（道路与铁道工程专业论文）废旧沥青混合料常温再生的试验研究.pdf

摘要 目前我国的公路建设发展迅速，每年约有1 0 的沥青路面需要翻修，产生大量废旧 沥青混合料，这些混合料如果被废弃，不仅会造成环境污染，而且浪费资源，因此，对 废旧沥青混合科进行再生利用的研究是有必要的。 本文以啥同公路哈尔滨一宾县段路面改造的废旧沥青混合料为对象，通过室内试验 研究，对废旧沥青混合料进行实验分析，确定旧沥青混合料的级配和沥青含量：选取三 种类型的再生剂，根据其加入量与再生沥青主要技术指标的关系来确定再生剂最佳用 量，评价三种类型再生剂的还原性能和抗老化性能并进行对比；确定溶剂类型和使用剂 量，通过配制液体沥青的方式实现再生沥青混合料的常温拌和；对不同旧料使用比率的 溶剂型常温再生沥青混合料分别进行配合比设计和高温稳定性，低温抗裂性、水稳定性 等路用性能检验，确定最佳沥青用量和合适的旧科使用比率；分析溶剂型常温再生方案 的经济可行性和应用前景，为溶剂型常温再生沥青混合料的设计、施工提供参考依据。 关键词再生剂常温再生沥青混舍霉； 路用性能 a b s t r a c t n o w h i g h w a yc o n s t r u c td e v e l o pr a p i d l yi no u rc o u n t r y , e v e r yy e a ra b o u t1 0 a s p h a l t r o a ds u r f a c en e e dr e p a i r , b r i n gag r e a td e a lo fo l da s p h a l tm i x t u r e , i ft h e s eo l da s p h a l tm i x t u r e w e r ea n t i q u a t e d , n o to n l yp o l l u t ec n v i r o n m e n t ，b u ta l s ow a s t ei f s o u r o e ：, s ot h er e s e a r c ho f r e c y c l n gt e c h n o l o g yo fo l da s p h a l tm i x t m 屯i sn e e d e d t h i sa r t i c l ea st h eo l da s p h a l t i i x 咖o fh a - t o n g h i g h w a yr o a ds u i f a c eb e e nr e p a i r e dt o o b j e c t , t h r o u g hl a b o r a t o r yr e s e a r c h , e s t i m a t et h eo l da s p h a l tm 白舭a s c e r t a i nt h eg r a d a t i o n a n da s p h a l tc o n t e n to fo l da s p h a l tm i x t u r e ；s e l e c tt w ok i n d so fr e g e n e r a n t , b a s e do nt h e r e l a t i o no fr e g e n e r a n td o s a g ea n dt h ep r i m a r yi n d e xo fr e g e n e r a t ea s p h a l tt oa s c e r t a i nt h e o p t i m u mr e g e n e r a n tc o n t e n t , e s t i m a t et h e i rr e g e n e r a t ec a p a b i l i t ya n da n t i a g i n gc a p a b i l i t y ； a s c e r t a i nt h ek i n do fi m p r e g n a n ta n dt h ed o s a g e ，t h r o u g ht h em a m l e ro fc o n f e c t i n gl i q u i d a s p h a l tt oa c h i e v