（道路与铁道工程专业论文）乳化沥青冷再生混合料的高低温性能研究.pdf

摘要 我国早期修建的沥青路面逐渐进入了大中修期，传统的方法是将旧路面挖除， 重新修建新路面。这样会产生大量的废料，不仅占用土地，污染环境，而且对于 材料本身来说，也是一种极大的资源浪费。沥青路面冷再生技术可以重复利用旧 沥青路面材料，提高资源利用率，保护生态环境，是一项符合可持续发展规律的 有效措施。 本文从当前的国内外研究现状出发，对可回收废旧沥青混合料中的沥青进行 了回收和测定，通过筛分，确定了r a p 的级配。同时，对试验中所用的乳化沥青、 水泥以及集料的性能进行了评测。进一步分析了乳化沥青冷再生混合料的强度形 成机理。采用正交设计的方法进行配合比设计，以劈裂强度、马歇尔稳定度、流 值、抗压强度和孔隙率作为评价指标，确定混合料的水泥用量、乳化沥青用量、 r a p 用量和总用水量，得到一组较优的配合比方案( 方案一) 。结合经济和社会效 益考虑，又可得到一组较优的配合比方案( 方案二) 。利用对比试验，最终确定方 案二为最优配合比。最后，采用以方案二作为基准配合比，固定其中三个因素， 改变另一个因素的方法，通过对比实验，进行混合料的高低温性能检验。 通过大量实验得出，在水泥用量为3 、乳化沥青用量为3 、旧料掺量为7 0 以及用水量为4 的条件下，进行冷再生混合料的配合比设计，所得到的混合料具 有较高的强度和良好的高低温性能，能够应用于高等级公路的基层。 关键词：沥青路面冷再生；配合比设计；高低温性能 a b s t r a c t t h ec o n s t r u c t i o no fa s p h a l tp a v e m e n ti nc h i n ah a sg r a d u a l l yd e v e l o p e di n t ot h e m a i n t e n a n c ep e r i o df r o mi t se a r l yo n e t h et r a d i t i o n a lw a yf o rp a v e m e n ti st oe x c a v a t e t h eo l dr o a d sa n dr e - c o n s t r u c tn e wr o a d s ，w h i c hw i l lp r o d u c eal o to fw a s t ea n do c c u p y al a r g ea m o u n to fl a n da n dc o n t a m i n a t es u r r o u n d i n g s ，a n dm e a n w h i l ec a u s eh u g ew a s t e o fr e s o u r c e si nt e r m so fc o n s t r u c t i n gm a t e r i a li t s e l f c o l dr e c y c l e da s p h a l tp a v e m e n t t e c h n o l o g yc a nr e u s et h ea s p h a l tf o rt h eo l dp a v e m e n ta n du p g r a d et h ee f f i c i e n c yf o r t h e u s eo fr e s o u r c e sa n dp r o t e c tt h ee n v i r o n m e n t ，w h i c hi sa ne f f e c t i v em e a s u r et oa c h i e v e t h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t t h i st h e s i ss t u d i e st h ec u r r e n ts i t u a t i o na th o m ea n da b r o a d ，a n dc a r r i e so u tt h e r e c y c l ea n de x a m i n a t i o no ft h ea s p h a l ti nt h er a pa n da f t e rs i e v i n gi t , t h eg r a d a t i o no f t h er a pi sc o n f i r m e d m e a n w h i l e ，i tm a k e st h ee v a l u a t i o no ft h ep e r f o r m a n c eo ft h e e m u l s i f i e da s p h a l t ，c e m e n ta n da g g r e g a t eu s e di nt h et e s t ，a n df u r t h e ra n a l y s et h e m e c h a n i s mf o rt h ef o r m a t i o no ft h es t r e n g t ho ft h ec o