Evotherm温拌再生沥青混合料路用性能研究

李佳坤，孔令云，陈先勇，郭天彪，郭 鹏，刘振秋

(1.重庆交通大学土木建筑学院重庆400074;2.重庆重交再生资源开发有限公司重庆400060)

目前我国公路建设事业已进入管养并重的新时期，国家主要高速路网已经基本建成。早期修建的公路已有大量进入了大中修期。大中修过程中产生的废旧料的处理已逐渐成为一个棘手的问题。一方面废旧料堆放需要占用大量的土地资源，污染环境。另一方面废旧料还有一定的利用价值，作为废旧料堆放造成了资源的严重浪费。废旧料的再生利用成为可持续发展的有效途径［1-2］。现阶段影响沥青路面热再生技术的关键问题是旧料的用量问题，旧料用量除受路用性能的制约外，施工温度是影响旧料掺量的重要方面。旧料用量过多，将导致最终再生混合料出料温度的偏低，影响正常的摊铺、碾压。现有的技术中，温拌技术可有效的降低施工温度30℃左右。基于热再生存在的主要问题(旧料掺量偏低)以及温拌技术的技术优势，笔者展开温拌技术在热再生方面的研究。温拌剂选择我国使用较为广泛的Evotherm，旧料掺量分别为0%，30%，40%，50%，研究主要从沥青混合料的高温性能、水稳定性能、低温性能等方面展开。

1 原材料

1.1 温拌剂

温拌剂技术采用美德维实伟克公司DAT浓缩液温拌技术，是美德公司Evotherm温拌技术的第二代技术。DAT浓缩液颜色为褐色或棕色。试验前，将DAT浓缩液与水按照1∶9的比例调配形成试验用的表面活性水溶液。试验过程中，先加入沥青，然后在沥青表面添加温拌剂，最后加入集料。在拌合过程中，表面活性水溶液在胶结料和混合料内部形成润滑结构，有助于提高混合料的拌和和易性。表面活性水溶液中的水会部分蒸发，残留的水存在于混合料中形成“水微粒”，有利于提高混合料的流动性。碾压完成后，表面活性成分转移到石料表面，并发生化学反应形成稳定的化学键，提高混合料的整体稳定性。

1.2 沥 青

试验用新沥青为SK 70#基质沥青，试验用旧料取于渝长路，首先将旧料去除2.36 mm以下细料，然后将旧料分成 3 档：2.36 ～4.75 mm，4.75 ～9.5 mm，9.5～ 13.2 mm，3 档旧料本身油石比分别为6.47%，4.26%，2.26%。新、旧沥青主要技术指标见表1。

表1 新、旧沥青主要技术指标汇总Table 1 New and old main technical index of asphalt

从以上数据可以发现，在新沥青中加入温拌剂后，温拌沥青的针入度、软化点、延度、黏度变化并不明显，这与基于表面活性的温拌剂机理有关，即在沥青与集料间形成润滑结构而不改变沥青的黏度等指标;旧沥青老化后针入度变小，沥青变硬，延度降低，沥青变脆，软化点升高，高温稳定性提高，黏度变大。

1.3 集 料

试验用新集料为石灰岩，旧集料为花岗岩，各项技术指标见表2。经过试验测试，其性能满足JTG F 40—2004《公路沥青路面施工技术规范》［3］要求。旧料抽提后，各档旧料的级配如图1。

表2 集料主要技术指标Table 2 Main technical index of aggregate

图1 旧料抽提后级配曲线Fig.1 Grading curve of the old material after extraction

2 配合比设计

2.1 试验条件及混合料级配

新集料预热温度160℃，旧料预热温度110℃，新沥青预热温度145℃，拌合温度145℃，成型温度135℃。预热时间均为2 h。防止新沥青老化，加热时间不宜过长，加热温度不宜高于145℃太多。