et h eo b j e c t i v eo fm i x i n gi nn o i m a lt e m p e r a t u r e ；d e s i g ni m p r e g n a n tn o r m a l t e m p e r a t u r er e g e n e r a t ea s p h a l tm i x t u r e ，t e s tt h e i rr o a dp e r f o r m a n c e ，a s c e r t a i no p t i m u m a s p h a l tc o n t e n ta n do p t i m u mr a t eo fo l dm i x t u r eu s i n g a n a l y s ee c o n o m yf e a s i b i l i t yo f i m p r e g n a n tn o r m a lt e m p e r a t u r er e g e n e r a t ep r o j e c ta n da p p l yf o r e g r o u n d ，f o rt h ed e s i g n 、t h e c o n s t r u c t i o no fi m p r e g n a n tn o r m a lt e m p e r a t u r er e g e n e r a t e a s p h a l tm i x t u r ep r o v i d e s t h e r e f e r e n c eb a s i s k e y w o r d s r e g e n e r a n t n o r m a lt e m p e r a t u r er e c y c l i n g a s p h a l tm i x t u r e r o a dp e r f o r m a n c e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盔韭盎些盘茔或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：善铭签字日期：炒7 年月唱 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盔韭盎些筮鲎有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查 阅和借阅。本人授权盔韭盎些盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有 关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论 文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：巧垮毫 签字日期：砷年月- 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：厦门建筑纠罾研氪函 通讯地址：凰j 幸。芦月蔹审黪彳，3 导师签名：参 签字日期：纠年莎月泊 电话：o f 7 2 ，力口锄 邮编：形，口d y 1 绪论 1 1 引言 沥青路面经过一定年限的使用，受交通应力的影响，以及沥青老化和冰冻高温的 交瞽作用，出现网裂，松散车辙，据包等病害并逐步扩展，影确行车韵安全性和舒适 性。在旧沥青路面维修和改造的过程中会产生相当数量的沥青混合料废弃物，废旧沥青 混合料不可能用于其它工程，进而造成：一是占用堆放场地，二是污染环境，三是浪费 了大量的不可再生资源。因此，研究废弃沥青混合科的再生技术成为当今世界的一大课 题。废旧沥青混合科只是在功能上有所降低，除其中的沥青结合料部分发生老化外，砂 ，石等粗集料从性能上讲并未失效。因此，对废旧沥青混合料进行回收，通过实验分析 并加入适量新沥青，再生剂和新集料进行拌和，就可以再次作为新拌沥青混合料用于路 基路面结构。这样，即可节省大量材料。又能满足使用要求。 废旧沥青混合料的再生技术主要分为热再生和常温再生( 冷再生) ，与热再生相 比，常温再生虽然路用性能较差，应用公路等级较低，但同时具有以下优势：热再生 拌和温度高消耗大量能源：而常温再生拌和温度低节约能源。