l d - r e c y c l i n go fa s p h a l t t h e r e s u l t s s h o w st h a tt h ep e r f o r m a n c ei n d e xo ff i l l e rm e e tt h es p e c i f i c a t i o n s b yt h eu s eo f o r t h o g o n a ld e s i g nm e t h o d ，w i t hc h o o s i n gs p l i r i n gs t r e n g t h ，m a r s h a l ls t a b i l i t y , f l o w v a l u e ，c o m p r e s s i v es t r e n g t ha n dv o i da si n d e x ，t h ea m o u n to fc e m e n t ，a s p h a l tc o n t e n t ， r a pc o n t e n ta n dt o t a lw a t e rc o n s u m p t i o ni nm i x t u r ec a nb ed e t e r m i n e da n di nt h i sw a y ag r o u po fp r o g r a m sf o ro p t i m u mm i xp r o p o r t i o n ( p r o g r a m 1 ) c a nb eg a i n e d c o n s i d e r i n g e c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t s ，a n o t h e rg r o u po fp r o g r a m sf o ro p t i m u mm i x p r o p o r t i o n ( p r o g r a m2 ) c a nb eg a i n e d t h e na f t e rt h ec o m p a r a t i v et e s t ，p r o g r a m2i s p r o v e dt ob et h eb e s tm i xp r o p o r t i o n f i n a l l y , w i t hp r o g r a m2a st h eb a s i cs t a n d a r da n d b yf i x i n gt h r e ef a c t o r sa n dc h a n g i n ga n o t h e rf a c t o r , t h ec o m p a r a t i v et e s tw i l lb ec a r r i e d o u tt oe v a l u a t et h ep e r f o r m a n c eo fm i x t u r ei nt h eh i g ha n dl o w t e m p e r a t u r e a f t e rl a r g ea m o u n t so fe x p e r i m e n t s ，i ti sc o n c l u d e dt h a tu n d e rt h ec o n d i t i o no ft h e p r o p o r t i o nf o rt h eu s eo fc e m e n t ，e m u l s i f i e da s p h a l t ，o l dm a t e r i a la n dw a t e ra s3 ，3 ， 7 0 a n d4 ，c o l dr e c y c l i n gm i x t u r ep r o d u c e db yt h em i xd e s i g nh a st h eh i g hi n t e n s i t y a n dg o o dp e r f o r m a n c ei nh i g ha n dl o wt e m p e r a t u r ea n dc a nb ea p p l i e di n t o i nt h e b a s i cl a y e ro fh i g h - l e v e lf r e e w a y , a sl o n ga st h em i x d e s i g ni sr e a s o n a b l e k e yw o r d s ：c o l dr e c y c l i n go fa s p h a l tp a v e m e n t ；m i xd e s i g n ；h i g ha n dl o w t e m p e r a t u r ep e r f o r m a n c e 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 多，ft 砖 r 日期：沙，矿年乒月 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 叶b 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部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和汇编本学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信 息服务( 包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留在其 他媒体发表论文的权利。 