温拌再生沥青混合料水稳定性评价.doc

2012届材料科学与工程专业毕业论文摘 要本文采用冻融劈裂试验，对掺有40%RAP旧料的温拌再生沥青混合料的水稳定性进行了评价。具体分为对RAP回收沥青路面材料过2.36mm筛与未过2.36mm筛所构成的温拌再生沥青混合料的水稳定性进行评价，并探究了分别掺入分散剂与SBR胶乳后对温再生沥青混合料水稳定性的影响。首先，对原材料进行性能指标评价，得到RAP旧料的级配与油石比，然后设计温拌再生沥青混合料的配合比，确定温再生的最佳成型温度。最后再通过冻融劈裂试验，对再生料进行水稳定性评价。试验结果表明，通过对RAP旧料做过筛处理，可提高温拌再生沥青混合料的水稳定性。加入分散剂后，分散剂掺量较低时可以改善再生料的水稳定性，但掺量较高时反而会降低其水稳定性。加入适量SBR胶乳后，同样能改善再生料的水稳定性，但掺量较高时，效果并不明显。关键词：温拌沥青混合料，水稳定性，分散剂，SBR胶乳ABSTRACTIn this paper, freeze-thaw splitting test has been used to evaluate the moisture susceptibility of warm mix asphalt with 40% RAP. Including the evaluation of moisture susceptibility of WMA made of RAP (passed and not passed 2.36mm screen), and the influence of WMA with RAP mixed of Dispersant and SBR.At first, acquire the gradation and bitumen-aggregate ratio from the evaluation of the RAP. Then design the asphalt mix proportion of WMA with RAP, and determine the best molding temperature of WMA. At last, evaluate the moisture susceptibility of wma with RAP by freeze-thaw splitting test. Simulation results show that: (1)the moisture susceptibility of WMA with RAP can be improved from screening the RAP.(2)the moisture susceptibility can also be improved when mixed with optimal Dispersant or SBR, but once the dispersant and SBR content is increased, the effect is not that obvious.KEY WORDS: WMA with RAP, Moisture Susceptibility, Dispersant, SBR目录第一章 绪 论11.1 研究背景与意义11.2 国内外的研究状况21.2.1 温拌再生沥青混合料简介21.2.2 温拌再生沥青混合料水稳定性研究31.3 研究内容及技术路线31.3.1 主要研究内容31.3.2 试验技术路线流程图5第二章 原材料的性能评价62.1 RAP回收沥青路面材料的评价62.1.1 旧料中沥青含量的确定62.1.2 旧料中老化沥青的性能指标82.1.3 旧料级配变异性分析92.1.4 旧沥青混合料中旧集料的物理力学指标分析102.2 新料的评价112.2.1 新沥青的性能指标评价112.2.2 新矿料的性能指标评价12第三章 温拌再生沥青混合料组成设计133.1热再生配合比设计133.2温再生配合比设计143.3温再生最佳压实温度的确定15第四章 温拌再生沥青混合料水稳定性评价184.1 旧料过2.36mm筛与未过2.36mm筛的温再生沥青混合料水稳定性184.2分散剂对温拌再生沥青混合料水稳定性的影响194.3 掺有SBR胶乳的温拌再生沥青混合料水稳定性评价22第五章 结论与展望24参考文献2525第一章 绪 论1.1 研究背景与意义我国公路建设发展十分迅速，经过20多年的建设，高速公路总里程已近10万公里，居世界前列。如果按照沥青路面的设计寿命15年，从现在开始，我国许多高速公路都己进入大、中修时期，每年翻修开挖出来的旧沥青混合料将超1000万t，且呈逐年上升的趋势。所以对旧沥青混合料处理是一个必须考虑的问题，如果不加以有效利用，不仅占用有限的土地资源，引发环境污染，还将会造成资源的巨大浪费。而且经研究表明，废旧沥青混合料只是在功能上有所降低，除其中的沥青存在部分老化外，砂、石性能并未失效6。因此，对回收沥青路面材料的重新利用具有十分重要的意义。