由于拌和温度高， 热拌再生将产生大量有毒气体，造成环境污染，常温再生在这方面的影响比较小在 一些公路病害的修补中多为小规模，常温再生混合料在这方面的应用就显得更为便捷， 应用空间较广。同时它又可以延长施工季节，并且对于施工人员，改善了旌工条件。普通 石浊沥青在常温下处于凝固状态，要实现沥青混合科在常温下的拌和，业内普遍采用乳 化沥青或液体沥青。本文采用溶剂型液体沥青作为粘结料，与旧沥青混合料、新集料、 再生剂在常温下共同拌和形成常温再生沥青混合料“1 随着社会主义新农村的建设，要实现通乡、通村公路的畅通根据常温再生沥青混 合料的路用性能的特点可以在其中应用，同时可以节约建设资金( 特别是在一些缺乏原 材料和热拌设备的地区) ，符合通乡、村公路建设特点，同样常温再生沥青混合料在低 等级公路沥青路面的养护中也可以得到广泛应用。因此，沥青混合料常温再生技术的研 究和推广，对降低建设成本、保护生态环境以及对我们国家的公路建设都有积极意义。 1 2 国内外发展现状 1 2 1 国外发展现状 沥青混合料再生利用的试验研究，最早是1 9 1 5 年首先在美国开始的。但以后由于 大规模的新路建设，使得再生沥青路面铺筑的里程进展缓慢。直到1 9 7 37 年，石油危机 的爆发，燃油供应困难，严格的环保法制，使得砂石材料开采受到限制，筑路用砂石材 料供不应求，以至砂石材摹i 价格上涨。1 9 7 4 年，美国开始大规模推广沥青混合斟再生技 术1 9 8 0 年，有2 5 个州共使用了2 0 0 万吨热拌再生沥青混凝上到1 9 8 5 年，美国全国 东北林业大学硕士学位论文 再生沥青混合料的用量就猛增到2 亿吨：几乎是全部路用沥青混合料的一半。现在再生 沥青混合料的应用已非常普遍，而且每当新材料用于沥青路面时，都要说明是否会影响 沥青路面的再生利用。 由于沥青混合料再生利用大有可为，为此，研究工作得到美国联邦公路局的大力资 助。与此同时，美国交通运输研究委员会、美国材料与试验协会、美国沥青路面工艺师 协会，经常主持召开有关沥青混合料再生利用的各种学术会议，又有力地推动了该项研 究工作的进展和交流。1 9 8 1 年，美国交通运输研究委员会编制出版了路面废料再生指 南：同年，美国沥青协会出版了t 沥青路面热拌再生技术手册；1 9 8 3 年又出版了沥 青路面冷拌再生技术手册。 日本从1 9 7 6 年开始进行沥青混合料再生技术的研究。1 9 8 0 年厂拌再生的热拌混合 料累计己达5 0 万吨。1 9 8 4 年7 月，日本道路协会出版了路面废料再生利用技术指 南，并且就有关厂拌再生技术编成了手册。到目前，日本的沥青路面废料再生利用率 已超过7 0 。 欧洲一些国家对再生技术的研究开展的相对较晚。7 0 年代中期，联邦德国、荷兰、 芬兰等国家相继进行小规模试验，并迅速推广应用。相比之下，联邦德国再生技术研究 的发展速度较快。居欧洲首位。联邦德国首先将厂拌再生应用于高速公路路面养护，到 1 9 7 8 年己经将全部废弃沥青混合料加以再生利用。在芬兰，现在几乎所有的城镇都组织 日沥青混合料的收集和储存工作。过去再生材科主要用于轻型交通的路面和基层，近年 来，在重交通道路上也已经开始应用。 前苏联早就对沥青混合料再生技术进行了研究，而且在1 9 6 6 年就出版了沥青混 凝土废料再生利用技术的建议一书，但实际应用甚少。1 9 7 9 年又出版了旧沥青混凝 土再生混合料技术准则。提出了适于各种条件下再生利用的方法，其中规定再生沥青 混合料只可以用于高级路面的基层和低级路面的面层。1 9 8 4 年前苏联又出版了再生路 用沥青混凝土一书，该书详细地阐述了路拌再生和厂拌再生的方法。 纵观欧美国家沥青混合料再生利用技术研究发展的状况，可以看出欧美国家特别重 视再生利用技术的研究，他们在再生沥青混合料的拌制工艺，以及与之配套的各种挖 掘、铣刨、破碎、拌和等机具的研制方面，都取得了很大的成就，已经形成了一套比较 完善的再生利用技术，并且达到了规范化和标准化的成熟程度欧美等国特别重视再生 实用性的研究，虽然对沥青再生机理的理论研究不多，但对诸如再生剂的再生效果、再 生沥青混合料物理力学性能的评价方法等，也进行了卓有成效的研究，为沥青混合料再 生技术付之于实用提供了科学依据。 对废旧沥青混合料进行溶剂型常温再生的技术，由于国外大中型再生设备多，尤其 是可移动再生设备较多，热再生方便等原因在国外应用较少，而且大多数的常温再生都 采用乳化沥青作为粘结料，很少采用溶剂型的液体沥青。