虢二h 乌 蛾口上 日期：沙“年中月7 厂同日期：f c 7 年够月吁同 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c n k i 系 列数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规 定享受相关权益。 学位论文作者签名) 日期：沙! 矿年丫月广尸日 刁彪 广、 指导教师签名：撕 日期：，。年中月f q 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 问题的提出 随着国民经济的发展，国家在基础建设方面的投入越来越大，我国各种等级 公路罩程均有了突飞猛进的增长。但随着公路等级的提高和交通运输事业的发展， 交通量随之急剧增长，轴载也急剧增加，尤其是超重车的急剧增加，对沥青路面 造成了很严重的早期损坏，如明显的车辙、表面骨料脱落和坑槽以及严重的裂缝 等病害。导致行车安全性降低和舒适性变差，使得公路管理部门不得不投入大量 资金和人机料等资源进行维修或提前进入大修，显著地增加了财政的支出。因此， 我国公路建设由过去的以建设为主，逐步地向建设、养护并重的方向发展。公路 的养护技术和养护管理已得到人们越来越多的重视。 沥青路面是指在柔性基层、半刚性基层上，铺筑一定厚度的沥青混合料作面 层的路面结构。这种路面与砂石路面相比，其强度和稳定性都大大提高；与水泥 混凝土路面相比，其表面平整无接缝，行车振动小，噪音低，开放交通快，养护 简便，适宜于路面分期修建，是我国路面的重要结构形式。按照这些沥青路面的 设计寿命( 8 1 5 年) 和实际使用情况来讲，每年有将近1 0 的沥青路面需要翻修。 预计旧沥青路面材料的废弃量将达到每年2 0 0 万吨。对于这些刨铣下来的旧料， 如果仅仅是采用抛弃的方法来解决，不仅会占用大量土地，还会污染周边环境， 更主要的是对材料本身的极大浪费。如何利用这些旧料，这个问题便摆在了研究 人员和工程技术人员的面前。故而，沥青路面再生技术，这项利国利民的环保型 新技术便应运而生。 沥青路面再生技术属于道路维修的范畴1 2 3 j ，其分类很多，按再生形成的层位 不同可分为再生面层、再生基层和再生底基层；按再生方式的不同可分为热再生 和冷再生；按拌和地点的不同可分为现场再生和厂拌再生。 沥青路面热再生是指将废旧沥青混合料加热分解，按需要添加补充骨料和新 沥青材料或某一类型的再生添加剂而制成再生沥青混合料，主要针对高等级公路 包括城市道路中的沥青路面，再生形成沥青路面( 底面层) 。沥青路面热再生技术在 国外已经普遍使用，在国内则刚刚起步，热再生机械已有引进，但限于使用成本 较高，尚未推广应用，但应当指出的是对于基层承载力满足要求的高等级公路或 部分城市道路中沥青路面的维修和养护，整体热再生是其发展方向。 沥青路面冷再生技术是指将旧沥青路面材料( 包括沥青面层材料和部分基层 材料) ，经铣刨加工后进行重复利用，并根据再生后结构层的结构特征，按比例加 入一定量的外掺剂( 如水泥、乳化沥青、泡沫沥青、石灰或粉煤灰) 、新骨料或细 2 第一章绪论 集料以及适量的水，在规定条件下连续完成材料的铣刨、破碎、添加、拌和、摊 铺及压实成型，重新形成结构层的一种技术。这种施工技术不仅能够利用旧路面 的废弃材料，节省筑路材料，还解决了废弃材料对空间的占用及对环境的污染， 同时这种现场冷再生还具有简化施工工序、节约工期等优点。因此，冷再生技术 可节省投资，获得直接的经济效益，并可保证生态环境获得社会效益，是一项利 国利民的环保型新技术。 多年来，世界各国广泛进行沥青混合料再生利用的试验研究，取得丰硕的成 果，并已在生产中大面积推广应用，现在，沥青混合料再生利用技术越来越受到 人们的关注，是能够有效解决问题的一项新技术。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 旧沥青路面材料再生利用，最早是1 9 1 5 年在美国进行的。但真j 下开始大规模 研究和应用，是在1 9 7 3 年石油危机爆发才开始。当时，燃油供应困难，又由于严 格的环保法制，使得砂石材料的生产受到极大的限制，导致筑路材料供应不足， 废旧沥青路面材料的再生技术才引起了人们的极大关注。 到上世纪八十年代末，美国再生沥青混合料的用量几乎为全部路用沥青混合 料的一半，沥青路面的再生利用在美国已是常规实践，目前其重复利用率高达8 0 。 相比常规全部使用新沥青材料的路面，节约成本1 0 - 3 0 1 4 j 。 