再生沥青混合料中老化沥青与原状沥青关系研究张旭亮

2012年11月
内蒙古科技与经济
N ov ember 2012　第21期总第271期
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再生沥青混合料中老化沥青与原状沥青关系研究
张旭亮
(通辽市交通工程局第二工程处,内蒙古通辽　028000)
摘　要:回收沥青混合料在技术、经济、环境等方面有重要的意义,再生沥青混合料比纯粹利用原状材料更具有应用前景,笔者编译了美国在再生沥青混合料中老化沥青与原状沥青关系方面的研究成果,为我国再生沥青混合料的应用提供一定的参考。

关键词:道路工程;再生沥青混合料;老化沥青;原状沥青
中图分类号:U 416.217 文献标识码:A 文章编号:1007—6921(2012)21—0093—02 回收热拌沥青材料可以再次利用其中的沥青与集料混合物——再生沥青混合料,回收沥青混合料在技术、经济、环境等方面有重要的意义。

考虑到沥青的价格逐步提高、高质量集料稀缺和保护环境的迫切需求,再生沥青混合料比纯粹利用原状材料更具有应用前景。

美国在利用了再生沥青混合料后实现了显著的节约效果。

考虑到材料和建筑的费用,在使用再生沥青混合料过程中,当再生沥青混合料含量在20%～50%之间变化大约可以实现节省14%～34%。

这个分析是在热拌沥青11.90美元/t 的条件下得出的,对在现有状况下的节省费用具有指示意义。

笔者详细介绍了美国在再生沥青混合料中老化沥青与原状沥青关系方面的研究成果。

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　老化沥青和原状沥青的关系
Same 代表:实际情况=完全混合=不混合;AP=T B 代表:实际情况=完全混合≠不混合;AP=BR 代表:实际情况=不混合≠完全混合;Different 代表:实际情况≠不混合≠完全混合
图1　N CHRP 9-12研究反映老化沥青与原状
沥青相互作用的数据结果
影响含再生沥青混合料的沥青混合料性能的一个重要因素就是老化沥青与原状沥青的混合程度,混合程度不仅会影响生产出的混合料的性能,还关系到再生过程的经济竞争力。

如果设计者假设材料之间完全混合但实际上不能混合,就会导致设计出的沥青劲度不足、用量偏少;反之,如果设计者假设
再生沥青与原状沥青不能混合但实际上二者混合了,就会导致沥青过硬、用油过大。

如果考虑到卡蓬特和沃勒斯克的报告结果:混合过程是一个长期过程且会受到再生剂的影响,这个问题就更加复杂了。

关于老化沥青和原状沥青的混合过程所进行的调查研究并不多,根据美国公路合作研究组织项目报告9～12(NCHRP 9-12)的内容,通过实验对3种可能的相互作用程度进行了比较:不混合、完全混合、实际混合过程。

在实验时,混合料的整体级配和沥青用量都保持不变。

按照现实中再生沥青混合料的常用量使用了2种比例:10%与40%,作为最小与最大百分比。

再生沥青混合料分别从亚利桑那州、康涅狄格州、佛罗里达州获得,使用SuperP ave 的性能参数对生产出的混合料进行比较,参数实验有:摇频实验、简单剪切实验、荷载不变条件下的重复剪切实验。

利用间接拉伸蠕变和劈裂强度试验来评价低温条件下热拌沥青混合料的性能。

2　研究现状
根据NCHRP 9-12的研究结果,可以得出:再生沥青混合料的百分比在10%时,不同混合程度之间的性能差异不大;当百分比在40%时,不混合条件下的混合料性能与完全混合以及实际条件下的性能有明显差异。

这些结果表明:低含量的再生沥青混合料不会对沥青的等级产生影响,但是,当再生沥青混合料含量较高时可以假设成完全混合情况。

必须强调的是NCHRP9-12的研究结果只是部分支持了上述结论,图1说明了研究过程中的数据分析,在66个对照组中,组11(RAP 含量10%)和组16(RAP 含量40%)的结果是不确定的。

当RAP 含量在10%时,占70%的多数实验组都证明了所有情况都差异不大的结论;但当RAP 含量在40%时,只有42%的对照组证明了完全混合与实际情况类似的结论。

实际上,作者承认其他因素也会影响原状沥青的劲度,作者也表明完全混合的情况是不太可能发生的,甚至在高含量RAP 的情况下也难以发生。

Oliver 利用机械测试的方法研究了老化、原状沥青的混合过程,先把原状的热拌沥青混合料老化、
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收稿日期:2012-08-24
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内蒙古科技与经济
压实、分解破碎,然后再将其与原状沥青混合料混合并再次压实,另一种沥青混合料使用相同的集料、不同等级的沥青制成,之后将两种混合料中的沥青提取出来以备实验。