但在溶剂型常温沥青混合料方 面。部分国家还是有一定的研究，前苏联的研究指出，冷铺沥青混合科与热铺沥青混合 料的根本区别在于冷铺沥青混合料使用的结合料为稀释沥青，而热铺沥青混合料使用的 l 绪论 结合料为粘稠沥青，拌制冷铺沥青混合科是必须使用一定量的矿粉加拿大公司生产低 温沥青混合料的工艺：先将柴油与添加剂在常温下混合，再将l 加一1 6 0 的热沥青倒入 柴浊与添加剂的混合液中搅拌均匀，再与矿料掉和形成冷拌沥青混合料” 1 2 - 2 国内发展现状 我国早在2 0 世纪7 0 年代初就曾不同程度地利用废旧沥青混合料来修路，但大都将 其作为废料利用考虑，一般只用于轻交通道路、人行道或道路垫层。1 9 8 2 年交通部下达 7 “废旧沥青混合料再生利用”的研究项目，对再生技术进行了比较系统的试验研究，研 究成果显著其中山西、湖北、上海、天津、武汉等省市结合道路的大中修工程分别铺筑 了实验路。据不完全统计，至1 9 8 6 年，我国铺筑的再生沥青路面已累计超过6 0 0 k m 。从 2 0 世纪9 0 年代开始，我国进入了大规模公路建设时期，沥青混合科再生技术的研究和 推广基本处于停滞状态。近年来，随着我国沥青路面维修养护量的不断增加，对废旧沥 青混合料的再生技术有必要进行深入、系统的研究。 近几年，某些公路单位开始尝试将旧沥青路面简单再生后用于中轻交通量公路或道 路基层，如1 9 9 2 年同济大学在淮埠路采用阳离子乳化沥青进行冷法再生沥青路面试 验，1 9 9 7 年江苏淮阴市公路处用乳化沥青冷法再生旧料后铺筑路面，取得了一定效果。 但由于应用范围等原因，国内外对旧料再生的研究大多集中在热再生技术上，投入在冷 再生技术研究的资金和时间较少，同时在冷再生上多数采用乳化沥青，很少采用液体沥， 青。在常温沥青混合料方面，目前，国内大多数常温沥青混合料都采用乳化沥青或改性 乳化沥青作粘结料，此外也开发了一些采用液体沥青作粘结料的常温沥青混合料。东北 林业天学研制的常温沥青混合料是在沥青中掺配柴油制成液体沥青，再与矿料拌和形成 常温沥青混合料，并在哈同公路k 5 5 + 4 0 0 k 5 5 + 5 0 0 路段铺筑了试验路，试验路段铺 筑以来，经过2 年的行车使用，其力学性能及使用性能良好。采用液体沥青拌制的溶剂 型常温沥青混合料路段未见裂缝出现，但因含油置大或有部分混合料拌和不均匀而有轻 微拥包及泛油现象，但经过一段时甸通车后，泛油现象基本消失。国内业界采用液体沥 青制备常温沥青混合料的方法通常是将沥青加热至一定温度( 1 2 0 - - 1 4 0 左右) ，向其 中加入轻质油使其搅拌均匀制成液体沥青，再与矿料拌和形成常温沥青混合料“”“ 墨“i l 1 3 本文主要研究内容 本文结合河南省开封市科技局项目废旧沥青混合料再生利用试验研究进行试验 分析。以哈同公路哈尔滨一宾县段路面改造的废旧沥青混合料为对象。进行室内试验研 究。以取得常温再生利用方案论文主要研究内容如下： ( 1 ) 旧沥青混合料的分析： 分析旧沥青的老化程度； 旧沥青混合料的级配： 旧沥青混合料的沥青含量。 东北林业大学硕士掌位论文 ( 2 ) 再生存j 韵选择与试验：确定采用的募生剂类型，测定并比较它们的还原效果和 抗老化性能，确定再生剂的最佳用量。 ( 3 ) 常温再生沥青混合料配合比设计 配制液体沥青及确定拌和方案：确定溶剂类型，通过试拌确定溶剂剂量、拌和 时间等参数。 矿料的配合比设计：矿料的物理指标检验并根据不同的旧料使用比例来调整新 集料的级配，确保再生沥青混合料的级配在选定的级配范围内。 最佳沥青用量的确定：在规定的试验温度及试验时间内测定并计算混合料的各 种物理参数，用马歇尔仪测定稳定度和流值，绘制沥青用量与毛体积密度、空隙率、沥 青饱和度、马歇尔稳定度、流值关系图，分析马歇尔试验结果，确定最佳沥青用量。 常温再生沥青混合料路用性能试验：检验常温再生沥青混合料高温稳定性、低 温抗裂性、水稳定性等路用性能指标。 ( 4 ) 常温再生沥青混合料的经济效益和社会效益分析 1 4 研究目的及意义 本文旨在国内外已有研究成果的基础上，研究废旧沥青混合料的溶剂型常温再生技 术，将再生的混合料应用于低等级路面，满足相应的路用性能要求。并分析评价其经济 效益和社会效益，为沥青路面冷再生技术应用提供基础数据。 