采用AC-13型沥青混合料，混合料级配选择在中值的基础上调整级配，使级配曲线形成倒S曲线，级配曲线详见图2。

图2 AC-13型沥青混合料级配曲线Fig.2 Gradation curve of AC-13 type asphalt mixture

2.2 热拌沥青混合料最佳沥青用量确定

采用传统的热拌方法确定沥青用量，试验初拟油石比分别为 4.0%，4.5%，5.0%，5.5% 的 4 个油石比，采用传统的马歇尔方法成型试件，测试各油石比沥青混合料稳定度、流值、毛体积相对密度，并计算孔隙率、矿料间隙率、沥青饱和度，试验结果见表3。参照JTG F 40—2004《公路沥青路面施工技术规范》［4］中规定的最佳沥青用量计算方法，确定AC-13型沥青混合料的最佳油石比为4.8%。

表3 马歇尔试验各项技术指标Table 3 Technical index of the Marshall test

3 温拌沥青混合料路用性能

试验中，温拌再生沥青混合料采用与热拌沥青混合料一致的油石比。首先确定各档旧料的掺配比例。通过旧料的油石比及级配，计算掺入各档旧料中所含旧沥青质量及旧集料级配。总的沥青质量减去旧沥青质量即为所需加入新沥青质量。目标级配减去旧集料级配即为所需加入新集料级配。

试验研究了旧料掺量0%，30%，40%，50%的温拌沥青混合料及旧料掺量0%的热沥青混合料的高温性能、水稳定性能、低温性能。

3.1 高温性能

车辙试验评价是国内评价沥青混合料高温性能的常用方法，通过试验测试混合料的动稳定度，以此作为评价指标。按照规范成型长300 mm、宽300 mm、厚50 mm的车辙板，在常温下放置1 d后，放置于温度为60℃的恒温室中保温5 h，然后置于碾压实验台上开始试验［5］。试验测试了不同旧料掺量下沥青混合料动稳定度，试验结果见表4、图3。

表4 温拌再生沥青混合料车辙试验结果Table 4 Rutting test results of warm mix asphalt mixture

图3 温拌再生沥青混合料动稳定度相对增加量与旧料掺量关系Fig.3 Relation figure between old material mixing amount and dynamic stability of warm-recycled asphalt mixture

由表4、图3可以看出：

1)级配等条件均相同的条件下，温拌沥青混合料的动稳定度略低于热拌沥青混合料的动稳定度，根据已有文献分析［6-7］，导致该现象的原因主要是热拌沥青混合料生产过程中加热温度高于温拌沥青混合料，其导致的沥青的老化严重于温拌过程，从而导致了其动稳定度略高;

2)掺加旧料有利于提高温拌沥青混合料的动稳定度，且动稳定度的相对增加量与旧料掺量呈良好的线性关系;根据已有资料分析［8］，引起该现象的原因主要是旧料中旧沥青老化，黏度增加，沥青变硬，抗高温性能增强。

3.2 水稳定性能

在国内，通常采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验评价沥青混合料水稳定性能，张镇［9］研究发现冻融劈裂试验比浸水马歇尔试验更严格，更能反映水稳定性能优劣。所以，笔者采用冻融劈裂试验评价温拌再生沥青混合料的水稳定性能。按照规范采用马歇尔击实方法成型试件，双面各击实50次，试验结果见表5。

表5 冻融劈裂试验结果Table 5 Freeze-thaw splitting test results

由表5可以看出：

1)温拌剂的加入，对沥青混合料的冻融劈裂强度有一定的提高;

2)对本研究中采用的旧沥青混合料而言，旧料掺量在40%以内时，温拌再生沥青混合料的冻融劈裂强度比增加，抗水稳定性提高，旧料掺量高于40%时，温拌再生沥青混合料的冻融劈裂强度比减少，抗水稳定性减弱，可见，温拌再生沥青混合料的冻融劈裂强度与旧料掺量之间呈现先增加后减小的关系。

3.3 低温性能

采用沥青混合料弯曲试验评价温拌沥青混合料低温性能，将碾压成型的车辙板切割成长(250±2)mm、宽(30±2)mm、高(35±2)mm 的棱柱体。试验跨径为(200±2)mm，温度为－10℃，加载速率为50 mm/min［9］，试验结果见表 6。

表6 －10℃沥青混合料弯曲试验结果Table 6 Bend test results of asphalt mixture at－10℃

由表6可以看出：

1)温拌沥青混合料的低温弯拉破坏强度、劲度模量、最大破坏应变均与热拌沥青混合料的相当，可见，温拌剂的添加，对沥青混合料的低温性能影响不显著;

