基于溶剂沥青的冷再生沥青混合料性能评价

刘 鹏, 徐世法, 柴林林, 段文志

(1.北京建筑大学 土木与交通工程学院 北京市城市交通基础设施建设工程技术中心，北京 100044；2.北京建筑大学 土木与交通工程学院 首都世界城市顺畅交通协同创新中心，北京 100044；3.北京市城市道路养护管理中心，北京 100169)

基于溶剂沥青的冷再生沥青混合料性能评价

刘 鹏1, 徐世法1, 柴林林2, 段文志3

(1.北京建筑大学 土木与交通工程学院 北京市城市交通基础设施建设工程技术中心，北京 100044；2.北京建筑大学 土木与交通工程学院 首都世界城市顺畅交通协同创新中心，北京 100044；3.北京市城市道路养护管理中心，北京 100169)

传统的沥青混合料冷再生技术有乳化沥青和泡沫沥青冷再生，本研究尝试采用所开发的溶剂沥青作为结合料对废旧沥青混合料进行冷再生，提出了试件的成型和养生方法，进行了配合比组成设计并采用热拌沥青混合料的标准对溶剂沥青冷再生混合料的性能进行评价. 试验结果表明，溶剂沥青冷再生混合料的水稳定性能、高温稳定性能均满足我国热拌改性沥青混合料规范的性能要求，低温性能虽然不满足改性沥青混合料的要求，但能满足普通沥青混合料规范的性能要求.

沥青混合料； 冷再生； 溶剂沥青； 配合比设计； 性能评价

城市道路和公路在养护、维修和改造过程中产生了大量废旧沥青混合料(RAP)，若不加以有效利用，不仅造成资源的极大浪费，而且将对环境造成污染. 热再生技术虽然可以有效地对沥青混合料实现再生利用，但旧料掺加比例低. 近年来，冷再生技术在我国得到了较大发展，但大多数研究与应用主要采用乳化沥青、改性乳化沥青或泡沫沥青作为结合料，虽然可以高比例利用旧料，但其性能较差，达不到热再生的性能要求，只能用于基层或下面层.

溶剂沥青再生沥青混合料是将废旧沥青路面材料在常温下与特别制备的溶剂沥青拌合与施工的一种新型路面材料，国内外研究甚少.

本研究尝试使用所开发的溶剂沥青作为结合料对旧料RAP进行再生利用，旨在提高旧料掺配比例和冷再生沥青混合料的路用性能，将丰富沥青混合料冷再生技术，并对今后溶剂沥青再生沥青混合料的研究与应用提供参考.

1 溶剂型沥青的开发

作为再生剂的溶剂沥青是影响冷再生混合料性能最重要的因素之一，本研究所使用的溶剂沥青是一种新型沥青材料，由有机溶剂和沥青混合而得，可以在常温条件下使用，暴露于空气后有机溶剂挥发并与空气中的物质形成水化物. 因此，该沥青不同于传统的稀释沥青. 与旧料的裹附性较好，并具有很强的黏结力. 其性能如表1所示.

2 废旧沥青混合料(RAP)的级配

依据《公路沥青路面再生技术规范》(JTG F41—2008),采用离心抽提仪和阿布森法对RAP中的集料进行分离. 通过试验分析，回收的老化沥青的各项指标见表2，RAP筛分级配见表3，将筛分结果与AC- 13的级配范围进行对比,并设计合成级配.

表1 溶剂型沥青试验指标

表2 回收沥青指标

由表2可知,旧沥青的软化点和黏度都变大了,旧沥青的针入度以及延度都减小了,根据《公路沥青路面再生技术规范》(JTG F241—2008)中的材料要求,可以推断RAP料中的沥青老化严重.

表3 RAP的集料级配

将筛分结果与AC- 13的级配范围进行对比，RAP 料合成级配的最大公称粒径是13.2 mm，其中粒料的直径大于9.5 mm的颗粒大约为19.8%,级配曲线大致为S形，合成级配曲线介于AC- 13混合料级配的上下限之间.