日本从1 9 7 6 年开始进行了沥青路面再生技术的研究，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制了手册。 欧洲一些国家对沥青路面再生技术的研究也在同一时期展开。2 0 世纪7 0 年代中期， 德国、荷兰和芬兰等国家相继进行了小规模试验研究，并迅速推广应用。相比之 下，德国沥青路面再生技术研究的发展速度较快，居欧洲之首位。法国对沥青路 面再生技术的研究也颇为重视。前苏联在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，但实际应用甚少，1 9 7 9 年出版了旧沥青混凝土再生混合料技 术准则，提出了适用于各种条件下的沥青路面材料再生利用方法，1 9 8 4 年又出版 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。 关于本文所研究的旧沥青路面材料形成路面基层( 底基层) 的冷再生技术，在欧 美、日本等国家已经被普遍采用，图1 1 所示为美国在相应的时间跨度内沥青路面 冷再生技术的发展情况1 5 j 。由此可见，在发达国家旧沥青路面材料的冷再生技术已 经相当成熟，而且其适用范围也相当广泛，这些国家早已能够制造出各种沥青路 面的翻松和破碎机械，具有在路上就地破碎沥青路面材料进行现场冷再生的条件。 第一章绪论 例如，近年欧洲最大的沥青路面现场冷再生工程西班牙b 号国道卡托兰那公 路，它是连接巴塞罗那和马德里外围海滨区的主干道之一，由于其部分路段的行 车道结构已经不能适应每天1 00 0 0 辆交通量的需要( 包括大约70 0 0 辆货车) ，致使 沥青路面表面层开裂并产生横向位移，影响了交通安全1 6 1 。于是在西班牙公路局 的主持下，s o r i g u es a a g 建筑公司使用w r t g e n 路面冷再生设备，采用沥青路面冷 再生技术对路面进行了修复，最后形成了2 2 c m 厚的水泥稳定类冷再生基层，罩面 层为8 c r a 厚的沥青混凝土，再生行车道总面积达3 2 50 0 0 m 2 。7 0 年代中期，欧洲 的一些国家如联邦德国、荷兰、芬兰等国也相继进行了试验研究并制定了有关技 术规程，保证该项技术的迅速推广应用，有关资料情况如表1 1 所列。 图1 1 国外沥青路面冷再生技术的发展 f i g1 1t h ed e v e l o p m e n to fc o l d - r e c y c l i n go fa s p h a l tt e c h n o l o g yi nf o r e i g n 4 第一章绪论 表1 1 欧美国家在沥青路面再生方面的资料规范 t a b l 1t h eb a s i cf o u n d a t i o n so f p a v e m e n tr e c y c l i n gi nw e s t e r nc o u n t r i e s 时间( 年)国家出版物 1 9 6 6 前苏联沥青混凝土废料再生利用技术的建议 1 9 7 9 前苏联旧沥青混凝土再生混合料技术准则 1 9 8 1 美国 路面废料再生指南 1 9 8 i 美国沥青路面热拌再生技术手册 1 9 8 3 德国沥青路面冷拌再生技术手册 1 9 8 4日本 路面废料再生利用技术指南 1 9 8 1德国 热拌再生沥青混凝十施工规范 1 9 8 3 英国热拌沥青混凝土基本规范 1 9 9 4 德国再生沥青混凝十施工指南 1 9 9 7 澳大利亚沥青混凝十路面再生指南 1 9 9 7 美国州和地方政府路面再生指南 纵观国外发达国家沥青路面再生利用技术研究发展的状况，在2 0 世纪8 0 年 代之前，沥青路面的再生基本上采用厂拌再生工艺，8 0 年代后，随着路面加热设 备和就地材料试验检测技术的逐步完善，路面就地再生技术开始受到各国的重视， 目前许多国家已逐步采用这种工艺方法，他们也特别重视再生实用技术的研究并 取得了很大的成就，已形成一套比较完整的再生技术，达到了规范化和标准化的 成熟程度，尤其是北美和欧洲国家，目前已存在可满足不同修复要求的几种技术， 根据当地的条件、路面类型和路面将来的用途，工厂热再生和冷再生已经投人口 常的使用阶段，许多公路公司使用冷再生技术和全部重新铺筑的方法修复路面和 加固路面总之，国外沥青路面再生技术已口趋成熟。 1 2 2 国内研究现状 我国在五十年代到七十年代，曾在不同程度上利用过废旧沥青混合料来修 路，但均作为废物利用来考虑，所得的成品一般只用于轻交通道路、人行道或 道路的挚层。山西、湖北、河北等省的公路养护部门，是国内较早回收利用旧 沥青混合料的单位，他们在七十年代初期就将开挖的废旧沥青混合料用于维修 养护时铺作基层。到8 2 年山西省结合油路的大中修工程共铺筑试验段8 0 余公 里1 7 ，湖北省各公路单位联合起来对各等级的路面、不同的交通量、不同的地形 和气候条件、不同的路面结构类型的旧油路面进行了比较系统的再生试验研究， 共铺筑了8 8 公里的试验路段i 4 j 。 第一章绪论 1 9 8 2 年，交通部科技局正式将沥青混合料再生利用作为重点科技项目下达， 由同济大学负责该课题研究的协调工作，研究工作采取由科研单位、高等院校与 生产部门相互协作的方式，分别确定主攻方向，开展比较系统的试验研究，使研 究深度与广度有了较大的进展。 