掺生物沥青的乳化沥青冷再生混合料强度特性及路用性能研究

李婉真

摘 要：再生剂对老化沥青混合料的改善作用，可使老化沥青混合料的路用性能在一定程度上恢复还原。在进行再生沥青路面混合料设计之前，必须对旧料中沥青的含量及性质、旧料的级配组成及技术指标等进行全面了解，以确定回收的废旧沥青和旧集料性质，为新添集料性质、级配提供掺量依据。本文分析了掺生物沥青的乳化沥青冷再生混合料的概况，对原材料配比和乳化沥青制备情况进行了阐述，接着对不同的生物重油掺量乳化沥青再生混合料力学强度进行实验分析，最后总结了不同生物质重油掺量乳化沥青冷再生混合料路用性能，旨在为提高高速公路的质量以及延长其使用寿命提供保障。

关键词：掺生物沥青；乳化沥青；强度；路用性能

中图分类号：U416 文献标志码：A

1 掺生物沥青的乳化沥青冷再生混合料的概况

石油沥青是之前在进行沥青道路建设最主要的沥青类型，但是近几年国家一直在寻找能够替代石油沥青的可持续材料，生物沥青就是发展的新趋势，生物沥青就是提炼生物质重油，再加以石油沥青的配合比制成。高性价比、环保、可持续是生物质能源的主要优势。另外，乳化沥青冷再生混合料既节能又环保，在进行施工时，操作简单方便，山区、重丘这些比较偏远的地方，这种材料的运输也不会成为问题。除此之外，这种材料的力学强度能够满足基层或下面层对力学强度的要求，同时这种材料的使用寿命相对于之前的沥青材料来说也是比较长的。基于这几种优势条件，目前乳化沥青混合料已经在国内进行大規模的利用，对这方面的研究也比较多，经过实践证明，乳化沥青混合料能够对硬质沥青的施工和易性进行有效改善，但是掺生沥青可能会降低沥青混合料的低温抗裂性、高温稳定性以及耐久性。

2 原材料配比和乳化沥青制备

用石油沥青作为基质沥青，并且保证沥青的各项指标符合条件，利用秸秆、大豆、棉籽等农作物作为生物沥青的原料，提炼一种生物沥青，在常温下主要呈现固体状，颜色为黑褐色，同时比较黏稠，其制备过程为对原料进行快速分裂溶解，再分馏、氧化生物油，主要是将水分和生物质轻油分离开，保留生物质重油。最后进行生物沥青和石油沥青的混合沥青制备，主要步骤为：首先，在恒温状态下，对一定质量的石油沥青进行加热，加热温度在160℃，在恒温加热中不断搅拌，然后加入掺量分别为0%、20%、30%、40%、50%、60%的生物质重油，接下来是进行剪切，利用高速剪切乳化机进行剪切，速度要保持在1500r/min，剪切的时间为30min，混合的沥青发育30min，最后形成低标号沥青和生物沥青混合物。

3 不同的生物重油掺量乳化沥青再生混合料力学强度

3.1 乳化沥青冷再生混合料配合比设计

乳化沥青冷再生混合料配合比设计主要采用的是修正马歇尔法，确定乳化沥青冷再生混合料最佳拌和用水量为3.8%，碎石掺量为10%，机制砂掺量为10%，RAP掺量为80%，干劈裂强度最大，根据《公路沥青路面再生技术规范》，规范的劈裂强度要大于0.5MPa，干湿劈裂强度比要大于75%，冻融劈裂强度比要大于70%，空隙率要在9%～14%。

3.2 不同生物重油掺量乳化沥青冷再生混合料劈裂程度

高速公路的基层或下面层主要是乳化沥青冷再生混合料，环境比较复杂，在拉压应力综合作用下，和路面基层受理状况相似，劈裂也处于拉压状态下，并且沥青路面冷再生混合料最佳乳化沥青用量的测试唯一方法就是劈裂试验，不同的生物重油掺量乳化沥青冷再生混合料劈裂强度试验结果表明，乳化沥青冷再生混合料干、湿劈裂强度与生物质重油掺量呈负相关的关系，即乳化沥青冷再生混合料干、湿劈裂强度随着生物质重油掺量的增大而呈现强度减小的趋势，生物质重油掺量要保持在30%以下，以保证规范中的乳化沥青冷再生混合料的干劈裂强度的要求，冷再生混合料界面的黏结强度会受生物重油的掺量影响。

