不同改性劑對再生瀝青混合料路用性能的影響研究

秦艷麗

(中鐵十八局集團 第五工程有限公司,天津 300459)

多年來,無論是高速公路、一級公路還是鄉村道路等基礎設施建設項目,一直大力倡導環保性、創新性、創效性。減少能源消耗使用和限制碳排放一直是許多建筑行業研究人員致力研究的課題。

道路路基、路面材料的合理回收再利用[1-2]是非常低碳環保的行為,是世界各國積極倡導的發展方向,也是我國踐行高質量發展、留住青山綠水的有效環保舉措之一。在道路建設領域,對瀝青混合料回收料(RAP)、廢顆粒、橡膠廢料再利用無疑是十分有意義的,對廢建材料進行回收利用有助于保護自然環境,減少自然資源的開發,避免道路路面施工中過度消耗原始材料[1]。當下,由于我國高等級公路、一級公路、鄉村振興公路等基礎設施建設迅猛發展,引起公路建筑材料緊缺,價格飆升,為落實低碳環保這一主題,越來越多的道路項目建設提出了對改建道路的廢棄建筑材料進行合理回收再利用的建議。

一些廢棄的道路材料中仍具有一定的級配和較高的強度,富含SiO2、Al2O3、Fe2O3等諸多化學成分,這是道路建材不可缺少的元素,再生利用的價值非常高。通過二次利用一些改造、重建道路的原材料,不僅節約了施工成本,還能夠有效減少環境污染,避免資源過度浪費,變廢為寶,達到降本、增效、環保、綠色低碳等目的,助力實現“節約型社會”和高質量發展。與其他歐洲國家相比,我們在該領域的研究起步較晚。道路材料回收技術優劣的主要評判標準是新再生材料應具有優于或等同于原混合料的性能?；跐M足節能和環保的要求,亟須應用新材料新技術,尋求性價比更高、更可靠的解決方案。降低加工溫度并同時摻入再生材料是實現這些目標的最有效方法,然而通常會導致瀝青混合料質量總體下降。筆者介紹了利用費托(F-T)合成蠟、玄武巖纖維,通過溫拌瀝青(WMA)技術,對瀝青混合料回收料(RAP)進行再生,并在不同環境下,通過試驗分析對比,研究添加不同配合比、不同改性劑對再生瀝青混合料路用性能的影響。

1 試驗材料

試驗材料用于設計、加工生產交通類別道路路面鋪攤的密實式瀝青混凝土混合料:骨料——取自當地采石場,再生瀝青顆?！∽匝心サ募扔械缆仿访?改性劑——費托(F-T)合成蠟、玄武巖纖維。

1.1 骨 料

骨料采用純石灰石礦物混合料,骨料粒徑分別為0～2,2～8,8～16,16～22 mm,礦物混合料的篩分分析見表1。表中“-”表示沒有做實驗。

表1 礦物混合料的篩分分析

1.2 再生瀝青路面

為了研究再生混合料性能,確定所用瀝青顆粒詳細組成。通過萃取法測得瀝青質量分數為6.0%,粒度分析結果見表2。表中“-”表示沒有做實驗。

表2 RAP的篩分分析

1.3 費托(F-T)合成蠟

費托(F-T)合成蠟是一種瀝青改性劑[3],熔融溫度約為95 ℃,易溶于瀝青。與天然石蠟相比,費托(F-T)合成蠟具有更長的烴鏈,并且在結晶后會形成結晶網格,可以有效降低瀝青的黏度,從而提高混合物的抗變形能力。費托(F-T)合成蠟用于在較低溫度下生產瀝青混凝土混合物。相對于瀝青,其添加量為2.5%。

1.4 添加F-T合成蠟的改性瀝青

瀝青在瀝青混合料中的作用是在混合物中永久覆蓋和黏結骨料顆粒。骨料和瀝青形成整體復合材料,在整個路面壽命周期內是否具有足夠的穩定性,取決于瀝青的化學成分和流變特性。

