高掺量再生钢渣沥青混合料组成与设计研究

魏明华 徐 洋 吴少鹏 庞 凌 张谢东

(武汉理工大学交通与物流工程学院1) 武汉 430070) (中交第二公路勘察设计研究院有限公司投资公司2) 武汉 430050) (武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室3) 武汉 430070)

0 引 言

目前沥青混凝土路面是我国主要的公路路面形式[1].面对交通量大、载重交通多的交通现状，部分公路在运营初期就出现破损或者急需维修的状况，倘若将旧路翻新，直接采取优质新拌沥青混合料来替代废弃混合料，会大大增加建设成本[2-3].而将废旧混合料进行再生利用，将会降低维修成本、提升维护效率，减少对资源环境的破坏，社会效益与经济效益极高.

废旧沥青混合料(RAP)的再生技术一直是行业研究热点.Aurangzeb等[4-5]分析了 RAP 掺量比对再生沥青混合料的力学特性与体积性能的影响，结果表明：不同 RAP 掺量制备的再生料的最佳油石比相差不大，而在最佳油石比下矿料间隙率(VMA)随 RAP 料来源的不同而呈现出差异性的的变化.Kim等[6-7]研究发现：随着RAP料的掺配比例从0提升到45%时，再生混合料的再生沥青用量增加了1%，同时 VMA 值也略有提升.刘军等[8]对复合添加剂再生沥青进行研究，同时借助回归模型优选复合添加剂的掺量.Cao等[9]测试了不同掺量再生剂的制备的再生沥青混合料的路用性能，研究表明：再生剂掺量存在一个合适的区间，当超过这个范围后再生剂并不能达到预期的效果.

迄今，国内外学者对沥青再生的研究主要集中在研发再生剂材料和沥青与再生剂的相互作用过程，对如何把控再生剂的掺量的研究不是很全面.且国内外对于再生混合料的材料组成的常规设计思路认为，再生混合料的旧料掺量比、再生剂、新沥青用量的设计方法与普通沥青混合料有所区别外，其余方面基本一致.

老田陪着侯大同蹲在无花果树边。老田每次来，侯大同要么在伺弄他的无花果，要么就是抱着他的女儿。两件事都让老田摸不着头脑，一个大男人，喜欢花草倒也勉强说得过去，没听说过有谁喜欢果树的。何况，还这么痴迷。那女儿呢，都六七岁了，侯大同还整天抱着，累不累啊？老田觉得这个菜农真是怪。

文中采用坚硬耐磨且黏附性强的两种产地的钢渣和一种玄武岩作为高掺量RAP再生料的新集料，外掺钢棉纤维增韧材料，弥补再生料低温脆性的不足，基于室内实验制备了50%、60%和70%RAP掺量下的再生沥青混合料.从RAP的含水量、旧沥青和旧集料的性能评价来综合评估RAP在再生料中的应用可能性.研究不同掺量再生剂的再生沥青的性能，确定再生剂在RAP老化沥青中的掺量，制备不同比例新老沥青与再生剂混合的混融沥青，评价混融沥青的流变性能和分子结构，最后研究确定再生料的拌和温度和拌和顺序.

1 RAP 材料的性能评价

1.1 RAP的含水量

武黄高速汉十段RAP均分分成五组，每组三份，分别称其湿重，再经60 ℃烘箱烘干至恒重，得到的含水率的结果见表1[10].

1.2 旧沥青的性能评价

采用燃烧法测定的沥青含量较实际沥青含量偏大，这是由于燃烧法测定沥青含量时燃烧炉的温度为538±5 ℃，此时沥青混合料中的集料中的碳酸盐如碳酸镁等物质在540 ℃开始受热分解；同时混合料中的矿粉等小颗粒物质有部分会随高温气流而冒出.因此，在实际的计算过程中这两部分都被误认为沥青，从而导致测定测试结果偏大.本实验中沥青含量的修正系数为82%，表2为RAP的沥青含量.由表2可知：旧沥青混合料中所含的沥青含量较高，平均值为4．96%，表明RAP有很大的再利用价值.

表2 RAP中沥青含量

RAP中回收沥青的基本性能指标见表3.由表3可知:老化沥青的感温性增强、变硬变脆，各项指标均不满足规范要求.