2)随着旧料掺加量的增加，温拌再生沥青混合料的低温弯拉强度、劲度模量呈增大的趋势，而低温弯拉破坏应变则呈显著减小的趋势，可见，随着旧料掺量增加，温拌再生沥青混合料低温性能有下降的趋势。

4 结论

1)温拌剂对沥青混合料的高温稳定性、低温性能影响不显著，但对沥青混合料的水稳定性有一定的正面作用;

2)温拌再生沥青混合料中，混合料的高温性能随着旧料掺量的增加呈良好的线性增加关系;混合料的水稳定性随着旧料的掺加呈先增加后减小的趋势，存在明显的拐点;而混合料的低温性能，则随着旧料掺量的增加而显著的降低。

3)温拌再生沥青混合料的高温性能优于温拌沥青混合料，但低温性能不及温拌沥青混合料;水稳定性能受旧料掺量影响，适当掺加旧料有利于提高水稳定性能，此时水稳定性能优于温拌沥青混合料，相反，旧料掺量过多时水稳定性能衰减，导致温拌再生沥青混合料水稳定性低于温拌沥青混合料。

笔者主要就温拌再生的路用性能进行了室内试验研究，对引起上述性能变化的机理未能作相应的研究，在后续的研究中，可针对引起上述现象的机理做进一步的深入研究，尤其是旧料掺量对温拌再生沥青混合料水稳定性影响中，拐点出现的机理的研究。

［1］韦琴，杨长辉，熊出华，等.旧沥青路面再生利用技术概述［J］.重庆建筑大学报，2002，29(3)：128-131.Wei Qin，Yang Changhui，Xiong Chuhua，et al.Recycling technology of aged asphalt pavement［J］.Journal of Chongqing Jianzhu U-niversity，2002，29(3)：128-131.

［2］颜彬，徐世法，高金歧，等.沥青再生技术的现状与发展［J］.北京建筑工程学院学报，2005，21(1)：72-75.Yan Bin，Xu ShiFa，Gao Jinqi，et al.An overview and development analysis of asphalt recycling technology［J］.Journal of Beijing Institute of Civil Engineering and Architecture，2005，21(1)：72-75.

［3］黄晓明，赵永利.沥青路面再生利用试验分析［J］.岩土工程学报，2001，23(1)：468-471.Huang Xiaoming，Zhao Yongli.Test and analysis of recycled mixture for old asphalt pavement［J］.Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2001，23(1)：468-471.

［4］JTG F 40—2004公路沥青路面施工技术规范［S］.北京：人民交通出版社，2004.JTG F 40—2004 Technical Specifications of Highway Asphalt Pavements［S］.Beijing：China Communications Press，2004.

［5］JTJ 052—2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程［S］.北京：人民交通出版社，2000.JTJ 052—2000 Standard Test Methods of Bitumen and Bituminous Mixtures for Highway Engineering［S］.Beijing：China Communications Press，2000.

［6］季节，孙立军，徐世法.沥青两次老化规律的对比分析［J］.同济大学学报：自然科学版，2009，37(5)：643-646.Ji Jie，Sun Lijun，Xu Shifa.Analysis of asphalt aging regulations after two aging processes［J］.Journal of Tongji University：Natural Science，2009，37(5)：643-646.

［7］田小革，羊明，吴文彪.老化对沥青结合料性能参数的影响［J］.公路与汽运，2006(6)：68-70.Tian Xiaoge，Yang Ming，Wu Wenbiao.The aging of asphalt binder performance parameters［J］.Highways ＆ Automotive Applications，2006(6)：68-70.

［8］马涛，黄晓明，张久鹏.基于材料复合理论的老化沥青再生规律［J］.东南大学学报：自然科学版，2008，38(3)：520-524.Ma Tao，Huang Xiaoming，Zhang Jiupeng.Recycling law of aged asphalt based on composite theory of material［J］.Journal of Southeast University：Natural Science Edition，2008，38(3)：520-524.

［9］张镇，刘黎萍，汤文.Evotherm温拌沥青混合料性能研究［J］.建筑材料学报，2009，12(5)：438-441.Zhang Zhen，Liu Liping，Tang Wen.Research on performance of Evotherm warm-mix asphalt［J］.Journal of Building Materials，2009，12(5)：438-441.