速公路已进入或即将开始进入大中修阶段,能够充分利用废料节约资源、促进环保的沥青路面再生技术越来越多地受到国内学者的广泛关注。其中老化沥青的再生技术是废旧沥青混合料再生利用的关键,在废旧的老化沥青中加入再生剂即可还原其化学组成,同时恢复其胶体结构,从而起到改善其性能的作用。由于我国对老化沥青混合料再生利用的日益重视,有关再生剂对老化沥青性能影响的研究报道也越来越多,各种再生剂也层出不穷。通常不同的再生剂对老化沥青混合料性能影响不尽相同,对老化沥青混合料的路用性能的影响更是千差万别。

    试验通过将2种不同再生剂加入到室内加速老化的沥青混合料,以及未老化的沥青混合料中,研究不同再生剂对老化沥青混合料的影响,以及对老化沥青混合料再生改善的作用。

1  原及试验方法

1.1试验原料

    老化沥青混合料在实验室制备;再生剂为美国科来福公司生产的2种化学组成不同的再生剂R-1R-2,其技术参数见表1

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1.2老化沥青混合料的制备

    本次试验采用热拌沥青混合料( HMA)的配合比设计理论和方法进行设计,即采用在我国应用广泛的马歇尔试验方法进行沥青混合料配合比设计,同时选取AC-16的沥青混合料作为研究对象。参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(以下简称《规程》)(JTG E20 - 2011)中T0724-2000制备老化沥青混合料。

1.3再生老化沥青混合料的制备

    在拌和机中依次投入再生剂、老化沥青混合料,其中再生剂与沥青比为10%,制备再生老化沥青混合料。

1.4试验方法

    参照《规程》中T0724 - 2000制备老化沥青混合料,按《规程》中相关规定检测再生沥青混合料的马歇尔稳定度、动稳定度、冻融劈裂强度、四点弯曲疲劳试验。

2试验结果与讨论

2.1  不同再生剂对混合料高温性能的影响

    抗车辙性能是指混合料抵抗因为高温引起的永久变形的能力,本文采用车辙试验来测定沥青混合料的高温抗车辙能力,同时用来评价其高温稳定性。在试验中,试验温度设定60℃,轮压0.7MPa,试件厚度100 mm,宽度300 mm,长度300mm,试件经碾压成型。成型后的试件在温度为60℃的空气室保温6 h以上,保温完后开始车轮碾压,车轮共计碾压1h。计算机显示时间t1对应的形变量d1,和t2时间对应的形变量d2,最后根据计算公式得到动稳定度的大小。

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    通过车辙试验测定不同混合料试验情况见表1,改性沥青根据《公路沥青路面施工技术规范》动稳定度技术要求不低于2 400次/min

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    由表2可见,与老化沥青混合料相比,经过再生剂处理后的沥青混合料45 min60 min位移都有所提高,同时动稳定度有所减少,但达不到未老化沥青混合料动稳定度次数,其中经过再生剂R-1处理的老化沥青混合料相较于R-2处理的老化沥青混合料更为明显,这说明经过再生剂处理的老化沥青混合料能够部分被软化,R-1再生剂处理后的效果更为明显。这是因为再生剂中芳香族化合物溶解、稀释了老化沥青混合料中的沥青质,使得胶结料润滑,因此降低了沥青混合料的动稳定度。

2.2  不同再生剂对混合料低温抗裂性能的影响

    采用低温弯曲试验来评价沥青混合料的低温抗裂性能,参考《规程》,试件采用250 mm×30mm×35 mm、跨径为200 mm的小梁,试验时设置温度为-10℃,单点加载,其中加载速率为50mmmin。试验情况见表2

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    由表3可见,相较于老化沥青混合料,经过再生剂处理后的老化沥青混合料的破坏荷载、抗弯拉强度、劲度模量都有所下降,破坏应变有所上升,但达不到未老化沥青混合料程度,其中经过R-1再生剂处理后的老化沥青混合料更为明显,这说明经过再生剂处理后的沥青混合料抗老化性能提高,同时经过再生剂处理后的沥青混合料劲度模量减小,柔韧性变好,抗低温形变能力增强,这是因为受再生剂扩散的影响,再生剂与老化沥青充分融合,使得老化沥青软化,性能被一定程度地还原,从而在一定程度上缓解了沥青的老化,提高了老化沥青低温抗裂性能,同时,由于R-1再生剂处理后的老化沥青混合料抗低温性能更为明显,可知R-1再生剂的再生能力相较于R-2再生剂更为突出。