论文研究的意义主要包括以下三点： ( 1 ) 旧沥青路面材料的再生利用，大大减少了沥青和砂石等筑路材料的用量，因而 降低了工程造价，具有直接的经济效益：从长远的观点考虑，旧沥青混合料的再生利用 不仅实现了资源的可持续利用，同时为解决公路改建和养护过程中的废弃料问题提供了 一种有效的途径，是一项绿色环保技术，具有相当的社会效益和环境效益。 ( 2 ) 根据农村公路建设资金少、交通量小、技术指标要求相对较低的特点。溶剂型 常温再生沥青混合料可在其中应用，这样将有助于改善农村落后的交通条件，加快农村 地区的经济社会建设。 ( 3 ) 随着我国高等级沥青路面日益增多，今后必将面临更多的旧沥青路面材料再生 利用问题，本论文将对今后的再生沥青混合料研究提供基础数据。 2 旧沥青混合辩的分柝及再生沥青的研究 2 旧沥青混合料的分析及再生沥青的研究 2 11 1 3 沥青混合料的分析 2 1 1 旧沥青混合料的油石分离 本文使用哈同公路哈尔滨一宾县段路面改造的面层废旧沥青混合科为研究对象，此 面层旧混合料从开工建设到改造翻修，经历了大约1 0 年的使用时间，老化程度较大 将旧混合料放入1 0 0 4 - 5 的烘箱，待旧混合料软化后将其破碎，在室内使用沥青混合 料自动抽提仪进行旧混合料抽提试验，试验采用的溶剂为三氯乙烯。旧沥青混合料的抽 提试验分为两步：一是旧混合料在溶剂三氯乙烯的冲刷下，矿料与沥青分离，旧矿料留 在振动筛上以便作筛分试验二是旧沥青与三氯乙烯的混合溶液进入蒸馏箱，通过高温 蒸馏和冷凝得到旧沥青每次抽提试验称量已加热破碎的旧混合科1 5 0 0 9 ，抽提出的集 料和旧沥青供下一步研究使用 2 1 2 沥青的老化机理 沥青路面在使用过程中，经过行车荷载和自然因素的作用，逐渐变硬老化。沥青老 化的根本原因是氧化作用。有人对石油沥青四组分的氧化特性进行了研究，结果表明： 饱和分基本不氧化，说明它很稳定；芳香分具有一定的氧化性能：胶质、沥青质的氧化 量最大，是沥青中最不稳定的组分。四组分的氧化能力次序为沥青质 胶质 芳香分 饱 和分。老化后的沥青组分发生了变化，芳香分减少，胶质和沥青质增加，因此沥青的老 化过程可以认为是沥青化学组分平移的结果。老化沥青与原沥青相比，针入度、延度降 低，软化点升高。表现为沥青变硬，变脆，延伸性降低，导致路面产生裂缝、松散等破 坏翻1 。 2 1 31 日沥青老化程度 评价沥青性能的指标有很多，本文采用沥青最基本的三大指标：针入度、延度、软 化点来评价旧沥青的老化程度。 ( 1 ) 针入度：针入度是在规定荷载、规定温度、规定萄载作用时间下，标准针贯入沥 青中的深度单位为0 1 m m ，针入度是评价沥青稠度的一种指标。针入度越小，表明沥 青的稠度越大，沥青越粘稠，反之越小本次试验采用的试验温度为2 5 ，标准针( 包 括滑动连杆和砝码) 的质量为规定的l o o g ，贯入时间为规定的5 s ( 2 ) 延度；沥青的延度，是将标准沥青试件经过空气和水浴养生后，在一定温度的水 浴中，以规定拉伸速度拉伸时，沥青试件拉断瞬间所经历的最大拉伸距离，以锄为单 位。延度表征了沥青的塑性，延度值越大，沥青在所进行的试验温度下的塑性变形能力 越大。本次试验采用的试验温度为1 5 ，拉伸速度为5 0 2 5 c m m i n 。 ( 3 ) 软化点：将沥青浇入规定尺寸的试样环，经过空气养生和5 水浴养生，将试样 东北林业大学硕士学位论文 上方刮平，环中沥青试样上放置一质量为3 5 9 的钢球，两者置于5 c 的蒸馏水浴中以5 m i n 的速率加热，沥青试样逐渐软化，钢球从试样上沉落，刚接触至规定距离的底板 时。该湿度就是沥青的软化点。软化点反映了沥青的温度敏感性，软化点越高，温度敏 感性越好，也就是热稳定性越好嘶“。 一 本文选用的新沥青为辽宁盘锦a 级1 1 ( 3 号道路石油沥青，旧沥青与规范要求沥青的 三大指标见表2 - 1 表2 - 1 旧沥青与规范要求沥青三大指标对照表 从表中数据来看，旧沥青的三大指标针入度升高、软化点降低，不符合老化沥青的 变化规律，只有延度降低，符合沥青老化规律。分析原因由于沥青老化，沥青中的部分 组分经过氧化作用形成不溶体，会沉淀下来，面溶体部分氧化程度相对较小，进入高温 蒸馏及冷凝阶段的沥青溶液含有大量溶体，因此抽提出的旧沥青由于含有较多溶体而有 较好的流变特性，另外可能在抽提过程中使用的三氯乙烯溶剂与沥青发生了某种反应而 改变了旧沥青的流变特性，导致针入度、软化点与变化规律不相符。 