以废机油和废润滑脂为再生剂的SMA再生沥青混合料性能研究

胡 潇

(新疆新纪元公路设计有限责任公司 乌鲁木齐市 830000)

0 引言

如何将用于建造道路的沥青混合料进行再生循环使用已成为我国道路行业面临的一个巨大挑战，沥青混合料的大量使用所带来的资源、环境问题迫使道路行业思考新技术来降低这些材料的使用，其中被广泛接受的是再生沥青路面回收技术[1-3]。通常情况下，在道路的重建、重新铺装和修复过程中经过破碎、铣刨、拆除得到的废旧路面材料(RAP)包含老化沥青和集料，对于RAP的回收利用可以减少对路面材料的需求，这也解决了RAP的不合理应用所带来的环境问题。

20世纪90年代，RAP再生利用开始在我国的沥青混合料中使用，到目前为止，大约90%的RAP被回收利用，作为沥青混合料、颗粒底基层、基层和填充料的替代品。沥青路面再生技术发展至今逐步普及，但是仍有许多不足之处。在低RAP(25%以下)再生技术已经成熟，但RAP(>25%)中大量的老化沥青粘结剂的强度比原来的粘结剂硬度高并导致疲劳破坏[4]。高掺配比例的沥青路面再生技术仍有待充分研究，以待尽可能地节约成本。

SMA沥青混合料是一种间断级配混合料，其性能优于传统的密级配沥青混合料。SMA一般由70%～80%的粗骨料、8%～12%的填料和6%～8%的粘结剂组成。粗骨料形成骨架结构，提供强度和优越的抗滑性，而在骨架结构中形成的空隙由填充材料填充。SMA混合料的重要优点是提高了抗车辙能力、稳定性和耐久性[5-9]。由于其具有的优势，SMA已成为多年来主要的沥青混合料之一。因此，本研究将RAP运用到SMA混合料中，充分利用SMA和RAP的优势。

本研究通过将WEO和WG两种再生剂添加到SMA再生沥青混合料中[10]，并在室内进行了高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性试验，旨在确定再生剂种类和用量对RAP制备的SMA混合料的影响，提出充分发挥二者各自优势的RAP和SMA的有效结合技术。

1 原材料

1.1 再生剂

本研究所用再生剂为WEO和WG。WEO是从车辆和工业中提取的使用过的发动机油，使用WEO提供了巨大的环境效益，如减少土壤和水污染。WEO中含有多种添加剂，如聚合物、粘度调节剂和润滑增强剂等，这些添加剂对老化沥青有积极的影响。此外，WEO的化合物与沥青类似(因为两者都是基于石油的产品)，它很容易混合并激活老化沥青。WG又称黄脂，是食品加工业和动物加工过程中产生的副产品。它含有大量月桂酸(脂肪酸)和肉豆蔻酸甘油三酯，使WG在环境中处于半固态。在本研究中，将WG在80～100℃的热板上加热2 min使其液化，然后加入组合集料(新集料和RAP的组合)中。在加热作用下，WG通过润滑集料从而改善老化沥青的流变性。再生剂的性能试验数据见表1。

表1 再生剂的物理数据

1.2 新沥青

在本研究中使用了新沥青VG-30级作为粘结剂，物理性能按照规范进行测试。表2描述了沥青的物理特性，所有参数都在规范的限制范围内。

表2 新沥青VG-30性能数据

1.3 集料

本研究中选用集料为石灰岩粗细集料，选用的RAP是实体道路翻修工程中破碎铣刨得到的废旧路面材料，并进行抽提筛分。为了量化RAP中老化沥青的含量，按照JTG E20-2011[11]的程序提取老化沥青，RAP中老化沥青含量为3.8%。石灰岩集料和RAP集料的物理性能汇总于表3。

表3 新集料和RAP中集料的物理性质

2 配合比设计

本研究中对RAP掺量(10%、20%、30%、40%)、再生剂的种类(废机油、废润滑脂)和用量(0%、3%、6%、9%)进行混合排列，对SMA骨架密实级配进行设计，级配曲线见图1。