1 9 8 3 年建设部下达了“废旧沥青混合料再生利用”的研究项目，由上海市市 政工程研究所、武汉市市政工程设计研究院、天津市市政工程研究所等单位承担， 当时的主攻方向是把旧渣油路面加入适当的轻油使之软化，来代替常规沥青混合 料，铺筑层次是解决用量较多的面层下层，拌和设备方面则应用现有设备作适当 改装，经过三年的努力，在苏州、武汉、天津、南京四个城市铺筑了3 00 0 0 平方 米以上的试验路l s j ，经路用效果观测表明，再生路面的综合使用品质不低于常规热 拌沥青混凝土路面。湖南省将乳化沥青加入旧渣油表处面层料，并分别用拌和法 和层铺法修筑了再生试验路，也证明了此技术的可行性和经济性。 1 9 9 8 年1 0 月，邯郸市交通局引进了世界上最先进的再生机一德国w i r t g e n 公 司的w r 2 5 0 0 。这是首次采用大型现代化再生机械一次性完成旧路的再生施工，同 时也是中国第一次以泡沫沥青作为稳定材料，它是中国公路建设的一个罩程碑， 随后，冷再生技术在河南濮阳工地、天津津围路、京津1 0 3 国道维修、无锡以及 石家庄等公路工程维修中相继得到了应用i s j ，2 0 0 2 年又在山东东营市的大王镇进 行了现场冷再生试验段的铺筑l s j 。 南京市市政设计院完成的成果“废旧沥青混合料冷再生利用”是通过将废旧 沥青混合料经再生剂软化再生，使旧沥青的性能得到恢复，加上新添骨料，与阳 离子乳化沥青在乳化沥青混合料拌和设备中拌制成冷再生沥青混合料，摊铺到路 面上，其质量可达到路用标准1 9 j 。它适用于道路的铺筑、翻修、养护与维修。；利 用该成果，研制出了适用于各种级配类型、路面结构的混合料配比、设计程序与 方法，制定了废旧沥青冷再生混合料路面施工暂行操作指南，使用该成果可减少 环境污染、节省原料，节约能源，降低工程造价，每利用一吨废旧沥青料可节省 成本4 0 元以上，如城市道路废旧料每年利用率为2 0 时，可节省资金8 0 0 万元以 上【9 】。 与发达国家相比，我国的沥青路面冷再生的应用，无论从再生利用方式、材 料性能还是到实用施工技术的研究均处于摸索阶段，都还没有形成完整的设计方 法、施工工艺和质量控制标准。这些都有待我们公路工作者的进一步研究和试验。 1 3 主要研究内容 本文对乳化沥青冷再生混合料进行了实验研究，主要研究内容包括以下几个 6 第一章绪论 方面： 乳化沥青冷再生混合料配合比设计研究。本文从水泥含量、乳化沥青含量、 r a p 掺量及用水量四个方面进行研究，以马歇尔稳定度、流值、劈裂强度、抗压强 度和空隙率作为评价指标，利用正交设计，确定最佳配合比。 乳化沥青冷再生混合料高低温性能研究。包括评价高温性能的车辙试验和 评价低温性能的劈裂试验和弯曲试验。 第二章试验用材料分析与评价 7 第二章试验用材料分析与评价 本文所采用的r a p 来自重庆渝涪高速公路( 分渝宜段和长涪段) 。原沥青路 面结构为：4 c m 抗滑表层( a c l 3 ) ；5 c m 中粒式沥青混凝土( a c 。2 0 i ) ；6 c m 粗粒 式沥青混凝土( a c 2 5 i ) ；2 0 c m 石灰粉煤灰碎石基层；2 8 c r n 石灰煤渣碎石底基 层，总厚度为6 3 c m 。 i o l 2 。1r a p 组成分析 再生沥青混合料设计的第一步就是对从路面回收的旧沥青混合料进行分析， 确定旧沥青混合料的各项组成和性质。对旧沥青混合料的评价包括：旧沥青含量、 旧沥青性质、旧集料级配组成、旧集料性质等等。 在进行旧料利用时，对旧料的各项性能进行评价，应是对整个旧沥青面层混 合料进行评价。 为了更符合实际地评价旧混合料，旧料的选择必须具有代表性，因此取样时， 我们要注意几点要求： 所取的试样必须充分代表旧沥青路面的特性。 所取的试样其数量必须足够用于进行实验室配合比试验要求。 2 1 11 日沥青的回收 采用阿布森法对旧沥青进行回收，阿布森法沥青回收分为沥青回收( 抽提) 液制 备与沥青回收两个阶段，沥青回收液制备阶段又分为混合料浸泡、混合料抽提、 残留矿粉分离3 个步骤，沥青回收液制备完毕后采用阿布森法进行沥青回收。 混合料浸泡 为了尽量减少回收液制样过程中对沥青的老化，将沥青混合料样品在不高于 1 0 0 的条件下烘干、掰散后用溶剂浸泡至少3 h 。 溶剂选择 回收沥青的溶剂除常用的三氯乙烯外，还有甲苯、甲苯与乙醇混合溶液等【7 】， 因沥青更易溶于三氯乙烯，而溶于甲苯、甲苯与乙醇混合溶液相对较慢；另外， 在蒸发过程中三氯乙烯更容易被脱去，而甲苯、甲苯与乙醇混合溶液馏出速度较 慢，且易残留，对试验结果影响较大。所以，采用三氯乙烯作为沥青回收溶剂。 分离抽提 规范一共有3 种沥青混合料抽提方法，分别为离心分离抽提法、回流式抽提仪 法和脂肪抽提器法i l 。回流抽提法耗费时间长、溶剂消耗量大且准确性差，泄漏 入抽提液中的矿粉数量较离心法较多；脂肪抽提器法( s o x h l e t ) 在国外使用较为普 第二章试验用材料分析与评价 遍，由于我国一直没有合适的滤纸筒，矿粉泄漏严重，且该方法每次取样的混合 料数量太少，缺乏代表性，故在我国只有少数单位使用。