温拌再生剂对沥青性能影响研究

2019-03-28

福建质量管理 2019年21期

(重庆交通大学重庆 400074)

引言

我国道路行业发展至今，取得了令人瞩目的成就，根据交通运输部2018年底进行的统计，全国公路总里程484.65万公里，公路密度50,48公里每百平方公里，其中养护里程已达475.78万公里，占全国公路总里程的98.2%，养护里程较2017年增加8.32万公里，所占比例上升0.3%。我国的公路养护任务总量较大，且逐年增长，随着公路里程与使用年限的增长，养护里程和所占比例还会继续保持增长趋势[1]。“十三五”以来，公路养护工作贯彻可持续发展理念，推行强调低碳的道路养护模式，沥青混合料再生技术因而受到道路养护工作者及研究人员的关注，传统的沥青混合料热再生技术对RAP加热温度要求较高，燃料消耗量高且产生大量的有害气体，此外，较高的加热温度还会导致RAP的二次老化及新料的性能劣化等问题[2]。沥青路面温拌再生技术结合了沥青温拌技术与路面热再生技术，是解决上述问题的有效方法。

国内外学者对温拌再生剂在路面再生工程中的应用做了大量的研究，发现各类型温拌再生剂通常可以降低沥青混合料加热温度10～50℃[3]；此外，随着RAP掺量的提高，再生沥青混合料高温稳定性上升，而低温稳定性、水稳定性则呈下降趋势[4]。

本文旨在甄选有效原材料，开发温拌再生剂，恢复老化沥青性能，提高再生混合料路用性能及温拌再生技术的经济效益、社会效益、环境效益；此研究基于沥青温拌与再生理论，研究确定温拌及再生组分，并以沥青常规性能为目标，设计温拌再生剂中各组份构成比例。

一、温拌理论及组份选取

沥青温拌技术基于界面化学理论，提高了界面之间的润湿性、乳化性及起泡性[5]。在与沥青的拌合过程中，通过加热并施以剪切力，表面活性剂与沥青充分接触，两性基团开始在两相界面形成有序排列，集料表面开始吸附单层双亲分子[6]，降低沥青与集料的接触角，沥青在集料表面更易分散、浸润。研究中基于温拌剂性能需求[7]，初步选取A、B、C三种表面活性剂为温拌组份原材料，各材料特性如下：

A：白色或黄色蜡状固体，易溶于各类油脂及酒精，可分散于70℃以上热水中并形成均匀的乳浊液，可以起到乳化、分散、湿润、粘度调节的作用，熔点为65℃，HLB≤6；

B：黄色油状液体，可溶于水、丙二醇、甲醇，可以起乳化、增塑、润滑、分散作用，HLB=4.3；

C：淡黄色透明液体，易溶于水，可以其发泡、渗透、润滑、乳化作用，分子碳原子数为11，HLB=7.5。

实验选取70号基质沥青作为温拌对照实验组，分别将相同质量表面活性剂A、B、C加入70号基质沥青中，测试沥青胶结料的基本性能，测定三个实验组及一个对照组沥青的三大指标，依据实验结果可知：在沥青性能影响方面，A材料对沥青针入度、软化点、粘度及延度指标均有正向影响；B材料对沥青针入度、软化点及粘度指标存在正向影响，对延度指标基本不存在影响；C材料对沥青针入度及软化点指标存在正向影响，对其余指标则基本不存在影响，在沥青性能影响程度方面，C材料对沥青性能影响程度较大，B材料对沥青性能的影响次之，A材料对沥青性能的影响较小。

二、再生理论及组份选取

考虑以两种再生理论为再生剂选材分析方法，基于老化沥青与再生沥青性能恢复量化指标，选取温拌再生剂组分，在温拌组分设计过程中已经选取的三个表面活性组分实际上提高了老化沥青中组分的相容性，故而选取矿物油两种：环烷油D、芳烃油E，植物油一种：亚麻油Y，作为初步选定的再生组分。

利用PAV实验进行70号基质沥青的模拟老化，将三种表面活性组分分别加入老化沥青中，在加热至120℃后，使用旋转剪切的方式使其混合均匀，进行再生沥青常规实验，测定再生沥青的三大指标，利用三大指标恢复度评价各组分的再生效果。依据实验结果，分析认为，针入度恢复度均为Y优于H，H优于F；软化点的恢复度均为Y优于H，H优于F；延度的恢复度均为Y优于H，H优于F，因而选定Y作为确定的再生组分。

三、再生剂组分最佳参配比例确定

最佳参配比例的实验采用正交设计，正交实验设计是用于研究多个因素作用于多个水平时，参照多种温拌再生剂的组分比例构成，将A、B、C、及Y在一定比例范围内进行复配，以沥青的三大指标：针入度、软化点及延度为性能目标，制成四因素三水平的正交表，全面实验需进行81次沥青的三大指标测定，使用正交实验设计，将控制指标的实验次数降低至9次。

依据实验结果分析可知，由针入度确定各组分最佳比例为：A：B：C：Y=5：3.5：2.5：70；由软化点确定各组分最佳比例为：A：B：C：Y=7：1.5：1.5：70；由延度确定各组分最佳比例为：A：B：C：Y=6：1.5：2.5：70。为获得在三大指标测试结果下的最佳比例，采用层次分析法，建立再生剂性能综合评价模型，通过计算沥青老化过后各项性能指标的变化率可知，针入度损失为43.1%，软化点损失为22.5%，延度损失为83.8%，延度损失比例最大，软化点损失比例最小，以此为依据，计算性能影响因数，建立沥青温拌再生层次分析模型，依据影响因数确定的温拌再生剂各组分最佳比例为：A：B：C：Y=6：2.5：1.5：70。