研究對象是用于道路建設的標準瀝青混合料——35/50號瀝青以及添加2.5%費托(F-T)合成蠟改性瀝青[4],兩者參數匯總見表3。在確定了實驗瀝青的基本性能后,再進行試驗,確定瀝青的膨脹比ER和半衰期HL兩個特征參數。費托(F-T)合成蠟改性瀝青的檢測結果如圖1所示。

圖1 黏結劑的發泡特性

表3 瀝青的基本參數

圖1試驗結果表明,在規定的最佳持水量(FWC)下,費托(F-T)合成蠟改性瀝青具有較高的膨脹率和半衰期。

1.5 玄武巖纖維

礦物纖維主要來源于玄武巖,其具有不同的長度和直徑。纖維表現出高的拉伸強度和硬度,在酸性和堿性環境中都能耐腐蝕。玄武巖纖維[5]能很好地黏附在瀝青上,從而提高瀝青混合料對水和霜凍作用的抵抗力。像纖維素纖維一樣,它們吸附瀝青,并作為瀝青中的穩定劑發揮作用。在瀝青混合料內部,玄武巖纖維構筑起的空間網格結構有效規避了瀝青混合料內部結構應力過于集中的情況,從而有效延長路面的使用周期。玄武巖纖維的性能見表4,在兩種混合物中均使用質理分數為0.5%的玄武巖纖維。

表4 玄武巖纖維的性能

2 瀝青混凝土配合比設計

瀝青混合料的配合比[6]依據《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40—2004),制作5種瀝青混合料。5種瀝青混合料含有35/50號瀝青質量分數都一樣,都為3.6%。

1) 混合料A含有35/50號瀝青的熱拌瀝青混合料(HMA)[7]。

2) 混合料B含有35/50號瀝青、玄武巖纖維添加量為0.5%的熱拌瀝青混合料(HMA)。

3) 混合料C含有35/50號瀝青的溫拌瀝青混合料(WMA)[8]。

4) 混合料D含有35/50號瀝青、2.5%F-T合成蠟改性的溫拌瀝青混合料(WMA)。

5) 混合料E含有35/50號瀝青、2.5%F-T合成蠟、0.5%的玄武巖纖維改性的溫拌瀝青混合料(WMA)。

3 瀝青混合料試驗研究

在實驗室對前一章節闡述的瀝青混合料在添加費托(F-T)合成蠟、玄武巖纖維等不同改性劑時進行試驗,分析能體現不同改性劑對再生瀝青混合料路用性能的影響指標——空隙率Vm(圖3)和相對轍深PRDAIR(圖4)。試驗結果統計見表5。

圖3 空隙率Vm

圖4 相對轍深PRDAIR

表5 試驗結果統計

根據圖3分析,所有混合料的空隙率范圍為4.0%～7.0%,均滿足規定的空隙率要求。其中混合料C中的空隙率最高,達6.3%,而混合料A中的壓實度最高,空隙率為4.2%,混合料D、E空隙率為4.70%～4.88%。結果表明玄武巖纖維和費托(F-T)合成蠟改性劑的加入能夠對溫拌瀝青混合料的壓實度產生有利影響。根據圖4分析,玄武巖纖維和費托(F-T)合成蠟改性劑的加入,溫拌瀝青混合料E相對轍深PRDAIR最小,為5.63%,說明玄武巖纖維和費托(F-T)合成蠟改性劑能提高溫拌瀝青混合料(WMA)的永久抗變形抗力。

4 結 論

通過對添加不同改性材料的瀝青混合料的試驗結果分析可得出以下結論:

1) 在規定的最佳持水量(FWC)下,費托(F-T)合成蠟改性瀝青具有較高的膨脹率和半衰期。

2) 玄武巖纖維和費托(F-T)合成蠟改性劑能降低瀝青混凝土的空隙率,從而提高溫拌瀝青混合料的壓實度。

3) 添加費托(F-T)合成蠟和玄武巖纖維的溫拌瀝青混合料(WMA)在抗車轍方面展現出良好性能,可以降低混合料相對轍深,從而提高溫拌瀝青混合料(WMA)的永久抗變形抗力,路用性能顯著增強。