3.3 不同生物重油掺量乳化沥青冷再生混合料无侧限抗压强度

路面结构的承重层就是乳化沥青混合料，所以它的抗压强度对行车荷载的强度的影响比较大，强度不够，可能会导致推移现象的出现，即车辙现象，所以必须对抗压强度进行测试，保证强度能够承重车的荷载力度。根据研究表明，不同生物质重油掺量乳化沥青冷再生混合料无侧限抗压强度实验得出，生物质重油掺量和乳化沥青再生混合料无侧限抗压强度也呈现负相关的关系，在养生时间相同的情况下 ，乳化沥青冷再生混合料无侧限抗压强度会随着生物质重油掺量的增大而减小。

3.4 不同生物重油掺量乳化沥青冷再生混合料抗压回弹模量

进行路面结构设计时要选取材料、计算路面结构弯沉与层底弯拉力应力以及研究不同生物重油掺配比例下乳化沥青冷再生混合料抗压回弹模量变化规律时都会用到抗压回弹模量，同时，乳化沥青冷再生混合料合理的路面结构厚度的确定也需要依靠抗压回弹模量。分析生物质重油掺量与乳化沥青冷再生混合料抗压回弹模量的关系显示，乳化沥青冷再生混合料抗压回弹模量随着生物质重油掺量的增加呈现二次函数式的减小。

4 不同生物质重油掺量乳化沥青冷再生混合料路用性能

4.1 高温稳定性

根据实践情况看，在进行加速加载的开始时期，车辙的变形量变化比较明显，车辙的发展的深度变化都比较快，在后期中，加载的次数逐渐增多，但是乳化沥青再生混合料车辙发展没有呈现直线上升的额情况，而是逐渐趋于平稳变化，进入稳定阶段，所以，可以看出，车辙变形率与生物质重油掺量呈正相关，即车辙变形率随着生物质重油掺量的增加而增大，后期处于比较稳定的阶段，但是也呈现上升的趋势，同样也表明，乳化沥青冷再生混合料的高温稳定性随着生物质重油掺量的增加而降低。

4.2 低温抗裂性

因为目前乳化沥青冷再生混合料已经被运用到很多高速公路的建设当中，低温抗裂性就是比较重要的参考因素。主要是进行低温弯曲试验来对沥青混合材料的低温抗裂性进行试验评估，根据已有的试验来看，乳化沥青冷再生混合料的抗弯拉强度和弯曲劲度规模量会随着生物质重油掺量的增大而减小，但是最大弯拉会增大，乳化沥青冷再生混合料低温抗裂性会因为生物结合料石油沥青乳化加工形成的复合改性共混结构而提高。

4.3 疲劳耐久性

疲劳耐久性的测试主要是根据间接拉伸疲劳试验，根据以往的试验表明，乳化沥青冷再生混合料的裂缝会在重复荷载作用下进一步扩展，混合料因为内部存在缺陷并且材料分布不均匀，在多次作用下，结构会被破坏。在掺加生物质重油后，乳化沥青冷再生混合料的抗疲劳性会提升，一般来说，抗疲劳性最好的状态是在30%的生物重油掺量下的乳化沥青混合料。这是因为温度下降到一定限度时，沥青混合料的劲度增加，试件在承受一定压力的条件下所产生的应变就小，因而控制应力加载模式的试验中导致疲劳寿命增加。所以当沥青混合料收到外界重复荷载时，在矿料与新沥青之间就存在着一个应力缓冲层，因此提高了厂拌热再生沥青的疲劳耐久性能。

结语

综上所述，掺生物质重油的乳化沥青对高速公路的修建更有益处，能够保持沥青的稳定性、抗裂性以及疲劳耐久性，所以要加强对掺生物沥青的乳化沥青冷再生混合料的研究与利用，尽可能提高高速公路的质量，延长高路公路的使用寿命。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。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材料。

参考文献

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