现目前一般通过热再生与冷再生两种方法利用回收沥青路面材料，较广泛使用的是热拌再生沥青混合料技术，该技术能较全面地利用旧料，发挥旧沥青与旧集料的性能，且其再生料质量优良，能达到高等级公路面层技术要求。但热再生需要大量的热能，消耗大量的燃油，增加再生成本，而且生产过程中产生的沥青烟污染环境，损伤人体健康。第二种是冷拌再生沥青混合料技术，冷再生的施工温度虽然降低，但总体上路用性能与热再生沥青混合料还有较大差距，因此只能用于沥青路面的修补、低交通路面、中重交通路面的下面层和基层4。鉴于此，如何保留热拌再生沥青混合料良好性能的特点并克服其存在的问题，或从另外一个角度说，如何在保留冷拌再生沥青混合料环保方面优势的同时克服其性能上的不足已成为研究热点。经过相关领域的科研人员多年来的努力研究，在此方面已取得较大进展，成功开发了新型的旧沥青混合料利用方法温拌再生沥青混合料技术。温拌再生技术是一种将温拌沥青混合料技术（WMA）与废旧沥青混合料再生技术结合起来的新技术。通过将降粘减阻剂、新矿料、新沥青与回收路面材料(RAP)在低于热再生2030左右的温度下进行拌和再生，可以降低再生时的加热温度，减少沥青及再生剂的老化，扩大旧料的利用比例。可见温再生技术集中体现了节能减排与废物利用的优势，且保证了再生沥青混合料的良好性能，将有着很好的发展前景4。1.2 国内外的研究状况1.2.1 温拌再生沥青混合料简介在温再生技术兴起前，国内外普遍采用热再生技术利用废旧沥青混合料（RAP）。热再生大致过程是通过引入再生剂，将新沥青与再生剂加热到150，再将新集料加热到180。为了防止RAP旧沥青混合料的再次老化，旧料的加热温度一般为150，在170左右进行拌和。热再生技术已经发展多年，趋于成熟。利用热再生技术生产的再生沥青混合料具有较高的路用性能，能达到高等级路面面层的使用要求。但热再生对于旧料的利用率较低，仅为30%左右，如果要扩大掺量，就要使用更多的再生剂，并需要更长的烘料时间，且不易压实成型，再生料的抗裂及水稳定性均受到影响。较高的生产温度也易引起新旧沥青及再生剂的短期老化，影响再生料性能。而且高温热再生将消耗大量热能，产生大量废烟废气，污染环境。而所谓的冷再生技术对于旧料的利用主要集中在旧集料上，并未做到对RAP旧料中旧沥青的利用。更多的是将RAP旧料视为“黑色集料（black rock）”，浪费了宝贵的沥青资源，且前面已阐述了冷再生的缺点，如再生效果差，仅适合做路面底基层等。温拌沥青混合料是通过引入一种沥青降粘减阻剂（俗称温拌剂）降低沥青在高温时的粘度，使沥青混合料在相对低的温度下进行拌和及施工。理论实践表明，温拌沥青混合料能在拌和，摊铺以及压实成型等环节相对于热拌技术可降低温度30左右。而且能保证沥青混合料的各方面性能，较大程度地减少了能源消耗及废气污染，并防止了热再生中极易出现的沥青短期老化的问题。温拌再生沥青混合料技术这一集中体现温拌及沥青混合料热再生技术优点的新技术，在欧洲和美国刚刚出现有关于尝试在温拌料中加入废旧沥青混合料的报道。但仅是小规模的，并没有进行系统深入的研究与评价，更缺少相关基础理论的研究。整体上国内外对温再生相关技术的研究都才刚起步。但是，由于其兼具热再生和温拌技术的优点，集中体现了节能减排与废物利用的优势，该技术一出现便引起了业界的高度关注，相关应用基础的研究已逐渐成为热点。美国美德维实伟克公司曾尝试将益路温拌与厂拌再生工艺结合，将再生料的比例添加增大到40%，实现了再生料出料温度为130.研究证明，采用此工艺可以降低再生料的加热温度，减少再生料在加热桶中的粘结现象，提高生产效率4。由于降低了再生料的加热温度，可以减少再生过程中沥青的老化，从而提高再生路面的性能。同时，实现温拌效应后，可以延长有效压实时间，促进压实，从而延长施工季节。从以上国内外研究与应用的现状可以看出，温拌再生沥青混合料技术诞生不过几年时间。由于发展应用的时间有限，其发展应用还不是很成熟，还没有形成一套统一的配合比设计方法，而且目前相关基础理论的研究，尤其是对于温拌技术的选择，再生剂的选择及其合适用量的确定，旧料的添加量这些关键应用基础技术的研究，缺乏系统性的研究成果，更无标准，规范可寻。1.2.2 温拌再生沥青混合料水稳定性研究温拌再生沥青混合料的性能有很多方面值得研究，如高温抗车辙性能，水稳定性，低温抗开裂性能，弯曲蠕变性能等。而众所周知，水损坏是高速公路建成初期的主要病害之一，许多新建成高速公路由于水稳定性不足，在通车两三年后出现了明显的坑槽，松散等现象8。针对此问题，本文将着重研究混合料的水稳定性。 评价沥青混合料的水稳定性方法多样，如磨耗试验，浸水马歇尔试验，冻融劈裂试验，洛特曼试验，浸水压缩试验，汉堡车辙试验等。众多试验中，浸水马歇尔与冻融劈裂试验最为常见。浸水马歇尔试验操作简单，结果稳定等，但试验条件与沥青路面现场实际情况差距太大，实为一种静态试验，无法模拟轮胎动荷载对沥青路面产生的抽吸作用。因此浸水马歇尔试验条件不太严密，其结果与沥青混合料的实际路面性能相关性较差，一般仅作为沥青混合料的辅助性指标1。而冻融劈裂试验发展十分成熟，试验方法亦操作简单易行，且试验结果与实际路用效果有较好的相关性，能很好地反映沥青混合料的水稳定性。