REOB改性乳化沥青对冷再生混合料性能的影响

曲恒辉，张树文，赵佃宝，张圣涛，朱辉

山东高速材料技术开发有限公司，山东 济南 250000

0 引言

沥青路面冷再生技术是将乳化沥青等与回收沥青路面(reclaimed asphalt pavement，RAP)材料拌和摊铺成沥青路面的一种技术，该技术可在常温下施工，且对RAP利用率高，目前普遍用于沥青路面的再生[1-3]。但乳化沥青冷再生混合料中乳化沥青与RAP中的旧沥青不能有效融合，无法充分激活和发挥旧沥青的作用，影响了冷再生沥青路面的成型质量和路用性能[4-6]。我国每年产生大量的废弃机油(recycled engine oil，REO)，20%～30%的REO因含有较多杂质无法有效回收，成为废弃机油残留物(recycled engine oil bottom，REOB)。REOB可掺入沥青，改善沥青混合料的性能。

文献[7]指出乳化沥青和RAP料在常温状态下的相互作用，乳化沥青可软化RAP表面一定厚度的老化沥青，恢复其部分性能；赵培松[8]通过试验研究发现废机油能明显提高沥青的抗老化性能，从一定程度上降低沥青混合料的施工温度，且掺量越多，降低幅度越大；许严等[9]、付海明[10]考虑热拌沥青混合料铺筑对冷再生层的热压实作用，推荐采用40 ℃马歇尔稳定度指标确定最佳乳化沥青用量，15 ℃劈裂强度指标作为性能测试指标之一；冷滨滨等[11]、林翔[12]、胡旭东[13]、黄建跃等[14]发现由RAP粗料制成的冷再生混合料的低温抗疲劳性能更好，但高温抗车辙性更差，由RAP细料制成的冷再生混合料的低温疲劳性能较差，高温抗车辙性能较好；孙立军等[15]通过室内试验、实体工程等研究发现利用普通乳化沥青与RAP拌制的冷再生沥青混合料中旧沥青的再生程度较低，混合料压实困难，空隙率较大，提出利用芳烃油进行沥青路面冷再生，但芳烃油中苯、甲苯等均有毒；倪晖等[16]将REOB 加入冷再生混合料后分析其压实特性，发现混合料表面的沥青黏结性能提高，混合料压实效果得到改善。

本文提出REOB改性乳化沥青的配比和制备方法，测定REOB改性乳化沥青拌制的各项指标，测试不同质量占比的REOB冷再生沥青混合料中的各项路用性能，探究REOB改性乳化沥青与旧沥青的相互作用，可为REOB在冷再生沥青路面中的应用提供参考。

1 试验

1.1 REOB改性乳化沥青制备

1.1.1 原材料

采用阳离子慢裂型乳化剂、AH-70沥青，乳化剂、稳定剂、水、REOB及基质沥青的质量比为2.9∶0.2∶33.9∶2. 0∶61. 0。

1.1.2 制备工艺

REOB改性乳化沥青的制备步骤为：1)将基质沥青放入130～135 ℃烘箱中充分软化，用电磁炉将REOB预热至90～100 ℃；2)将乳化剂、稳定剂和水混合制成皂液并加热至70～75 ℃；3)将皂液加入预热好的胶体磨中并启动胶体磨，同时在90 s内缓慢加入沥青和REOB，该过程需用玻璃棒持续搅拌；4)沥青与REOB添加完毕后胶体磨继续运行约30 s后完成制备。

1.1.3 检测结果

检测制备好的REOB改性乳化沥青，其性能如表1所示。

表1 REOB改性乳化沥青性能检测结果

由表1可知制备的冷再生用REOB改性乳化沥青的性能符合文献[17]中的相关要求。

1.2 冷再生混合料配合比设计

某RAP为日照某二级公路的现场翻挖、铣刨料，该RAP的使用年限为10 a，RAP料表面旧沥青的针入度(25 ℃，5 s)、延度(10 ℃)、软化点分别为25.2(0.1 mm)、3.3 cm、64.1 ℃。RAP与矿粉合称集料。

1.2.1 级配曲线

根据文献[18-20]采用中粒式级配对冷再生混合料进行配合比设计，抽提RAP后将集料筛分成边长(0,5) mm和[5，15] mm两挡后调整级配，因通过筛孔边长0.075 mm的集料较少，所以掺加质量分数为5%的矿粉作填料，掺加与集料的质量比为1.5%普通硅酸盐水泥提高混合料早期强度。RAP料级配及混合料的合成级配曲线见图1。

图1 RAP料级配及混合料合成级配

1.2.2 水与集料的最佳质量比

设定REOB乳化沥青与集料的质量比为4.0%，调整水与集料的质量比分别为3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%，拌制混合料进行击实试验并测定干密度[21-23]，干密度随水与集料的质量比的变化曲线见图2。

图2 试件干密度随水与集料的质量比变化曲线

由图2可知：水与集料的质量比为4.0%时试件的干密度最大，因此水与集料的最佳质量比为4.0%。

1.2.3 REOB乳化沥青与集料的最佳质量比

保持水与集料的最佳质量比为4.0%，设计REOB乳化沥青与集料的质量比为3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%，按文献[24]中的方法制备标准马歇尔试件，试件养生后测试其15 ℃试验劈裂强度和24 h试验劈裂强度并计算干湿劈裂强度比，15 ℃试验劈裂强度随乳化沥青与集料的质量比变化曲线见图3，干湿劈裂强度比随乳化沥青与集料的质量比变化曲线见图4。