表3 RAP中回收沥青的基本性能指标

1.3 旧集料的性能评价

脂肪族官能团指数=A1 456-1+1 376-1/A2 000～600-1

为了定量地评价不同比例的再生剂制备的混融沥青的再生效果，选取四个官能团指数来对比不同沥青的结构差异，计算公式为

表4 RAP中旧集料的基本性能指标

2 RAP材料的组成设计

2.1 再生剂用量的确定

选用S再生剂为代表，测试得到的不同掺量的再生沥青的性能指标见表 5.由表5可知：再生沥青的针入度和延度随S再生剂掺量的增大而增大，而软化点呈现相反的趋势.权衡各方面性能指标，确定再生剂的掺量为老化沥青质量的6%wt.

表5 不同掺量下再生沥青的性能指标

2.2 混融沥青的性能评价

为了真实模拟实际混合料拌和过程中，新老沥青及再生剂的融合，现按再生剂和老沥青质量比6%制备含不同再生剂的再生沥青，然后按照老沥青占混融沥青质量比40%、50%、60%、70%和80%制备不同比例混合的混融沥青，混合温度为固定为160 ℃，得到的混融沥青的试件编号见表6.

表6 不同比例混合的混融沥青编号

1) 复数模量和相位角 含有不同再生剂的混融沥青的复数模量见图1.

式中:G*为试样的复数剪切模量，Pa；T为温度，K；C为常量.复数模量指数的绝对值|GTS|可反映沥青的感温性，温度敏感性越高的沥青其|GTS|越大.

胰蛋白胨、乙酸钠、牛肉浸膏：国药集团化学试剂有限公司；引物、PCR Master Mix、细菌基因组提取试剂盒：天根生化科技有限公司；革兰氏染色液：南京建成科技有限公司；其他试剂：均为分析纯。

四、学习贯彻十七大，围绕贫困职工解困，在维权帮扶上下功夫。学习贯彻十七大，要加强工会与信访、司法、劳动保障、卫生、安全监督管理等部门和单位的工作联系，形成信息互动、工作联动，优势互补的工作格局。师团两级工会要深入到困难群众中去，倾听职工群众呼声，关心群众疾苦，时刻把群众安危冷暖挂在心上，以师市总工会困难职工帮扶中心为中枢，建立健全基层帮扶工作站和维权解困预警机制，切实维护师市职工队伍和社会的稳定。

图1 含有不同再生剂的混融沥青的复数模量

不同混融沥青的相位角见图2.由图2可知：混融沥青的相位角随温度的变化规律与复数模量相反.新沥青的相位角最大，混融沥青的相位角其次，抽提老沥青的相位角最低.综合比较两种再生剂制备的混融沥青，在RAP掺量低于70%时，其相位角与新沥青的差别不大，但当其掺量达到80%时，其相位角的下降趋势较明显，逐渐趋近老沥青的相位角.

同样的规律应用到不同再生剂制备的混融沥青，其复数模量指数的拟合结果见图4.由图4可知：新沥青的复数模量指数最大，代表其最高的温度敏感性.苏博特组混融沥青与常州组混融沥青的复数模量指数均表现为其值随RAP老沥青含量的增加而降低.在相同老沥青掺量的情况下，苏博特组混融沥青的复数模量指数高于常州组.随着RAP掺量的增大，两种再生剂对混融沥青的温度敏感性的提升效果均降低.

图2 含有不同再生剂的混融沥青的相位角

2) 复数模量指数 复数模量指数(GTS)是复数模量的双对数与温度的对数的曲线的斜率，即

lglgG*=GTS·lgT+C

(1)

由图1可知：随着温度的上升，10种混融沥青的复数模量均呈现下降的趋势.对含苏博特再生料的混融沥青而言，从S1到S5，其对应的复数模量逐渐增加.这表明随着RAP中抽提老沥青含量的增加，混融沥青逐渐变硬，在老沥青掺量增加到80%后，混融沥青的复数模量接近老沥青.含常州再生剂制备的混融沥青的复数模量随老沥青掺量增加的变化趋势与苏博特组相似，区别在于，在相同老沥青的掺量下，常州沥青对老化沥青的软化效果不如苏博特再生剂.

图3中新沥青的lg(lgG)-lgT曲线，根据其线性回归方程可以得到斜率，对其斜率取绝对值得到新沥青的|GTS|为5.069 3.拟合曲线的回归系数R2值为0.997 4，代表了拟合结果的高准确度.

