橡塑合金材料在再生沥青混合料中的应用研究

傅 轶，王志钊，霍 飞，康军沛

(1.广东银禧科技股份有限公司，广东 东莞 523187；2.东莞市公路管理局，广东 东莞 523040；3.河南省交通运输厅公路管理局，郑州 450016)

0 引言

我国沥青路面的大规模建设始于20世纪90年代，2017年底全国公路总里程已达477.35万km。由于沥青路面的使用年限较短，沥青路面的维修养护和翻新项目每年都产生大量的废旧沥青混合料(RAP)。目前，国内现有的废旧沥青混合料再生技术通常存在RAP掺量低[1]、再生混合料的路用性能差等问题。因此，如何在提高RAP掺量的同时保证再生混合料的路用性能，成为实现RAP有效再生利用的关键点。

本文以橡塑合金(RK)为再生改性材料，通过室内试验，设计了橡塑合金改性新沥青混合料和含50%RAP的再生沥青混合料，对橡塑合金改性前后及掺入RAP前后沥青混合料的高、低温性能和水稳定性进行了对比测试，分析了橡塑合金对再生沥青混合料路用性能的影响，为再生沥青路面工程应用提供参考。

1 沥青混合料组成设计

1.1 原材料

1.1.1 沥青结合料

沥青结合料采用AH-70#基质沥青，其各项性能检测结果如表1所示，性能均满足现行规范的要求[2]。

表1 AH-70#基质沥青检测结果

1.1.2 集料

试验所选用的再生料RAP与工程所用相同，取自广东省某公路养护单位的铣刨料。RAP的各项技术指标检测结果如表2所示，其中RAP中老化沥青的含量为3.4%。经过长时间老化，沥青中的轻质组分损失较大，导致沥青的软化点升高、针入度和延度大幅降低，如表3所示。

表2 再生料RAP性能检测结果

表3 RAP中沥青的性能检测结果

再生料RAP经筛分后其级配组成如表4所示。

表4 再生料RAP的级配组成

试验所选用的粗、细集料均为花岗岩，填料为石灰岩磨细矿粉，各项性能指标经检测均符合现行规范要求。

1.1.3 橡塑合金

试验所选用的橡塑合金再生改性材料由广东银禧科技股份有限公司提供，橡塑合金中含有橡胶组分和塑料组分，其中的橡胶组分能够显著改善沥青混合料的低温性能[3]，塑料组分对沥青混合料的高温性能提升效果显著[4]。橡塑合金的性能指标如表5所示。橡塑合金的使用方法为外掺直投式，掺量一般为0.3%～0.5%。拌和时，橡塑合金先与热集料干拌，之后再喷入沥青进行湿拌，经过2～3min拌和即可达到较好的分散效果。

表5 RK橡塑合金性能指标

1.2 级配设计

为对比研究橡塑合金对新沥青混合料和再生沥青混合料的改性效果，本试验基于马歇尔设计方法，选用AC-20C型级配设计的混合料级配(表6)。AC-20C均采用新集料，AC-20C+50%RAP为含50%RAP的再生混合料。为保障对比数据的有效性，两种混合料的级配组成保持相近。

表6 新混合料和再生混合料试验级配

1.3 制备工艺

混合料制备前，新集料的加热温度为190℃，RAP加热温度为110℃，基质沥青加热温度为150℃。试验设计以下三种不同类型的混合料，具体的制备工艺如表7所示。

表7 不同类型混合料的制备工艺

1.4 设计结果

三种不同类型混合料最终的设计结果见表8。RAP中虽含有3.4%的老化沥青，但老化沥青的四组分严重失衡，只能少量替代新沥青。因此，AC-20C+50%RAP+RK再生混合料的最佳油石比仅比新混合料低0.2%。橡塑合金改性后沥青混合料的马歇尔稳定度提升了22%。且与新集料相比，添加50%RAP对混合料的马歇尔稳定度影响较小，仅降低3%。

表8 不同类型混合料设计结果

2 路用性能分析

按照《公路工程沥青及沥青混合料》(JTG E20-2011)的要求，分别对三种混合料的高温性能、低温性能和水稳定性进行了对比研究。

2.1 高温性能

三种不同类型混合料的高温性能采用自动车辙仪进行试验，试验温度为60℃、试验载荷为0.7MPa，测试结果见表9。

表9 三种混合料的动稳定度测试结果

动稳定度可以直观地表征沥青混合料在高温下的抗车辙性能，从测试结果可以看出，添加0.3%RK橡塑合金后沥青混合料在60℃下的动稳定度提高了2倍。橡塑合金主要对基质沥青进行物理改性，橡塑合金分散在基质沥青后形成了稳定的空间网络结构[6]。这种网络结构可以限制沥青小分子链的运动，从而提高沥青混合料的抗车辙性能。掺入50%RAP后橡塑合金改性沥青混合料的动稳定度略有降低，但抗车辙性能仍显著高于普通沥青混合料。

2.2 低温性能

沥青混合料的低温性能采用低温小梁弯曲进行试验，试验温度为-10℃、加载速率为50mm/min，试验结果见表10。

表10 三种混合料的低温弯曲测试结果

沥青混合料的低温抗开裂性能与沥青路面的开裂有直接关系，低温弯曲破坏应变是国内外用于评价沥青混合料低温抗开裂性能的重要参数。测试结果显示，普通沥青混合料AC-10C的低温破坏应变仅2 064με，不能满足我国冬寒区≥2 300με和冬严寒区≥2 600με的规范要求。掺入橡塑合金后沥青混合料的低温破坏应变大幅提高至3 090με，且再生混合料AC-20C+50%RAP+RK与新集料AC-20C+RK的低温抗裂性能相当，均可满足规范要求。

2.3 水稳定性

沥青混合料的水稳定性采用浸水马歇尔和冻融劈裂试验进行评价，加载速度为50mm/min，评价结果见表11。

表11 三种混合料水稳定性测试结果

浸水马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强度比可以体现沥青混合料的抗水损害能力，由表11可见，掺入橡塑合金后沥青混合料的残留稳定度和冻融劈裂强度均提高了11%左右。由于橡塑合金对沥青混合料水稳定性的提高效果显著，含50%RAP的沥青混合料的水稳定性仍能保持在较高水平，满足沥青混合料抗水损害性能的要求。

3 结论

(1)橡塑合金对沥青混合料的高、低温性能和水稳定性有显著的提升效果。

(2)含50%RAP的橡塑合金改性再生沥青混合料仍能保持较好的高、低温性能和水稳定性，路用性能与橡塑合金改性新沥青混合料相当。

(3)橡塑合金可用于改性再生沥青混合料，在保证路用性能的同时能够大幅提高RAP掺量，具有很好的应用前景。