虽然离心分离法不可避 免的混入少量能通过滤纸的矿粉，但其使用冷溶剂完成操作，可以使由于加热而 可能导致的沥青老化影响降至最低，因而优于使用热溶剂的回流抽提方法。本研 究对沥青混合料的抽提采用离心分离抽提法。为保证沥青混合料中的沥青能全部 被回收，抽提采用转速不小于30 0 0 r m i n 的离心分离器进行，抽提直至抽提液澄清 为止。 矿粉分离 由于离心抽提法获取的抽提液中会残留少量能通过滤纸的矿粉，应采用高速 离心机使沥青抽提液中的矿粉等细微固体颗粒进一步分离出去。 2 1 2 旧沥青含量的测定 要准确测定旧沥青混合料中旧沥青的含量，关键是要搞清楚抽提液中矿粉的 含量。抽提液中矿粉含量测定方法有：用燃烧法取小样本测定；采用甩干器，用 高速离心法将矿粉与沥青三氯乙烯混合液分离，通过离心甩干杯的增重来确定矿 粉质量；也可通过长时间的静置沉淀后，倾倒掉混合液测得矿粉质量。本文采用 离心抽提法，测试结果见表2 1i n 】。 表2 1 沥青含量测定结果 t a b 2 1r e s u l t so f a s p h a l tc o n t e n td e t e r m i n a t i o n 抽提前混抽提后混抽提后滤滤纸质量溶液中矿 抽提原滤纸质油石比 合料质量合料质量 纸质量 增量粉含量 次数量( ) ( g ) ( g ) ( g )( g )( g ) ( g ) 111 4 4 510 7 0 18 31 3 24 92 9 1 23 6 5 7 212 7 2 211 9 7 88 81 3 54 7 3 0 o o3 2 2 1 313 5 3 712 7 9 1 8 9 1 1 3 2 42 7 1 33 4 4 4 413 7 5 612 9 8 38 71 1 52 82 7 3 03 5 5 3 从表2 i 抽提试验结果来看，旧料中沥青含量偏少，主要原因在于旧沥青混合 料在长期的荷载、温度和光照等因素作用下，沥青中的部分轻组分被挥发掉了， 另一部分则转化成重质组分。综合4 次的测试结果，取平均值，得出旧沥青混合料 油石比为3 4 7 ，实际操作中取3 5 。 2 1 3 老化沥青的性质变化 沥青在使用中由于空气、温度和阳光的作用会老化变质，究其原因乃是由于 第二章试验用材料分析与评价 9 化学组成发生变化而使其胶体性质变坏所致。表2 2 1 2 1本次实验路老化沥青的相 关性质与基质沥青性质比较。可以发现，沥青老化后针入度降低、软化点增高、 延度减小。化学组成的主要变化是芳香分缩合成胶质和胶质缩合成沥青质，使体 系中沥青质的含量增多，这样，由于分散相的增多和分散介质胶溶能力的减弱， 导致沥青的胶体稳定性下降，使用性能变差。 表2 2 沥青老化前后相关性质的比较 f i 9 2 2r e l a t e dp r o p e r t i e so fa s p h a l tb e f o r ea n da f t e rc o m p a r i s o no fa g i n g 项目基质沥青老化沥青 针入度( 2 5 )6 52 8 软化点4 55 6 延度( 1 5 ) c m 1 5 0 2 0 粘度( 6 0 )3 1 518 4 0 饱和分9 31 0 6 组成芳香分3 4 32 4 8 ( 质量) 胶质4 0 54 1 2 沥青质1 5 52 3 7 2 2 旧集料筛分及性能评价 对旧沥青混合料进行离心抽提，去除裹覆在石料上的沥青膜，然后将获得的 集料筛分、烘干进行常规石料性质试验。由于旧沥青混合料中集料较细，而且涉 及筛级较多。因此在试验密度和其他一些性质指标的时候将集料分档，这样可以 提高试验结果的可靠程度。进行5 组筛分试验，筛分结果如表2 3 ： 第一璋试验用材料分析与评价 袭23 抽提筛分试验结果 t a b 23r e s u l t so f e x t r a c t i o ns c r e e r a n g ( e s t 3 实测规规规 孔径 通过通过率通过率通过率通过率 通过范范范 ( t a m )率( )( )( )( )( )率( ) 由 上下 值限阻 3 751 0 01 0 01 0 0 3 l5 9 0 2 659 争站i 1 0 07 9 9 5 0 76 6 1 68 9 4 59 27 3 9 05 0 6 87 75 9 1328 3 “8 l6 78 33 26 25 2 6 76 65 36 3 4 3 47 53 4 0 83 2 23 62 05 82 3 1 73 352 5 81 27 5 3 2 1 8 0 675 992 582 22 5 30 2 0 1 sl2l3 510 81 35 0 0 7 502 5n 2 50 2 l3 筛底 图21 抽提筛分试验结果 h 9 2l r e s u l t s o f e x t r a c t l o ns c r e e n i n g k n 第二章试验用材料分析与评价 通过筛分结果可以看出，旧料的级配曲线并没有完全处于规定级配的上下限 之间。旧料中，只有2 3 6 m m 。9 5 m m 筛孔基本符合规定级配，9 5 m m 以上的旧料 通过率较规定级配变化较大，2 3 6 m m 以下则较小。由此可见，整个旧料细化情况 较为明显。 综合分析，导致旧料细化的原因有以下两方面：刨铣。