人类面临的最大危机与挑战是什么？这是关心和思考社会发展与人类命运的有识之士乐于回答、也必须回答的问题。可以说，以看护人类为己任的思想家、学术大师、专家学者、哲人智者们往往都会展望未来、探究人类面临的危机与挑战。看护人类、为世界体检看病，首先关注的当然是最严重的病患。谁能够最先、最深刻、最准确地发现人类面临的最大的困境、危机与挑战，谁就揭示了关乎人类命运的头等重要的奥秘。这既是最具现实意义的探索，也形成了争相探究最大危机真相的高端智力竞赛。

研究发现，患者家庭CHE发生的概率随着收入水平的增加而逐渐降低，低收入者的就医经济风险度较大。受到经济条件的限制，低收入的慢性病患者常常要么不寻求医疗服务，要么寻求廉价的不恰当的医疗服务，世界银行的研究[19]显示，在2008年，应接受而未接受住院治疗的患者中，35%是农村低收入慢性病患者，在这其中有82%的患者是由于经济困难。井珊珊等[20]的研究也指出，经济困难仍然是农村慢性病患者不去就医的重要原因。

1. USGovt (United States government) no intention of acting in a manner to call into question China’s de Juri sovereignty over Tibet.

图4 不同混融沥青的复数模量指数

3) 车辙因子 含有不同再生剂的混融沥青的车辙因子见图5.

图5 含有不同再生剂的混融沥青的车辙因子

由图5可知:随着温度的上升，混融沥青的车辙因子均呈现下降的趋势.老沥青的车辙因子最大，混融沥青的车辙因子较新沥青的高，且随着RAP老沥青掺量的增加，混融沥青的车辙因子逐渐增大．在掺量达到80%时，对应的S5和C5组的车辙因子接近老沥青的数值，表明在此掺量下再生剂对老沥青的再生效果不理想.在相同RAP老沥青的掺量下，苏博特再生剂对RAP中老沥青粘性成分的恢复效果要优于常州组.

首先，建立由学院党委组织统一领导下的竞赛工作团队。由党委副书记负责统一领导各个竞赛团队的组织协调工作，从政治的高度和全局的视角组织领导各项学科竞赛工作，避免了各学科竞赛团队之间缺乏呼应、难以协调、各自为战的不利局面。同时组织学院相关部门承担各支竞赛团队的后勤保障与对外协调任务，学工、教务、办公室、教研室、实验室各部门协同合作，全方位参与全过程服务育人，保障了各个竞赛团队享有充足的教学资源和社会资源，保障与学校其他职能部门的合作沟通顺畅无阻，无后顾之忧地投入到学科竞赛中去。

4) 疲劳因子 沥青的疲劳因子(G*·sinδ)可以反映沥青的疲劳抵抗性.图6为两种混融沥青的疲劳因子.

图6 含有不同再生剂的混融沥青的疲劳因子

由图6可知：随着温度的上升，沥青的疲劳因子逐渐降低.整体而言，常州组混融沥青的车辙因子低于苏博特组．疲劳因子为5 000 kPa下的温度定义为沥青的疲劳临界温度，新沥青的疲劳临界温度最低(为13.6 ℃)，混融沥青的温度次之，老沥青的临界温度最高，达到19.9 ℃.在相同的老沥青的掺量下，苏博特再生剂对老化沥青的抗疲劳性能的提升效果优于常州再生剂.

6) 分子结构 混融沥青的红外光谱见图8.

由图7可知：混融沥青的复合黏度随频率的增大而降低.随着RAP老沥青掺量的增加，两种再生剂制备的混融沥青的复合黏度逐渐下降，在掺量达到80%时，其黏度接近老沥青的数值.苏博特组再生剂对老化沥青降黏效果要强于常州组.

图7 含有不同再生剂的混融沥青的60 ℃下的复合黏度

5) 黏度 图7为不同再生剂的混融沥青在60 ℃下的复合黏度.

由图8可知：加入再生剂的混融沥青与新老沥青相比，没有出现新的吸收峰.这说明再生剂的加入只是对RAP中老沥青的组分起到补充作用.各沥青的吸收峰的位置基本相似，从沥青老化的特征峰羰基(1 700 cm-1波数)和亚砜基(1 030 cm-1波数)的强度来看，加入再生剂和新沥青的混融沥青在这两处的吸收峰的强度出现了明显的降低，这表明RAP中的老化沥青得到了有效再生.

图8 不同比例的混融沥青的红外光谱

经计算，工况2下的线缆长度约为1 026 mm,该长度小于1 047 mm,由此可知跨接线缆长度不满足该工况的要求。因此将线缆SC1的固定高度调整为630 mm，如图4 c)所示。经计算,工况3下的跨接线缆长度约为1 056 mm,该长度小于1 047 mm，由此可知跨接线缆长度满足该工况的要求。在方案确定后，在车端箱内对线缆保留适当余量，再根据车辆小曲线试验进行调整，最终确定跨接线缆的安装长度为1 070 mm±10 mm。

在当前的教学模式下，教师在讲授相关理论知识时，普遍采用的是视频文件、幻灯片、文档等形式，而学校往往因为各类因素的限制，导游课程教学与实训难以与实际结合起来，学生与社会需求的人才普遍脱节，导致学生社会适应能力下降。

羰基官能团指数=A1 700-1/A2 000～600-1

(2)

亚砜基官能团指数=A1 030-1/A2 000～600-1

(3)

RAP中回收的旧集料的性能指标见表4.由表3～4可知：旧集料的针片状颗粒含量与压碎值并没有明显增大，其值均满足规范对混合料用粗集料的要求，可用于混合料的再生.