3 溶剂沥青冷再生混合料的配合比设计

3.1 试件的成型和养生方法

经过反复实验，溶剂沥青冷再生混合料试件的成型采用马歇尔二次击实法，即先双面击实50次，在110 ℃烘箱中高温养生24 h，养生完毕后取出双面再次击实25次，再连同试模在室温中放置24 h，脱模后在60 ℃恒温水槽中养生30 min，进行马歇尔试验.

3.2 配合比设计

在废旧沥青混合料当中分别添加3.5%、4.0%、 4.5% 、5%、5.5%的溶剂沥青，按上述的方法成型马歇尔试件，测定冷再生混合料的力学与体积指标见表4、图1.

表4 再生混合料力学体积指标

由表4和图1可知，随着溶剂沥青用量增加，再生混合料成型马歇尔试件的稳定度、毛体积密度均先增后减，用量在4.5%时达到最大值；矿料间隙率先减后增，用量在4.5%时达到最小值；有效沥青饱和度、流值增大；孔隙率减小. 综合再生混合料的力学体积指标、稳定度以及试件成型养生状态等因素，确定最佳溶剂沥青用量确定为4.5%.

4 冷再生混合料性能评价

溶剂沥青再生混合料作为一种新型沥青路面材料，必须具有足够的强度，以抵抗路面荷载在路面内产生的压缩、拉伸、弯曲、剪切等应力，从而保证路面具有长久的使用寿命. 因此，为了检验溶剂沥青再生混合料的路用性能，本研究参照热拌沥青混合料路用性能评价方法，根据所确定的溶剂型沥青用量对溶剂沥青再生混合料进行了残留马歇尔试验、冻融劈裂试验、车辙试验以及低温小梁弯曲试验.

4.1 水稳定性能

4.1.1 浸水马歇尔试验

采用上文所述混合料试件成型及养生方法制备试件，按照热拌沥青混合料浸水马歇尔试验方法进行测试，试验结果见表5.

表5 浸水马歇尔试验结果

4.1.2 冻融劈裂试验

采用上文所述混合料试件成型及养生方法制备试件，按照热拌沥青混合料冻融劈裂试验方法进行测试，试验结果见表6.

表6 冻融劈裂试验结果

综合浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验结果可以得知,在最佳沥青用量下,再生混合料残留稳定度百分比、冻融劈裂强度比分别为86.8%、84.5%，均大于热拌改性沥青混合料所要求的规范值，因此，再生混合料抗水损害能力满足要求，具有优良的水稳定性.

4.2 高温性能

目前国内外对沥青混合料的高温稳定性评价试验方法主要有马歇尔试验、三轴试验、蠕变试验、动态剪切试验、车辙试验等. 本研究采用车辙试验方法对溶剂型沥青再生混合料的高温稳定性进行评价分析.

车辙试验试件是经过二次碾压成型制备的：

1)在最佳沥青用量下，计算成型车辙板所需溶剂沥青再生混合料的用量并装入尺寸为300 mm×300 mm×50 mm的试模中；

2)首次碾压先在一个方向碾压2个往返；

3)再将试件调转方向碾压12个往返；

4)然后记录碾压的方向，放入110 ℃烘箱中养生24 h后取出，再次按相同方式碾压，碾压的次数以成型的试件孔隙率指标与马歇尔试验的试件孔隙率相接近为准，并对碾压次数进行调整.

在室温下放置24 h，然后在60 ℃条件下保温不少于5 h后，进行车辙试验. 车辙试验结果见表7.

表7 车辙试验结果

试验结果表明，在最佳溶剂沥青用量下，溶剂沥青再生混合料动稳定度3 477次/mm，高于热拌改性沥青混合料动稳定度大于2 400(次/mm)的规范值，具有较好的抗车辙能力，高温稳定性较好.

