REOB改性乳化沥青冷再生混合料压实特性

2019-09-26倪晖郭德栋

山东交通学院学报 2019年3期

倪晖，郭德栋

(山东交通学院交通土建工程学院，山东济南 250357)

0 引言

近年来，我国交通运输业迅速发展，公路通行里程持续增长，各级公路先后进入“大中修”及养护阶段，每年都会因此产生大量的废旧沥青路面材料。这些废旧材料既占用了大量的土地资源，又造成严重的环境污染。乳化沥青冷再生技术可以实现旧沥青路面材料的再生利用，是一种节能环保的绿色低碳技术，因此在交通运输行业得到越来越广泛的关注。国内对乳化沥青冷再生技术的研究起步较晚，目前主要针对普通乳化沥青冷再生混合料压实特性进行研究，对废弃机油残留物(recycled engine oil bottom，REOB)改性乳化沥青冷再生混合料压实特性的研究较少[1-3]。REOB改性乳化沥青是用适当比例的废弃机油残留物代替基质沥青配制而成的混合料，对旧沥青具有再生功能[4-7]。每年我国废弃机油残留物的排放量都高达数百万t，因此研究REOB改性乳化沥青冷再生混合料的压实特性不仅能实现废弃物的循环利用，变废为宝，而且为乳化沥青冷再生混合料的施工提供科学的指导[8-11]。

本文采用马歇尔击实方法成型试件，根据混合料试件的空隙率指标，分析在冷再生混合料中REOB的质量分数对REOB改性乳化沥青冷再生混合料压实特性的影响规律。

1 原材料及级配设计

1.1 RAP料

回收沥青路面(reclaimed asphalt pavement，RAP)料选自国道G339的某一干线公路铣刨料，其油石比为0.034:1，回收沥青的技术指标如表1所示。

表1 回收沥青技术指标

参照文献[12-17]，对RAP料进行筛分并调整其级配，使其满足中粒式(AC-20)级配的要求，需要掺加0～3 mm的机制砂及矿粉，为了提高混合料的强度，掺入质量分数为1.5% 的普通硅酸盐水泥。RAP料级配及合成级配如表2所示(RAP、0～3 mm的机制砂及矿粉在混合料中的质量分数分别为70%、25%、5%)。

表2 RAP料级配与合成矿料级配 %

1.2 REOB改性乳化沥青

1.2.1 制备工艺及流程

研究所用的REOB改性乳化沥青采用实验室小型胶体磨制备，选用慢裂型阳离子乳化剂和70#基质沥青。以REOB的质量分数为2%为例，乳化沥青配合比为：m(乳化剂):m(蒸馏水):m(REOB):m(基质沥青)=2.9:34.1:2.0:61.0。乳化沥青的制备流程如下[18-22]。

1)沥青准备。将70#基质沥青放在烘箱中加热，使其具有很好的流动性。加热温度不宜过高或过低，一般控制在130 ℃左右。

2)皂液制备。向容器中加入称量好的蒸馏水和乳化剂，用玻璃棒进行充分搅拌，使其成为混合均匀的皂液。将盛有皂液的容器放在电磁炉上加热，加热温度控制约为70 ℃。

3)沥青乳化。用热水对胶体磨进行充分预热后，先向胶体磨中加入皂液，打开胶体磨，将加热好的基质沥青与REOB同时加入到胶体磨中，用玻璃棒进行手动搅拌，研磨1～2 min后关闭胶体磨。

4)乳液贮存。将制备好的乳化沥青盛入干净的储罐中，用封口膜将罐口密封，并进行避光保存。

1.2.2 REOB改性乳化沥青技术指标

对REOB质量分数为0、2%、4%、6%的乳化沥青进行检测，得到的检测结果与乳化沥青技术要求对比如表3所示。由表3可知，4种乳化沥青的各项指标均满足技术要求。

表3 REOB改性乳化沥青指标试验结果与技术要求对比

图1 REOB改性乳化沥青冷再生混合料合成级配曲线

1.3 级配曲线

进行乳化沥青冷再生混合料级配设计时，为提高混合料的早期强度，加入的普通硅酸盐水泥质量分数为1.5%，机制砂为25%，矿粉为5%,混合料的合成级配曲线如图1所示。

2 试验结果及分析

通过测定不同REOB质量分数条件下乳化沥青冷再生混合料表面沥青4组分的质量分数变化，分析REOB对旧沥青的软化效果，进而验证REOB质量分数对冷再生混合料压实特性的影响规律。

不同REOB质量分数条件下试件的空隙率[23-25]

(1)

式中:γa为试件的毛体积相对密度，无量纲；γb为混合料最大理论相对密度，无量纲。

表4 不同种类乳化沥青条件下的空隙率

采用马歇尔击实方式成型试件，养生前击实次数为双面各50次，60 ℃烘箱养生48 h后，再双面各击实25次，室温冷却12 h，脱模。

根据文献[26]测定试件的毛体积相对密度及混合料的最大理论相对密度，并根据式(1)得到混合料的空隙率数据如表4所示。

表5 棒状色谱分析仪检测结果 %

保持其他影响因素不变，分别用REOB质量分数为0、2%、4%、6%的乳化沥青拌制冷再生混合料，待混合料表面的乳化沥青破乳后，采用棒状色谱分析仪对不同REOB质量分数乳化沥青冷再生混合料表面进行沥青4组分质量分数的测定，检测结果如表5所示。

由表4、5可以看出，REOB质量分数为2%时，混合料表面沥青中的胶质和沥青质总质量分数比REOB质量分数为0时稍有增加，芳香分和饱和分的总质量分数稍有减少，对RAP料表面的旧沥青起不到软化作用，混合料不易被压实，因此试件的空隙率稍有增加；REOB质量分数为4%时，混合料表面沥青中胶质与沥青质的总质量分数比REOB质量分数为2%时略微减少，芳香分和饱和分的总质量分数稍有增加，混合料表面沥青稍有软化，混合料的压实效果有些改善，因此试件的空隙率稍有减小；当REOB质量分数为6%时，混合料表面沥青中胶质和沥青质的质量分数明显减少，芳香分和饱和分的质量分数明显增加，对旧沥青具有明显的软化效果，混合料的压实效果得到明显改善，因此试件的空隙率明显减小。