两种混合料的黏结剂和孔隙率均相同,另外,对两种混合料分别进行实验室疲劳试验和车辙实验。

实验室测试结果表明再生沥青混合料具有比原状沥青混合料更好的抗疲劳和车辙性能。

根据这些结果,Oliver 假定在含有RA P 的热拌沥青混合料中老化沥青和原状沥青没有完全混合,这是因为集料和填充料结合成块,使得原状沥青难以穿透其中。

因此,两种沥青不充分的混合会导致部分区域含软沥青,从而整体沥青也会比一般的沥青混合料更软。

Stephens 做了一个实验项目来评价RAP 和原状沥青混合的结果对生产出的SuperP ave 等级的影响,为了证明RA P 不像黑石一样而是能对混合物产生影响,他制备了11组拥有相同级配、RAP 百分比(15%)、结合料的沥青混合料。

制备样品时,在向原状集料和沥青中添加RAP 前先对RAP 进行预热,不同样品RAP 的预热时间不同。

第12组混合料完全由原状集料和沥青制成,不含RAP 结合料(利用烘箱收集再生RAP 集料)。

RAP 预热时间在0～540min 之间不等,如果RAP 性质如同黑石,预热时间的长短将不会对混合料性质产生影响。

反之,如果长时间加热可以促进老化沥青和原状沥青之间的混合,混合料的强度应该会增加。

图2给出了劈裂强度和无侧限抗压强度随RAP 预热时间变化的关系。

从该图可以看出,预热时间对混合料强度有重要影响,说明老化沥青和原状沥青之间的确进行了混合。

而且,如果把无预热条件下制备的混合料与原状混合料进行比较,尽管没有预热,在原状材料中加入RAP 后可以发现其强度显著增加。

Stephens 也对“
包裹于粗集料上的沥青比细集料上的沥青更容易与原状集料混合”这一概念进行了研究,先将含RAP 的热拌沥青混合料轻微加热并按单石层厚度平铺,然后把混合料放进带有钢珠轴承的鼓式搅拌器中拌合4m in ,再使用动态剪切流变仪对比回收于粗集料和细集料上的沥青。

结果表明沥青的劲度与其是否来自粗集料或细集料表面无关。

实际上对于原状热拌沥青混合料来说,再生沥青在劲度上存在很大差异,集料表面的薄层沥青劲度主要决定于生产过程中沥青暴露在热空气中的程度,这是一个随机过程,与集料的粗细无关。

这项研究的实验数据同时也表明RAP 的使用会显著影响
混合沥青的等级。

图2　RA P 预热时间与无侧限抗压强度、劈裂强度关系Huang 研究了含RAP 的沥青混合料中老化沥青和原状沥青的混合过程,这个研究只考虑了一种类型的原状沥青。

而且,再生沥青混合料的材料是经筛分的石灰石,只使用能通过4号筛的材料。

为了评估完全机械拌合的混合料,RAP 材料只和原状集料混合(不加原状沥青)。

拌合后,由于完全机械拌合的原因,RAP 材料中的沥青含量降低了11%。

但是,值得注意的是Huang 所做的完全机械拌合试验不足以确定再生沥青混合料中可提取的老化沥青百分比,也不能确定有多少老化沥青能够再次包裹原状集料和RAP 粒料。

这是因为RAP 混合料中原状沥青的扩散以及老化、原状沥青之间的相互混合,这个过程使得老化沥青得以再生,促进了老化沥青从RAP 材料中分离出来,并有效包裹在原状集料、RAP 集料上。

另一必须注意的方面是这个研究只使用了小于4号筛的RAP ,从而导致混合料中细料部分的可用沥青较多,这就要求机械拌合的时间比一般实验室条件下、工厂中或高温情况下更长。

3　结束语
RAP 材料和原状沥青结合料、
集料之间的实际拌合情况可通过RAP 集料周围老化、原状沥青的混合程度来说明,这样Huang 通过分阶段提取法获得了RAP 集料外部的各层沥青。

结果表明,混合后RAP 集料外层沥青比内层沥青更加柔软。

用百分比来说,大约60%的老化沥青未与原状沥青相混合,40%的外层沥青成为了老化、原状沥青的混合物。

虽然笔者注意到研究中的混合料不能代表实际中常用的沥青混合料,但可以明显看出残余沥青的作用比通常假设的100%要小得多。

因此,RA P 中有多少老化沥青可以被沥青混合料(含RAP)利用是一个需要深入研究的课题。

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