4.3 冷再生混合料低温性能

目前用于评价沥青混合料低温抗裂性的试验方法主要有等应变加载破坏试验、低温收缩试验、低温蠕变试验、应力松弛试验等. 为了与热拌料相比较，本研究采用小梁低温弯曲试验对溶剂型沥青再生混合料进行低温性能的评价. 低温弯曲试验所用试件为上述车辙试验试件切割的250 mm×30 mm×35 mm的小梁试件，将小梁试件放入-10 ℃的恒温冰箱中，使试件内部温度达到所规定的试验温度. 在-10 ℃环境中对小梁跨中位置加载直至试件破坏，测量计算小梁发生破坏时的最大弯拉应变. 试验结果见表8.

表8 小梁弯曲试验结果

试验结果表明，在最佳沥青用量下，溶剂沥青再生混合料的破坏应变值2 390，高于低温弯曲试验中破坏应变大于2 000 με的要求值，低于改性沥青混合料破坏应变大于≥2 500 με的要求值. 因此，再生混合料的低温性能能够满足普通沥青混合料要求，不能满足改性沥青混合料规范使用要求.

5 结论

本研究采用修正马歇尔配合比设计进行混合料组成设计，参考冷拌料的方法进行试件成型、养生和热拌沥青混合料的标准，提出溶剂沥青再生沥青混合料的设计方法，并对路用性能进行了试验与评价，得出以下结论：

1) 溶剂沥青作为一种新型沥青材料，其有机溶剂挥发并与空气中的物质形成水化物，减少了对环境的污染. 该溶剂沥青与旧料的裹附性较好，具有很强的黏结力，与旧料的拌和状态效果较好. 与乳化沥青相比拌和时不需要外加水润湿矿料表面，拌和工艺简单便于控制. 通过马歇尔试验，测定成型试件的力学指标以及养生时的状态，确定再生混合料的最佳溶剂沥青用量为4.5%.

2) 水稳定性试验结果表明，在最佳溶剂沥青用量下，再生混合料残留稳定度百分比、冻融劈裂强度比分别为86.8%、84.5%，均大于热拌改性沥青混合料所要求的规范值，因此，再生混合料具有优良的水稳定性.

3) 车辙试验结果表明，在最佳溶剂沥青用量下，溶剂沥青再生混合料动稳定度3 477次/mm，大于热拌改性沥青混合料动稳定度规范值，具有较好的抗车辙的能力，高温稳定性较好.

4) 低温小梁弯曲试验结果表明，在最佳溶剂沥青用量下，再生混合料的破坏应变值大于规范值2 000 με，再生混合料的低温性能满足普通沥青混合料规范使用要求，不能满足改性沥青混合料规范≥2 500 με的要求.

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[责任编辑：佟启巾]

《北京建筑大学学报》征稿启事

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Performance Evaluation of Recycled Asphalt Mixture Using Solvent Bitumen

Liu Peng1, Xu Shifa1, Chai Linlin2, Duan Wenzhi3

(1.School of Civil and Traffic Engineering, Beijing Urban Transportation Infrastructure Engineering Technology Research Center，Beijing University of Civil Engineering and Architecture，Beijing 100044；2.School of Civil and Traffic Engineering，Capital World Metropolis Transportation Coordinate and Innovation Center，Beijing University of Civil Engineering and Architecture，Beijing 100044；3.Urban Road Maintenance and Administration Center of Beijing, Beijing 100000)

Conventional cold mix recycling technology is based on emulsion or foam bitumen.In this research,special solvent bitumen is developed as binder to recycle reclaimed asphalt mixture at air temperature. Relevant specimen formation and curing methods are developed. Mix design is carried out. Its performance evaluation is conducted according to hot asphalt mixture specification. Experiment shows that moisture sensitivity and high temperature stability of recycled solvent bitumen with cold mixture can meet the specification requirements of polymer modified asphalt mixtures, while low temperature performance can only meet conventional asphalt mixture specification requirement.

asphalt mixture； cold recycling； solvent bitumen; mix design; performance evaluation

2016-07-12

北京市交通科技项目(2016-LZJKJ- 01- 001)

刘 鹏(1990—)，男，硕士研究生，研究方向： 道路与交通工程.

1004-6011(2016)04-0023-05

U414

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