2 1 - 4 旧沥青混合料的沥青含量和级配 称量利用旧料抽提试验中分离出来的集料质量，由此可以确定旧沥青混合料的沥青 含量。 袭2 2 旧沥青混舍料的沥青含量 筛孔尺, - j - 2 5 m m 2 6 51 9 1 6 1 3 29 j4 7 52 3 61 1 80 60 30 1 50 肼5 第一组 1 0 09 l j8 拍7 6 8 7 3 1 1 1 8 3l i 6 1 2 38 86 95 4 第二组1 9 6 29 1 5 77 1 93 4 o1 7 21 4 41 1 68 35 9 5 o 第三组1 0 09 9 09 6 29 0 27 7 23 8 72 1 81 7 81 4 11 0 3 7 1 5 8 平均值 1 9 5 6 0 眠66 9 93 4 71 9 51 6 11 2 99 46 75 6 2 旧沥青混台辩的分析及再生沥青的研兜 通过筛分结果可以看出，旧沥青混合料采用的级配与a c - - 2 0 型沥青混凝土的级配 比较接近，4 7 5 m m 筛孔的通过率 1 4 由上表可知，三种使用方案的最佳沥青用量的变化规律是随着旧料使用比率的增如 而逐渐增大的，而新集料对新沥青的需求量是固定的，说明旧料利用的越多，需要的新 沥青也就越多，分析旧料中的沥青尽管通过再生剂可以还原其一部分性能，但毕竟受冷 拌工艺的制约，沥青不能完全像热拌混合料那样发挥效能，需要额外的新沥青将旧料更 好的粘结起来。三种利用方案的空隙率、饱和度、矿料间隙率、流值等指标均满足规范 要求，稳定度随着旧料的增加有增大的趋势，但2 0 利用旧料的稳定度小于5 k n ，不符 合规范要求 3 4 本章小结 ( 1 ) 介绍了溶剂型常温沥青混合料的强度形成机理 ( 2 ) 按不同旧料利用比率进行矿料组成设计并根据常温再生混合料的特点确定了溶 剂剂量、拌和温度、拌和时间，修正了击实次数和养生温度。 ( 3 ) 对2 0 、3 5 、5 0 - - 种旧料利用比率分别进行马歇尔试验并确定最佳沥青 用量。 4 常温再生沥青混合料路用性能检验 4 1 水稳定性检验 水稳定性是沥青混合科抵抗由于水侵蚀而逐渐产生沥青膜剥离、松散、坑槽等破坏 的能力。水损害是沥青路面的主要病害之一，所谓水损害是沥青路面在水或冻融循环的 作用下，由于汽车车轮动态荷载的作用，进入路面空隙中的水不断产生动水压力或真空 负压抽吸的反复循环作用，水分逐渐渗入沥青与集料的接触面上，使沥青枯附性降低并 逐渐丧失粘绪力，沥青膜从石科表面脱落弱离，沥青混合料掉粒、松散，继而形成沥青 路面的的坑槽、推挤变形等损坏现象。除了荷载及水分供给条件等外在因素外，沥青混 合料的抗水损害能力是决定路面水稳定性的根本因素。沥青混合料在浸水条件下，由于 沥青与矿料粘附性降低，导致损坏，最终表现为混合料的整体力学强度降低，因此沥青 混合料的水稳定性最终是由浸水条件下沥青混合料物理力学性能降低的程度来表征。本 文通过浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来检验常温再生沥青混合料的水稳定性”1 。 4 1 1 浸水马歇尔试验 按照试验规程t 0 7 0 9 - - - 2 0 0 0 方法制备马歇尔试件，每组试件数量不少于4 个，其中 一组试件置于6 0 1 的恒温水槽中保温3 0 m i n 4 0 n f m , 然后使用自动马歇尔稳定度 仪测定其稳定度m s ，另一组试件则置于6 0 1 的恒温水槽中保温4 8 h 再测定其稳 定度此乳，按下式计算残留稳定度 正。 m s 。等t 0 0 式中：m s o - - 试件的浸水残留稳定度( ) 酬式件的稳定度( 1 耐) m s i 试件浸水4 8 h 后的稳定度( k n ) ( 4 1 ) ：耋兰要兰耋耋兰：登鐾墨兰鐾兰兰 衰奉l 浸水马歇尔试验结果 公路沥青路面施工技术规箍 y i b f 4 0 - - 2 0 0 4 鬟 蜊 型 稼 蔼 鼷 * 燃 ，1 ；7 i 弘i 蘑 r i l7 莲r r 3 5 5 0 规定最小值 旧料使用比率 强4 - 1 浸承马歇尔试验结果对比圈 随着旧料使用比率的增加，浸水残留稳定度逐渐下降，特别是旧料使用比率在3 5 5 0 这个区间内下降明显。