在铣刨过程中，粗 集料在机械的作用下被轧碎，从拉回来的旧料里面能看到一些石料出现的新的破 裂面；道路使用中产生的破坏。由于路面面层厚度较薄，而且交通量较大，在 使用过程中，长期受到重车的碾压，导致路面内粗集料被压碎。根据对该路段使 用年限内交通量( 见表2 4 ) 的调查来看，交通量的年平均增长率为8 5 5 ，重 车数量较多，尤其是2 0 0 4 至2 0 0 5 年期间重车的增长速度非常快，因而造成集料 在长期的荷载反复作用下逐渐被压碎。 表2 4重庆渝涪高速公路交通量调查表 t a b 2 4t r a f f i cq u e s t i o n n a i r eo fc h o n g q i n gy u f uh i g h w a y 车辆流量 五类 合计备序时间 四类车 特种 一类车二类车三类车 奄 ( 辆)注 号 ( 年)1 0 垄 2 t 以下 2 5 t5 1 0 t 2 0 2 0 t 2 0 t 4 0 t 辆 1 8 6 2 2 8 65 8 6 8 9 42 5 4 7 5 29 3 0 62 7 3 75 8 4 2 12 7 7 1 6 5 9 7 证 l 2 0 0 2个 辆 8 8 6 82 7 9 51 2 1 3 4 4 1 32 7 81 3 2 l l 月 日 辆 1 4 7 0 6 5 0 43 0 1 3 5 3 7 7 0 4 5 99 3 9 4 24 8 9 48 9 6 1 615 9 6 7 0 6 8 1 2 年 22 0 0 3个 辆 4 0 2 9 28 2 62 l l l2 5 71 32 4 64 3 7 4 5 月 日 辆 1 2 9 2 8 1 8 l2 4 7 4 4 1 59 0 3 1 3 63 2 1 5 9 95 3 1 08 4 0 1 91 6 7 1 2 6 2 0 1 2 年 32 0 0 4个 辆 3 5 4 2 06 7 7 92 4 7 58 8 l1 52 3 04 5 8 0 0 月 日 辆 1 4 6 8 6 8 0 42 3 4 5 6 9 5 1 0 1 2 8 5 86 6 3 4 9 22 7 6 5 2 8 7 3 2 7 l8 8 2 4 2 0 81 2 年 42 0 0 5 个 辆 4 0 2 3 86 4 2 62 7 7 51 8 1 87 62 3 95 1 5 7 2月 日 1 2 第二章试验用材料分析与评价 同时集料的细化也与集料本身的性质有关，对抽提筛分后的旧集料清洗、烘 干后，分档测得其各项性质指标见表2 5 。虽然各项指标均符合规范要求，但是几 项主要指标都已经非常接近规范要求的极限值，坚固性和压碎值的不足容易使石 料在重车的作用下被压碎，而较小的洛杉矶磨耗率也会导致路面在长期重复荷载 作用下石料逐渐被磨蚀。因而粗集料的性质也是集料细化的一个重要原因。 表2 5 旧集料性质指标 t a b 2 5 s p e c i f i c a t i o n so nc o a r s ea g g r e g a t e s 孔径( 唧)视密度g c m 3坚同性压碎值洛杉矶磨耗率( l a ) 9 6 5 1 02 7 3 11 01 8 1 7 1 0 2 02 7 2 51 l1 9 1 8 技术指标2 5牛1 2牛2 0牛2 0 结论合格合格合格 合格 2 3 乳化沥青性能评价 乳化沥青品质的好坏直接影响到沥青与集料的粘附性及混合料最终强度的形 成，本研究实验采用的是阳离子慢裂型乳化沥青。根据公路沥青路面再生技术 规范1 1 3 j ( j t gf 4 1 2 0 0 8 ) 中对乳化沥青的要求，和公路工程沥青及沥青混合 料试验规程【1 1 j ( j t j0 5 2 2 0 0 0 ) 中相关试验方法进行沥青材料的指标测定，其主 要技术指标如表2 6 ： 表2 6 乳化沥青技术指标 t a b 2 6 s p e c i f i c a t i o n so ne m u l s i f i e da s p h a l t 试验项目单位质量要求试验方法测试值 破乳速度慢裂或中裂 t0 6 5 8 慢裂 粒子电荷阳离子( + ) t0 6 5 3 阳离子( + ) 筛上残留物( 1 1 8 筛) o 1t0 6 5 2 3 4 与粗、细粒式集料拌和试验均匀 t0 6 5 9 均匀 第二章试验用材料分析与评价 2 4 新集料性能评价 由于旧集料在使用过程和铣刨中的碎裂使其细化，且在荷载作用下磨蚀，旧 集料的坚固性、压碎值、洛杉矶磨耗率等主要性质都接近规范要求最小值，因而 在选择新集料时，要求需掺配优质、坚硬、棱角分明的集料来改善混合料的性质。 新集料必须有足够的强度，以承担车轮荷载的作用，新集料颗粒应有良好的 形状，以接近立方体为准，以便形成嵌挤强度，还应限制新集料的针片状颗粒含 量，针状和片状颗粒的含量应不超过1 5 。 新集料与沥青材料要有良好的粘结力，宜选用碱性石料，以提高再生混合料 的强度和水稳定性。碱性石料硬度变化较大，为保证路面有足够的耐磨性，应尽 可能选用硬质石料。 风化石料或软质石料，易被压碎，且不耐磨，不得用于拌制面层混合料。集 料中风化软质石料含量，可以采取压碎值试验加以检验。