图1 不同RAP掺量再生沥青混合料级配曲线图

3 路用性能试验

基于RAP掺量、再生剂种类和用量三因素进行再生沥青混合料组合设计，通过对组合设计的28种混合料试件进行性能试验，分析两种再生剂和RAP对SMA混合料试件的性能影响。

3.1 高温稳定性

变形是路面病害最常见的表现形式，路面发生永久变形的现象称为车辙，路面抗车辙性能是衡量其动态稳定性的指标。本研究通过高温车辙试验对28种再生沥青混合料进行高温性能试验，试验结果见图2。根据图2的结果可知，WEO和WG的使用对于不同RAP掺量混合料的动稳定度均产生了增大效果。与0%对照组试件相比，以6%WEO作为再生剂对于混合料的高温性能提升幅度最大，达到了28.2%～34.8%。与WG相比较，以WEO作为再生剂的混合料的高温性能总体表现良好，对混合料的增幅效果更明显。同时，以RAP作为横向对比发现，随着WEO、WG百分比的变化，30%RAP条件下的混合料较其他RAP掺量均取得动稳定度峰值。

3.2 低温抗裂性

低温小梁弯曲试验按JTG E20-2011中沥青混合料弯曲试验T0715-2011方法进行，试验结果如图3所示。由图3可知，WEO和WG的使用对于SMA再生沥青混合料低温性能均有所提升，其中以3%、6%、9%WG与3%WEO作为再生剂对于破坏应变提升效果差别较小。6%WEO对SMA再生沥青混合料的破坏应变增幅明显，与0%的对照组试件相比，提升幅度达到了32.9%～42.6%。同时，进行RAP掺量横向对比可以发现，当RAP掺量在10%～30%时破坏应变呈现线性增长的趋势，但RAP超过30%时破坏应变值均出现下降趋势，因此30%RAP的SMA再生沥青混合料较其他RAP掺量在实际路面再生工程中有较大优势。

图2 不同再生剂用量的SMA再生沥青混合料动稳定度变化曲线

图3 不同再生剂用量的SMA再生沥青混合料破坏应变试验结果

3.3 水稳定性

本研究采用浸水马歇尔试验评价水稳定性，试验按JTG E20-2011中的试验方法进行，试验结果如图4所示。由图4可知，SMA再生沥青混合料的水稳定性能均随着RAP百分比的提高而下降，其中40%RAP条件下浸水残留稳定度较10%RAP降低了19%～22%。这是因为RAP替代部分天然集料应用到沥青混合料中，通常会使路面的抗水损害能力不足。同时，WEO和WG的使用对于SMA再生沥青混合料的浸水残留稳定度增幅效果一般。与WG相比较，WEO作为再生剂的表现总体上较为突出，6%WEO条件下水稳定性能的增幅明显。这是因为WEO中含有聚合物、粘度调节剂和润滑增强剂等多种添加剂，这些添加剂对老化沥青性能恢复有积极的影响。此外，WEO的化合物与沥青类似(因为两者都是基于石油的产品)，它很容易混合并激活老化沥青。

图4 不同再生剂用量的SMA再生沥青混合料浸水残留稳定度变化曲线

4 结语

(1)以RAP作为基准可以发现，废机油(WEO)、废润滑脂(WG)作为再生剂均能提高再生沥青混合料的高温稳定性、低温性能，对于高温性能提升最高达到了28.2%～34.8%，对于低温性能提升最高达到32.9%～42.6%，但对于水稳定性能的提升较小。

(2)比较废机油(WEO)、废润滑脂(WG)对于混合料的性能增幅效果可以发现，WEO的总体表现优于WG。总体来看，6% WEO条件下的SMA再生沥青混合料的各方面性能表现最优异。

(3)将废机油(WEO)和废润滑脂(WG)作为再生剂掺入到再生沥青混合料中，不仅能够实现WEO、WG的有效环保利用，而且对于其路用性能有着提升效果。

(4)综合高温、低温和水稳性能考虑，以6%WEO作为再生剂的30%RAP的SMA再生沥青混合料具有较好的综合性能，可以运用到废旧路面材料的实体再生工程中，综合实现RAP和SMA混合料的自身特点的结合。