(4)

芳香族官能团指数=A1 600-1/A2 000～600-1

(5)

图9为不同比例的混融沥青的四种官能团指数.由图9可知：两种再生剂制备的混融沥青的官能团指数均介于新沥青和老沥青之间.随着RAP老沥青含量的增加(即从SA到S5或从C1到C5)，混融沥青的羰基指数、亚砜基指数和芳香族指数逐渐增大，脂肪族指数逐渐减小.由于自由基的活性受到抑制，再生阶段大分子苯环取代物出现裂解，其苯环外的氢原子会发生取代反应，苯环间会相互搭接，从而造成再生沥青中芳香族化合物组分含量的降低.

图9 不同比例的混融沥青的官能团指数

与常州组混融沥青相比，苏博特组混融沥青的羰基指数、亚砜基指数和芳香族指数较小，其脂肪族指数较大.这说明苏博特再生剂对老化沥青的渗透作用更强，其再生效果更好.混融沥青的官能团指数介于新老沥青之间，这也表明再生剂在RAP老化沥青进行了扩散渗透，老沥青与新沥青和再生剂发生了融合，在不同RAP老沥青含量下形成了不同梯度的分布，新旧沥青见形成了不同程度的相互作用，从而恢复老沥青的性能.

3 RAP的拌和温度和拌和顺序

3.1 拌和温度的确定

再生料的设计规范中规定RAP旧料的预热温度为110 ℃，实验过程中发现110 ℃的预热温度不足以使得RAP中的旧沥青得到完全释放，而提升油石比也会出现明显的“花料”现象.通过相关文献和实际经验得到了再生沥青混合料成型时新旧料温度在不同掺量下的建议值，见表7[11].再生料在不同RAP掺量下的拌和温度统一设定为175 ℃.

小流域面积相对较小，河道比降大，洪水汇流速度非常快，洪水陡涨陡落，各小流域之间又相互关联，加上山区小河流水文资料缺乏，目前预报方法不多。

表7 再生沥青混合料成型时新旧料温度建议值

3.2 拌和顺序的选择

在再生料的拌和中应先将再生剂与RAP先进行预拌和这样可使再生剂的再生效果达到最优.但考虑到所添加的再生剂含量太少，当其与RAP预先拌和时很难和RAP完全接触，从而导致最后再生剂与旧沥青的混融效果差，达不到预计的再生效果.本文参考文献[12]的拌和顺序，即先将RAP与新集料预拌90 s，再分次加入钢棉纤维拌和30 s，然后将再生剂与新沥青一起加入到RAP与新集料的混合料中拌和90 s，最后再添加预先加热好的矿粉拌和90 s得到所需的再生混合料，再生料的拌和顺序见图10.

图10 再生料的拌和顺序

4 结 论

1) RAP的含水率为1.31%，满足再生料的不高于3%的指标要求．RAP中的旧沥青感温性增强、变硬变脆，各项指标均不满足规范要求，其含有的旧集料的性能指标均满足混合料用粗集料的要求，可用于混合料的再生.

2) 随着再生剂掺量的增大，再生沥青的针入度和延度增加，软化点降低．再生剂在RAP老化沥青中的最佳掺量为沥青质量的6%.

3) 混融沥青的各项性能指标均介于老沥青和新沥青之间，且随着RAP老沥青含量的增加，其复数模量、车辙因子、疲劳因子、羰基官能团指数、亚砜基官能团指数和芳香族官能团指数逐渐增大，相位角、复数模量指数和脂肪族官能团指数逐渐减小.整体而言，苏博特再生剂对RAP老化沥青的再生效果优于常州再生料.当混融沥青中RAP掺量高于70%后，其各项性能指标显著下降.

4) 再生料在不同RAP掺量下的最佳拌和温度统一设定为175 ℃.对于再生沥青的拌和顺序，首先预拌RAP与新集料，再分次加入钢棉纤维，然后将再生剂与新沥青一起加入到RAP与新集料的混合料中，最后再添加预先加热好的矿粉，即可得到所需的再生混合料.