高速公路旧沥青混凝土路面材料性能分析与评价

2015-02-10朱晓煜

交通科技 2015年2期

朱晓煜

（同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海 201804）

为了推广公路养护新技术、节约能源、保护环境，沥青路面的局部破损采用就地再生技术进行维修［1］。在对高速公路沥青路面局部破损处就地再生技术进行维修之前，需要将破损处沥青面层AC－13型沥青混合料铣刨，并回收铣刨料的旧沥青和集料，测定旧沥青的含量，以及旧沥青性质，分析回收集料的级配特点；为考虑现场热再生时铣刨料在加热拌和过程中的二次老化，将铣刨料在现场直接加入养护综合车加热拌和，并将拌和后的沥青混合料取回进行室内试验，分析沥青、集料的性质。根据室内试验结果，评价旧沥青混合料的性能，考察其再生利用的适用性，指导后续再生沥青混合料目标配合比设计［2－3］。

1 RAP料备料

通过铣刨机获得的铣刨料为块状材料，对其进行室内试验测定和性能分析之前需进行预处理［4］。预处理过程中应注意：

（1）避免铣刨料加热过程中的二次老化。若烘箱温度设置过高或加热时间过长，铣刨料中的旧沥青可能会产生二次老化，与实际铣刨料中的旧沥青性质产生差异。

（2）避免铣刨料中的集料破碎。集料破碎会增大RAP料变异性或导致RAP料中集料的进一步细化等。

2 RAP料中沥青回收方法

铣刨料中沥青回收大致可划分为抽提、清除矿粉和蒸馏3个步骤［5－6］。

（1）沥青抽提。沥青抽提需注意方法和溶剂的选择2个关键点。JTJ052－2000中的沥青混合料抽提的方法有脂肪抽提器法、回流抽提仪法和离心分离法3种，离心分离法设备简单，适于常温操作从而有效避免加热过程中回收沥青的二次老化现象，现在应用最广泛，因此本文采用离心分离法作为沥青抽提的方法，并对试验过程进行严格控制，以减少抽提液等的损失。同时选用加有稳定剂的工业用三氯乙烯作为沥青抽提过程中使用的溶剂。

（2）清除矿粉。清除抽提液中的矿粉是RAP料中沥青回收过程中很重要的一个环节。离心分离过程中需注意：①倒入离心管的抽提液不宜太满，避免离心机转子旋转过程中离心管倾斜导致抽提液洒出或产生偏心现象，影响试验结果；②从离心管中倒出经离心分离后的抽提液时应保留离心管底部的部分抽提液，防止带入已沉淀在离心管底部的矿粉。

经离心分离后的抽提液还需检验其中的矿粉是否清除干净。依据JTG E20－2011，用坩埚取用少量经离心分离后的抽提液，置于500℃的高温炉中燃烧4h后，称量后发现坩埚中的矿粉质量已可以忽略不计。

（3）溶液蒸馏。本研究采用阿布森法对抽提液进行蒸馏，但仍需注意对温度和CO2气体流量的控制，原因在于：①温度太高容易引起抽提液中旧沥青的二次老化，并可能造成烧瓶内抽提液的沸腾，而温度太低不能保证三氯乙烯溶剂的挥发；②通入的CO2气体能有效避免旧沥青的二次老化以及抽提液的沸腾。本研究依据JTGE20－2011方法T726－2011中的规定，蒸馏过程中不断增加加热温度并最终控制烧瓶内温度为160℃左右，不断增加CO2气体流量并最终控制在1 400mL／min。许多研究成果表明，少量的三氯乙烯也会对回收的旧沥青的性质产生很大的影响。因此，本试验中为了保证回收的旧沥青中的三氯乙烯溶剂尽可能地被充分清除，操作上一定要做到严格控制温度、时间等。

3 RAP料中集料回收方法

参考JTGE20－2011中方法T0722－1993，将抽提过沥青溶液后容器中的集料放入（105±5）℃烘箱中烘干。

4 RAP料中集料级配分析

选择高速局部破损较严重段落K36＋220（已使用10年）和K54＋300（已使用5年），将破损处铣刨，为考虑现场高温加热对旧沥青性能的影响，取部分铣刨料直接加入到综合养护车内拌和，分别对上述4种旧料进行分析。

按照上述RAP料中集料回收方法，依据JTGE42－2005中方法T0302－2005对回收得到的RAP料中集料进行筛分，见图1和图2，计算RAP料中集料的级配组成。

图1 抽提完集料烘干

图2 集料筛分

将RAP料中集料级配曲线与JTGF40－2004中规定的AC－13型混合料矿料级配范围中值比较后发现，RAP料中粗集料的数量明显偏少，见图3。分析其可能原因，有如下几点：①路面原材料中部分粗骨料的压碎值不满足规范要求；②原路面粗骨料可能在重载作用下被压碎；③原路面铣刨过程中粗骨料可能被碾碎。

图3 不同年份RAP料抽提后筛分结果

由于RAP料级配曲线中对应的粗骨料缺乏，因此为保证混合料良好的性能，在再生沥青混合料目标配合比设计中应注意补充适当的粗骨料。

5 RAP料中沥青含量

准确测定RAP料中沥青含量是再生沥青混合料目标配合比设计的基础，它直接关系到再生沥青混合料中新沥青掺量的确定。依据JTGE20－2011中方法T0722－1993，试验测定了不同年份RAP料中沥青含量，测定结果见表1。

表1 RAP料中沥青含量试验数据及结果

试验过程中应对各个环节的操作严格把关，至少要注意2个关键点：①要尽可能地将RAP料上的旧沥青抽提干净，严格按照规范要求进行数次重复抽提，以免抽提后的旧集料上有旧沥青残存而影响RAP料中沥青含量测定的准确性；②要准确测定抽提液中矿粉的含量。

6 RAP料中沥青性质

在再生沥青混合料目标配合比设计中，为了能够正确地选择合适的沥青再生方法，选择合理标号的新沥青及再生剂的掺量，必须首先准确测定RAP料中沥青必要的技术指标。

选择高速局部破损较严重段落K36＋220（已使用10年）和K54＋300（已使用5年），将破损处铣刨，为考虑现场高温加热对旧沥青性能的影响，取部分铣刨料直接加入到综合养护车内拌和，分别对上述4种旧料进行分析。按照上述RAP料中沥青回收方法，依据JTGE20－2011中方法T0604－2011，T0605－2011，T0606－2011和T0603－2011，分别测定RAP料中沥青的25℃针入度、软化点、15℃延度，测试结果见表2及图4～图6。

表2 RAP料中沥青性质

图4 回收沥青软化点对比

图5 回收沥青15℃延度对比

图6 回收沥青25℃针入度对比

由RAP回收沥青性质分析：RAP料中沥青的25℃针入度、软化点和15℃延度均不能满足规范要求，其中25℃针入度和15℃延度大幅度降低，软化点升高，RAP料中沥青已严重老化；与使用5年的沥青相比，使用10年的沥青软化点有所升高，25℃针入度和15℃延度大幅度降低；相同的RAP料经过加热拌和后，老化程度进一步加重。