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2.3不同再生剂对混合料水稳定性能的影响

2.3.1  沥青混合料残留稳定度试验

    采用马歇尔稳定度试验来检验沥青混合料受水损害时抵抗剥落的能力以及沥青的水稳定性。其中评价沥青混合料水稳定性的指标为残留稳定度比MS,,残留稳定度比越大,表示沥青混合料的水稳定性能越好。按照《规程》中的T0702 -2011规定,用击实法制作沥青混合料马歇尔试件2组,双面击实各50次,第1组放在60℃的水箱里保温30 min,测出其稳定度MS1,第2组放在温度为60 0C的水箱里保温48 h,测定其稳定度MS2,则残留稳定度比如下式。

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测定结果见表4

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    由表4可见,经过R-1R-2再生剂处理的老化沥青混合料的稳定度、浸水稳定度、残留稳定度比均大于老化沥青混合料,但没有达到未老化沥青混合料的程度,其中经过R-1再生剂处理的沥青混合料效果更好,这说明经过再生剂处理的老化沥青混合料的水稳定性要比老化沥青混合料的水稳定性要好,即在老化沥青混合料中加入再生剂可以提高老化沥青混合料的水稳定性,同时R-1再生剂的效果要比R-2再生剂的效果要好,这是因为再生剂能够很好地扩散进老化沥青的内部,使旧料中的老化沥青的性能得以很好地恢复,从而提高老化沥青混合料的水稳定性。

2.3.2  沥青混合料冻融劈裂试验

    采用马歇尔击实法成型的马歇尔试件,击实次数为双面各50次,冷冻温度-18℃保温16 h,之后放入已保温60℃的恒温水槽中24 h,最后按照《规程》用50 mm/min的加载速率进行劈裂试验。计算出劈裂强度比,见表5

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    由表5可知,经过R-1R-2再生剂处理后的沥青混合料的非冻融劈裂强度、冻融劈裂强度,以及劈裂强度比均大于老化的沥青混合料,而达不到未老化的沥青混合料的程度,其中R-1再生剂处理后的沥青混合料效果更为明显。这说明经过再生剂处理后的老化沥青混合料的水稳定性在一定程度上变好,这是由于老化后的沥青混合料的芳香分和饱和分含量低、粘性小、沥青膜与集料表面的粘附性变差,当老化沥青混合料中加入再生剂时,再生剂中含有大量有机酸,有机酸可以增加老化沥青混合料中沥青和集料的粘附性,从而保证沥青混合料具有较高的水稳定性。

    通过沥青混合料残留稳定度试验以及沥青混合料冻融劈裂试验,我们可以看出,加入再生剂可以明显地提高老化沥青混合料的残留稳定度以及冻融劈裂强度比,其中加入再生剂R-1的效果更为明显,这说明再生剂能够明显地改善老化沥青混合料的水稳定性,且R-1再生剂的效果更好。

2.4不同再生剂对混合料疲劳性能的影响

    采用四点弯曲疲劳试验来评价沥青混合料的疲劳性能。试验温度15℃,加载频率10 Hz,采用恒应变控制的连续偏正弦加载模式。试验为UTM-25伺服液压动态试验系统,规定试验开始后的第50个循环时的弯曲劲度模量为初始劲度,试件的弯曲劲度在降低到初始劲度50%或更少时表示试件破坏,设置应变水平4006008001000,记录式样破坏加载次数,试验结果见表6

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    由表6可见,经过R-1R-2再生剂处理的老化沥青混合料的式样破坏加载次数相较于老化沥青混合料均有所增加但没有达到未老化沥青混合料试验破坏的加载次数,其中经过R-1再生剂处理的老化沥青混合料增加的更为明显,这表明,经过添加再生剂的沥青混合料相比于老化的沥青混合料更难破坏,这是因为再生剂的加入使得老化沥青混合料得以一定程度韵性能还原,从而使得再生沥青混合料的疲劳寿命增加。同时可以看出再生剂R-1对老化沥青混合料的疲劳寿命影响更大,效果更好。

4结论

    再生剂的加入使得老化沥青混合料的高温性能、低温开裂性能、水稳定性能、疲劳性能都能在一定程度上还原,即再生剂的加入能够在一定程度上使得老化沥青混合料再生并修复其路用性能。通过试验分析对比,可以得知R-1再生剂的效用比R-2再生剂的效用要好,改善效果也更为明显,对老化沥青混合料的再生更充分,这可能是因为R-1再生剂更能有效地对老化沥青混合料中的化学组分以及胶体结构充分改善调整以及性能还原,从而增强了其对老化沥青混合料的再生效果。因此,对长期服役沥青路面实际再生处理时,应根据沥青路面老化沥青的特殊性选择合适的再生剂。

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