5 0 使用旧料的混合料的残留稳定度( 6 5 2 ) 低于 公路沥青路面施工技术规范j ( f r g f 4 0 - - 2 0 0 4 ) 规定的8 0 的下限，2 0 和3 5 使 用旧料的混合料的残留稳定度符合规范要求。 4 1 2 冻融劈裂试验 制备马歇尔试件，将试件随机分成两组，每组不少于4 个，第一组试件在室温下保 存备用将第二组试件按试验规程1 d 7 1 7 试验方法在9 r 7 3 a 鳃7 k p a 的真空干燥器 中保持真空1 5 r a i n ，然后打开释气阀门，将试件在水中继续放置3 0 r a i n ，取出试件放入 塑料袋中，加入少量的水，扎紧袋口，将试件放入一1 8 的恒温冰柜中保持1 6 h ，而后 取出试件，撤去塑料袋，立即放入6 0 的恒温水槽保温2 4 h ，然后将第一组与第二组试 件全部浸入2 5 的恒温水槽中不少于2 h ，取出试件用5 0 m m m i n 的加载速率进行劈裂 舳阳加o 东北林业大学硕士学位论文 试验。劈裂抗拉强度麓戒4 - 2 及式4 - 3 计算，结果见表4 2 。 焉l 。0 0 0 6 _ 2 8 7 p r l ( 4 - 2 ) 儿 r r 2 o o 0 1 6 2 8 7 一p r z ( 4 - 3 ) 肌 t s r 监x 1 0 0 墨- 式中：r 盯一未进行冻融循环的第一组试件的劈裂抗拉强度( m p a ) r ! 棚受冻融循环的第二组试件的劈裂抗拉强度q 【p a ) p 玎、p 第一，二组试件的试验荷载的最大值( n ) l 、| i l 厂第一、二组试件的高度( 衄) 硒r 一冻融劈裂试验强度比( ) 。 ( 4 4 ) 表4 2 冻融劈裂试验结果 4 常温再生沥青混合辩路用性能捡验 x 、 丑 型 强 镍 经 臻 躲 攫 蜷 棼= 鹌 o u 鼍 牛二。器萨霹囊 7 5 ? 嚣 6 6 8 匿 鳖一4 弱警癌 辇：罐 釜，； 錾、穗 k 岩 鳖蔼 鏊篙 釜。镬 盏， f 荔 黪蓬篓虱 黼糊融麓 2 0 9 63 5 5 0 0 k规定最小值 旧料使用比率 圈4 1 2 冻融劈裂试验结果对比圈 综合浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验结果，可以看出随着旧料使用比率的增加，常 温再生混合料的水稳定性逐渐下降，其中5 0 使用旧料的常温再生沥青混合料不符合规 范规定的的要求，说瞬其水稳定性不合接。旧料使用比率在3 5 5 0 区间内水稳定性 下降明显。2 0 和3 5 使用旧料的常温再生沥青混合料的水稳定性试验结果符合要求， 相对来说2 0 使用i b 料的两项试验结果优于3 5 使用旧料的试验结果。旧料使用比率 与再生沥青混合料的水稳定性成反比，分析旧沥青混合料经过一定年限行车荷载以及气 候的作用，沥青发生老化并与矿料粘附性降低，旧沥青混合料的抗水损害能力下降且啁 显低于新拌沥青混合料的抗水损害能力，虽然向旧科中加入了再生剂进行还原，但受冷 拌工艺制约等原因，其抗水损害性能也无法与新拌混合料相比。因此，再生沥青混合科 中旧料使用的越多，其水稳定性就越差 4 2 低温抗裂性能检验 沥青混合料抵抗低温收缩裂缝的能力称为低温抗裂性由于沥青混合料随温度下降 劲度增大，变形能力降低，在温度下降所产生的温度应力和外界荷载应力的作用下，路 面内部分应力来不及松弛，应力逐渐积累下来。这些积累应力超过材料抗拉强度时即发 生开裂，从而导致沥青路面的破坏，所以沥青混合料在低温时应具有较大的抗变形能力 来满足低温抗裂性能。沥青路面的低温收缩开裂有两种形式；一种是由于气温骤降造成 材料低温收缩，在有约束的沥青混合科面层内产生温度应力超过沥青混合科在相应温度 下的抗拉强度时造成的开裂。另一种形式是低温收缩疲劳裂缝，这是由于沥青混合料在 经受长期多次的温度循环后抗拉强度降低，在温度应力超过此温度疲劳强度时会产生歼 裂。沥青路面的低温缩裂不仅破坏了路面的连续性、整体性及美观。而且会从裂缝处不 断进入水分侵蚀基层和路基，导致路面承载力下降。加速路面破坏，严重危及道路的使 印伯加m o 东北林业大学硕士学位论文 用寿命和质量。因此，低温抗裂性能是沥青混合料最重要的使用性能之一本文采用沥 青混合料低温弯曲试验来评价其低温抗裂性能，其主要指标有抗弯拉强度、弯拉应变和 弯曲劲度模量，其中规范规定了破坏时弯拉应变的最小值。 