压碎值在公路沥青路 面施工技术规范( j t g f 4 0 2 0 0 4 ) 有规定：质量损失不大于1 2 。 粗集料 本文选择重庆本地所产的石灰岩作为新集料对旧矿料进行再生，其性质如表 2 7 所示。 表2 7 石灰岩粗集料试验结果及技术要求 t a b 2 7s p e c i f i c a t i o n sa n dt e s tr e s u l to nl i m e s t o n ec o a r s ea g g r e g a t e s 试验项目石灰岩技术要求试验方法 压碎值 1 6 3 不大于( ) 2 8t 0 3 1 6 洛杉矶磨耗损失1 9 9不大丁( )3 0t 0 3 1 7 视密度 2 7 0 5不小丁2 5 0t 0 3 0 4 吸水率 o 3 不人于( ) 3 o t 0 3 0 4 坚同性 3 不人于( ) 1 2t 0 3 1 4 细长扁平颗粒含量 1 1 3 不人于( ) 1 8t 0 3 1 2 技术要求。 第三章冷再生混合料强度形成机理 第三章冷再生混合料强度形成机理 31 沥青老化分析及再生原理 3 11 沥青老化分析 沥青老化是指沥青从炼油厂炼制出来后，在贮存、运输、施工及使用过程中，由于 长时间地暴露在空气中，在环境因素如受热、氧气、阳光和水作用下，会发生一系列的 挥发、氧化、聚合，乃至沥青内部结构发生变化同时茇生性质变化导致路用性能劣 化的过程。沥青老化是一个逐渐发生的过程，它的速率直接影响路面的使用寿命，因而 是影响沥青路面耐久性的主要因素。 沥青的老化过程可以分为几个阶段，运输、贮存、加热过程中的老化。如图31 所示。 + 二二：二二二工。r 。 j 圈31 沥青在捧和、贮存、运输及使用过程中的老化 h 9 31 t h e3 9 吣p r o c e s s o fa s p h a l t i n t h e m i x i n g ，s t o r a g e ，t r a n s p o r t a t i o na n d u s i n g 沥青自从炼油厂炼制出米以后直至拌制沥青混合料之前，一直装在保温的沥青罐 内，沥青的热态贮存、热态运输、在储油罐内预热、配油釜内调配等过程，往往经历很 长时间。由于温度升高加速分子的运动。除引起沥青蒸发外，还能引起沥青发生某些物 理化学变化。据研究，在沥青发生氧化缩合作用时，沥青混合料中的矿质集料起催化作 用，促使高分子化合物的增加。在沥青中，油分的分子量较小，氧化缩合作用的结果使 油分中芳香烃分于量增大向胶质转化；而饱和烃由于分子比较稳定变化不大：胶质 又向沥青质转化：而沥青质本身则聚合成更大的分子。因此沥青老化的过程可以认为是 沥青化学组分移行的过程，沥青组分的移行转化愈加明显，则沥青老化程度愈椿。 沥青的老化与其流变指数有很大关系，研究表明沥青材料在老化过程中，其流变指数随 着老化的加深而减小，沥青流变指数的减小，非牛顿性质越来越突出。表明沥青随着 老化的加深，胶体结构会逐渐发生变化1 1 4 m 】。 第三章冷再生混合料强度形成机理 1 7 现在，对于沥青溶液的认识基本上有三种观点。一种观点认为，沥青溶液表现为一 系列的胶体性质，沥青溶液中存在着三种成分：即憎液的沥青质颗粒、包围着憎液颗粒 避免其发生聚合的亲液颗粒以及胶质，胶质包围着沥青质形成胶团，当它们的相对含量 和性质相配伍时，就形成了相对稳定的胶体溶液。按照沥青胶体状态的不同，沥青可以 分为三种胶体结构：溶胶型、凝胶型以及溶一凝胶型。这是在沥青结构研究中早期提出 来的沥青胶体结构理论。第二种观点认为，沥青是以沥青质为溶质，而以软沥青质( 沥 青中除沥青质以外组分的总称，按二组分分析法，即为油分与树脂之和】为溶剂的高分 子浓溶液。随着采用的溶剂不同，可以将沥青分离为多层结构，并可以用近代化学热力 学理论，对沥青的各种物理化学现象进行数学描述和求解。这是近年来在沥青结构研究 中出现的溶液理论。第三种观点认为，沥青是两性沥青质型网状分子结构，在网状分子 结构中含一种油相。沥青最为重要的化学性质是由构成网状结构分子的极性及油相的分 子大小分布状态所决定的l i6 | 。 3 1 2 沥青再生原理 沥青在路面中受到自然因素作用后，就会导致沥青组分发生变化，即沥青质相应增 加，从而导致沥青老化，使粘度增加，而随着粘度的增加，沥青的针入度、延度及软化 点也会发生有规律的变化，同时导致沥青性能下降。对旧沥青再生的机理认识目前有两 种理论，这与对沥青溶液的认识有两种不同的观点有关。 沥青的胶体结构 沥青是以相对分子质量很大的沥青质为中心，在周围吸附了一些胶团组成分散相， 这些胶团是极性较大的可溶质形成的复合物。随着与沥青质分子距离的增大，可溶质的 极性渐弱，芳香度渐小，半径继续向外扩大，则为极性更小的甚至几乎没有极性的脂肪 族油类所组成的分散介质。沥青质分子对极性强大的胶质所具有的强吸附力是形成沥青 胶体结构的基础。没有极性很强的沥青质中心，就不能形成胶团核心，同样若没有极性 与之相当的胶质被吸附在沥青质的周围形成中间相，也不会生成稳定的胶体溶液，沥青 质就容易从溶液中沉淀分离出来。只有当沥青质与可溶质的相对含量及性质相匹配时， 沥青的胶体体系才能处于稳定状态。大量事实表明，沥青的理化性质和使用性能很大程 度决定于其胶体体系的性质，而能否形成