Thiopave在旧沥青路面混合料温拌再生中的应用研究

2018-02-27黄吉国

西部交通科技 2018年12期

黄吉国，黄蛟

（1.贵州省遵义公路管理局，贵州遵义 563000；2.贵州省都匀公路管理局，贵州都匀 558000）

0 引言

随着我国西部大开发的快速推进与大规模公路建设的完成，大量公路路面已进入集中维修期。如何高效绿色地利用废旧沥青路面材料（RAP），减少对资源的浪费和环境污染，是摆在各级公路管理部门面前必须考虑并要尽快研究解决的重大课题。为此，全国不少科研机构与公路管理部门合作，开展了沥青路面循环再生利用的研究与实践，取得了一定的成果与效益。但研究主要集中在热再生和冷再生方面，对温拌再生研究严重不足，具体工程应用就更少。结合笔者单位的沥青路面改造需要，课题组与壳牌（中国）有限公司北京实验中心等单位合作，开展了Thiopave在旧沥青路面混合料温拌再生技术的应用研究，取得了一系列技术成果，为工程顺利实施提供了技术支撑与保障。

课题组通过对典型RAP沥青含量及配合比分析，提出50%新集料＋50%RAP旧料＋新沥青＋Thiopave改性剂的AC－20沥青再生混合料配比，按马歇尔法进行设计，并对设计的再生沥青混合料进行了抗高温、低温及水损害能力方面的实验室验证。通过实验分析，发现其路用性能全部达到规范要求，并大大高于热拌沥青混合料（HMA）的性能，高温稳定性甚至超过SBS改性沥青混合料。这充分说明通过Thiopave来改性再生高掺量RAP在技术上是完全可行的，同时还具有节能减排、降低污染和经济效益好等特点，是RAP循环再生利用的好方法。

1 Thiopave温拌再生沥青混合料实验配比设计

1.1 Thiopave温拌再生沥青混合料设计思路

大量研究与实践证明，Thiopave对于旧沥青材料不仅具有再生功能，而且还具有改性和降低拌合温度、防止旧沥青胶结料进一步因加温老化等特质，非常适合作为再生剂用于RAP性能再生与恢复。因此，Thiopave温拌再生沥青混合料总体设计思路为：加入一定新集料以恢复RAP因行车荷载长期作用和旧沥青路面因铣刨、破碎等施工原因引起的集料被磨光、压碎、散失等性能降低及级配不合理的系列问题，以重新掺配的新旧混合料级配满足规范要求为设计目标。沥青胶结料方面则通过添加新沥青与Thiopave改性剂来改造并恢复已经老化的旧沥青胶结料的各种物理力学性能。

1.2 旧沥青路面材料组分分析

课题组选取了遵义G326线重载交通路面严重龟网裂并老化贫油的沥青混合料旧料进行组分分析和评估。RAP旧料沥青采用三氯乙烯抽提回收，测得其沥青含量为3.6%，并将抽提后的矿料进行筛分，结果如表1所示。

表1 RAP料抽提沥青后筛分结果表

从筛分结果看出，13.2mm以上粗集料仅占8.6%，明显偏少；4.75～13.2mm中等粒径集料占31.7%，同样偏少；4.75mm以下细集料占59.7%，偏多。可见RAP中粗集料明显不足，细集料又过多，这将不利于RAP再生后沥青混合料的高温抗车辙性能和低温抗变形能力与抗水损害能力的提高，同时也会增大Thiopave改性沥青用量，再生成本会增加，因此必须通过加入新集料以满足规范对级配的要求和保持高性价比的技术经济优势。

1.3 新掺配材料实验结果

AC－20试验用新集料为贵州普遍使用的石灰岩，各种矿料的筛分数据和密度试验结果见下页表2和表3。

表2 新集料筛分结果表

表3 新集料密度试验结果表

Thiopave温拌改性（再生）剂，可在沥青混合料拌合过程中直接投放，具有替代部分沥青、提高混合料性能、降低施工温度、节能减排的特点，技术指标见下页表4。

表4 Thiopave温拌剂的物理化学指标表

1.4 集料配合比设计

考虑到铣刨的RAP料老化严重，混合料模量很高，在AC－20再生沥青混合料设计过程中，为平衡混合料抗高温性能和抗疲劳性能，保证水稳定性能满足要求，在RAP料中掺加50%新集料。再生后的级配选择悬浮密实结构，以获得较低设计空隙率（2%～4%），这对再生后的沥青混合料综合性能都会有明显提升。设计结果如表5所示。

表5 AC－20级配设计结果表

1.5 实验温度选定

通过对Thiopave温拌改性剂的大量研究与实践运用，其温拌改性混合料的拌合温度可比普通热拌沥青混合料低20℃～30℃左右，因此在温拌再生室内试验中，原材料和混合料温度按表6进行控制。

表6 温拌再生试验温度控制表

1.6 马歇尔试验结果

温拌再生沥青混合料根据马歇尔设计法来确定最佳硫磺温拌改性剂用量和沥青用量。在RAP旧沥青用量为3.6%的情况下，通过马歇尔方法试配多组胶结料用量，最终确定新沥青用量为2.25%，Thiopave温拌改性剂用量为1.21%。

按照上述AC－20级配设计结果与确定的Thiopave改性剂和沥青剂量以及成型温度制作试件，其马歇尔试验结果如表7所示。Thiopave温拌再生沥青混合料实验配比如表8所示。

表7 马歇尔试验结果表

表8 Thiopave温拌再生沥青混合料实验配比结果表

2 路用性能检验

由于Thiopave温拌再生沥青混合料强度的形成受时间和温度因素影响，室内试验采用加速结晶养生方法，即将成型试件在60℃环境下养生24h后自然冷却至常温（达到常温养生10d效果）便开始相关性能测试。

2.1 劈裂强度

按照我国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20－2011）中推荐采用的15℃试验温度进行试验，试验结果如表9所示。

表9 劈裂试验结果表

从劈裂试验结果看出，Thiopave温拌改性再生沥青混合料的劈裂强度很高，远大于普通沥青混合料1.0～1.5 MPa的劈裂强度值，这可从劈裂试验后的断裂面破坏状况看出区别。通常来说，劈裂试验破坏面发生在石料与胶结料接触面，而Thiopave温拌改性再生沥青混合料的劈裂试验断裂面发生在很多石料的中部，这充分说明Thiopave温拌改性再生沥青混合料的粘结强度和抗拉强度很高，达到甚至超过骨料本身的间接抗拉强度极限。