本试验按照试验规程t 0 7 1 5 1 9 9 3 方法进行，将成型的车辙试件脱模并切割成 2 5 0 m m x 3 0 r a m 3 5 m m 的小梁试件，放入- - 1 0 的冰柜中1 0 h ，使试件内部温度达到规 定的试验温度。试验仪器采用“微机控制电液伺服万能试验机”，试验时加载速率 5 0 r a m r a i n , 跨径2 0 0 r a m , 每组试验使用6 个试件。试验过程：将试件从冰柜中取出。立即 对称安放在支座上，试件上下方向应与试件成型方向一致。在微机上将荷载与位移调 零，开动压力机以规定的速率在跨径中央施以集中荷载，直至试件破坏。计算机同步进 行数据采集汹“锄。根据采集到的不同荷载只和跨中变形旅值，绘制出荷载跨中挠 度曲线。将图中的直线段按图示方法延长与横坐标相交作为曲线的原点。得到试件破坏 时的最大荷载如和跨中挠度d ，由下式可算出抗弯拉强度如、破坏时最大弯拉应变，二 和破坏时弯曲劲度模量岛。 圈4 - 3 荷载跨中挠度曲线 d扎昂 。葡 6 j l d 8 ，可 。 。百 式中：鼬试件破坏时的抗弯拉强度( m p a ) 8 r 试件破坏时的最大弯拉应变 试件破坏时的弯曲劲度模量( m p a ) 6 ，矗跨中断面试件的宽度和高度( 衄) z t 一试件的跨径( 衄) 绉 ( 4 5 ) ( 4 - 6 ) p 7 ) ：至兰要兰登耋翌宝翌登墨兰氅竺兰 如试件破坏时的最大荷载( n ) 删件破坏时的跨中挠度( 姗) 表4 - 3 低温弯曲试验结果 锹 理 掣 | 瓠 蟾 饪 3 5 * , 65 0 9 6规定最小值 旧料使用比率 图4 4 低温弯曲试验结果对比田 从试验结果看随着旧料使用比率的增加，常温再生沥青混合料的低温抗裂性能逐浙 下降，分析旧沥青混合料经受了长期多次的温度循环后抗拉强度降低，表现为较脆硬， 其低温抗裂性能与新拌混合料相比较低。因此，受旧沥青混合料的影响，再生沥青混合 料中旧料使用的越多，其低温抗裂性能就越差。 0 0 o o o o o 叮0 0 吣吣吲吣鲫吣 9 8 7 6 5 4 3 2 l 表北林业丈学硕士学位论文 4 。3 高温稳定性检验 通常所说的“高温稳定性”的“高温”条件是指在使用过程中受交通荷载的反复作 用，容易产生车辙、推移、拥包等永久性变形的温度范围。道路使用的实践表明，在通 常的汽车荷载条件下，永久变形主要是在夏季气温高于2 5 3 0 左右，即沥青路面的 表面温度达到4 0 c 5 0 c 以上，已经达到或超过道路沥青的软化点温度的情况下容易产 生，且随着温度的升高和荷载的加重，变形愈大。 沥青混合料是一种粘弹性材料，它的力学性质不同与粘性体和弹性体，在外力的长 时间作用下，变形或应变会随时间的增加而不断增大，在取消外力后甚至一部分变形会 永远保持，这是粘弹性材料的典型力学特性，沥青路面的车辙或其他永久性变形就是沥 青混合料粘弹特性的直接反映。目前我国评价沥青混合科高温稳定性的方法主要是马歇 尔试验法和车辙试验法，有研究指出马歇尔试验在评价路面永久变形抵抗能力方面有局 限性，车辙试验可供沥青混合料配合比设计的高温稳定性检验，因此本文采用车辙试验 来评价常湿再生沥青混合料的高温稳定性。 车辙试验是一种模拟实际车轮荷载在路面上行走而形成车辙的工程试验方法，通过 车轮在板块状试件上反复行走，观察和检测试件的变化。由于本文采用含有溶剂的液体 沥青进行常温掉和，成型的试件中含有一定量的溶剂，在很大程度上影响了试验结果， 本试验参照马歇尔试验的修正方法，将试件放入1 1 0 烘箱中养生2 4 h ，这样溶剂可以 全部挥发，能反映出混合料的真实的抗车辙能力。试验仪器为长沙亚星数控技术有限公 司生产的电脑沥青混合料车辙试验系统，试验方法根据试验规程t 0 7 1 9 - - 1 9 9 3 规定：将 混合料制成3 0 0 r a m x 3 0 0 r m n x 5 0 r a m 的试件，连同试模一起放入试验机的恒温室f 6 0 ) 中保温不少于5 1 1 , 试验温度为6 0 ，试验轮行走距离2 3 0 m m ，轮压为0 7 m p a ，往返碾 压速度为4 2 次, m i n ，将试件连同试模置于试验台上，试验轮在试件的中央部位，其行 走方向必须与试件碾压或行车方向一致。然后启动试验机，使试验轮往返行走，时间为 l h ，电脑会自动记录各试验参数。试验结果用动稳定度d s 来表示，