图3 15 ℃试验劈裂强度随REOB乳化沥青与集 图4 干湿劈裂强度比随REOB乳化沥青与集 料的质量比变化曲线 料的质量比变化曲线

由图3、4可知：REOB乳化沥青与集料的质量比为4.0%时，试件15 ℃劈裂试验强度和干湿劈裂强度比均达到最大。因此REOB乳化沥青与集料的最佳质量比为4.0%。

REOB改性乳化沥青冷再生混合料的设计配合比见表2。

表2 REOB改性乳化沥青冷再生混合料的设计配合比 %

1.3 试验方案

试验设定REOB乳化沥青与集料的质量比为0、4%、8%，分别进行马歇尔试件空隙率、高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性能试验以及半圆弯曲疲劳试验，研究不同的成型质量与路用性能的变化，分析REOB乳化沥青与集料的质量比对冷再生混合料性能的影响。

2 试验结果与分析

2.1 空隙率

将REOB乳化沥青与集料质量比不同的冷再生沥青混合料制成标准马歇尔试件，测量试件的毛体积相对密度和最大理论相对密度后计算空隙率，如表3所示。

由表3可知：随着REOB乳化沥青与集料质量比的增加，试件的空隙率逐渐减小，当REOB乳化沥青与集料的质量比为8%时，试件的空隙率与未掺REOB时相比减小了9.58%，原因是REOB使旧沥青软化，软化后旧沥青可更好地填充混合料空隙，冷再生混合料的空隙率减小[25]，试件内部结构更密实，混合料成型质量提高。

表3 REOB乳化沥青与集料的质量比不同时试件的密度及空隙率

2.2 路用性能

2.2.1 高温稳定性

将REOB乳化沥青与集料的质量比不同的冷再生沥青混合料成型车辙试件，REOB分别为0、4%、8%时，试件动稳定度DS分别为3590、3107、2853次/mm。

REOB乳化沥青与集料的质量比为4%、8%时，试件的动稳定度相比未掺REOB时分别减小了13.45%、20.53%，虽然REOB乳化沥青降低了冷再生混合料的空隙率，但RAP表面旧沥青的黏度下降，沥青和集料间的黏结力减小，集料的位移增大，冷再生混合料的抗剪切变形能力下降，高温性能变差[25]。

2.2.2 低温抗裂性

将车辙试件切割成小梁试件并进行低温小梁弯曲试验，结果见表4。

表4 REOB乳化沥青与集料的质量比不同时小梁试件的弯拉强度及劲度模量

由表4可知：随着REOB乳化沥青与集料的质量比的增加，小梁试件的低温弯拉强度和弯拉应变明显增加，与未掺REOB的乳化沥青冷再生混合料相比，REOB乳化沥青与集料的质量比为4%、8%时试件的弯拉应变分别增加了45.71%、79.71%。REOB软化了旧沥青，旧沥青的松弛能力提高，冷再生混合料试件的脆性降低，其塑性和低温抗裂性能提高。

2.2.3 水稳定性

制备REOB乳化沥青与集料的质量比为0、4%、8%的标准马歇尔试件，在养生、脱模后按照文献[24]中的方法进行浸水马歇尔稳定度试验和冻融劈裂试验，结果如表5所示。

表5 REOB乳化沥青与集料的质量比不同时试件残留稳定度及冻融劈裂强度比

由表5可知：REOB乳化沥青与集料的质量比为4%、8%时试件的残留稳定度比不掺REOB乳化沥青时分别增加了13.87%、18.19%，冻融劈裂强度比分别提高了1.84%、6.26%。加入REOB乳化沥青后，冷再生沥青混合料空隙率减小，受水损害较小，结构紧实，强度也得到提高，混合料的水稳定性得到改善[25-27]，且掺加REOB越多，对混合料的水稳定性改善效果越好。

2.2.4 疲劳寿命

制备REOB乳化沥青与集料的质量比为0、4%、8%的标准马歇尔试件，在养生、脱模后沿试件直径切割成2个等大的半圆试件，置于温度为15 ℃的试验环境箱中养生5 h，养生完成后在不同应力比条件下对试件进行半圆弯曲疲劳试验[24],结果见表6。

表6 REOB乳化沥青与集料的质量比不同时各应力比条件下的疲劳寿命 次

由表6可知：在各应力比条件下，相对于不掺REOB乳化沥青，随着REOB乳化沥青与集料质量比的增加，试件的疲劳次数均增加，例如当应力比为0.6时， REOB乳化沥青与集料的质量比由0增至8%，试件的疲劳次数增加了42.74%。REOB对旧沥青有再生作用，旧沥青性能得到恢复[25]，冷再生沥青混合料的疲劳寿命得以提高。

3 结论

1)设计制备冷再生用REOB改性乳化沥青的材料配比，制备好的改性乳化沥青经检测各项指标均满足规范要求。

2)REOB可软化RAP表面旧沥青，降低冷再生混合料的空隙率；与普通乳化沥青冷再生混合料相比，REOB乳化沥青与集料的质量比越高，试件空隙率减小越多，当REOB乳化沥青与集料的质量比提高至8%时，空隙率减小了9.58%。

3)与不掺加REOB乳化沥青时相比，REOB乳化沥青与集料的质量比增大，冷再生混合料的低温、水稳定性能及疲劳性能均提高。

4)REOB降低了旧沥青的黏度，混合料的抗剪切能力下降。与普通乳化沥青冷再生混合料相比，随着REOB乳化沥青与集料质量比的增加，冷再生混合料的高温稳定性下降，当质量比提高至8%时，动稳定度减小了20.53%。