已成为国内外常用的水稳定性评价方法。本文遂采用冻融劈裂试验对温拌再生沥青混合料的水稳定性进行评价。1.3 研究内容及技术路线由于毕业设计课题要求，本文主要针对温拌再生沥青混合料的水稳定性进行研究评价，而较少涉及温拌再生混合料的其它方面的性能。本试验首先对原材料进行评价（RAP旧料的抽提筛分，新旧集料与新旧沥青的指标等），然后进行温拌再生沥青混合料的配合比设计，最后评价温拌再生沥青混合料的水稳定性。1.3.1 主要研究内容（1） 旧料评价及旧料添加量的选择通过对已加热破碎的旧沥青混合料中加入三氯聚乙烯并进行离心抽提试验，使旧料中的旧集料与旧沥青分离。称量所分离出的旧集料质量，结合旧沥青混合料总质量，用以确定旧沥青混合料中的旧沥青百分含量。再对旧集料进行筛分试验，以确定其级配。再对抽提出的旧沥青做相应的沥青性能试验，分析旧沥青的三大指标变化，根据老化程度确定是否需用再生剂。如果需要再具体选择再生剂的类型与用量。经抽提后所得的旧集料，根据公路工程集料试验规程JTJ E42-2005进行相关集料试验。（2） 新集料与新沥青性能指标的评价 按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程 JTG E20-2011中关于沥青性能指标的相关试验，确定新沥青的性能指标。同时可以参考公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004中关于沥青各项指标的技术要求。对于新集料，同理参照旧集料的试验方法测试其性能指标。（3） 再生沥青混合料配合比设计通过对旧集料的筛分结果进行分析可以确定其级配。但一般由于旧沥青混合料长期经受交通荷载与自然环境侵蚀等作用，且在旧混合料的铣刨过程中也易被粉碎，旧集料中细粒成分将增多，使筛分结果偏细于原有级配。所以在再生配合比设计中必须适当调整新料级配至最优化，以获得合适的性能。本文利用热再生技术确定配合比与最佳用油量，为与温再生做比较。（4） 温拌再生沥青混合料最佳沥青用量确定 在确定了新料配合比以及旧料掺量的前提下，按照传统的热拌沥青混合料马歇尔试验确定本课题的再生沥青混合料的最佳沥青用量。参考公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTG E20-2011）所规定的沥青混合料试件制作方法制作若干组不同沥青含量的再生混合料试件。用压实沥青混合料密度试验（水中重法）测定试件的密度并计算空隙率和饱和度。再用沥青混合料理论最大相对密度试验（真空法）测定混合料的理论最大密度，用沥青混合料马歇尔稳定度试验测定马歇尔稳定度和流值。最后对以上马歇尔试验结果进行分析，得出再生沥青混合料最佳沥青用量。(5) 确定温拌再生沥青混合料最佳压实温度在确定了温拌再生沥青混合料的最佳沥青用量后，设置5组不同的成型温根据再生料的体积参数与马歇尔试验参数，确定温再生的最佳成型温度。最佳成型温度的确定有着十分重要的意义，在保证再生沥青混合料各项性能的前提下，探究最低的成型温度，达到减少燃油用量，节约成本的目的。(6) 温拌再生沥青混合料水稳定性评价该试验为本课题的主要内容，本文将通过浸水马歇尔试验与冻融劈裂试验来评价温拌再生混合料的水稳定性。具体内容分为：1 旧料过筛与未过筛对再生料水稳定性的影响；2 分散剂对温拌再生沥青混合料水稳定性的影响；3 SBR胶乳对温拌再生沥青混合料水稳定性的影响。1.3.2 试验技术路线流程图 为了在做实验过程中，达到思路清晰明了的目的，遂设计试验详细流程图，随后通过文字细化具体步骤，便于日后具体动手实验与总结思考。温拌再生混合料水稳定性评价新料的评价旧料的评价温拌再生沥青混合料组成设计热再生配合比设计温再生配合比设计温拌再生混合料水稳定性试验对试验结果进行分析与总结第二章 原材料的性能评价2.1 RAP回收沥青路面材料的评价2.1.1 旧料中沥青含量的确定沥青含量是沥青的质量在混合料总质量所占的比例，采用油石比时，它表示沥青质量与矿料质量的比例，两者均以百分率表示。旧沥青混合料的沥青含量对再生混合料配合比设计影响很大，它将直接关系到再生混合料的最佳用油量。本文按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程 JTG E20-2011中所述关于“从沥青混合料中回收沥青的方法”对回收旧料进行离心抽提，以确定旧料中的沥青含量。本文所使用的RAP旧料来自于渝长路某路段。随机选取三组旧料进行离心抽提，再对抽提后的旧集料进行筛分，将筛分结果与规范级配进行比较，得到旧料级配变化情况。本试验采用的抽提仪为超声波一体化且具有矿料烘干功能的德国沥青混合料分析仪20-1100。试验装置如下图所示图2-1 旧料抽提所用试验仪器 图2-2 抽提后所得旧集料用标准筛将旧集料进行筛分，记录各筛孔筛余质量，通过相关换算，可得到旧集料各筛孔的通过百分率与RAP旧料中的油石比。详细数据见表 2-1。 表2-1 旧料经抽提后所得旧集料的通过百分率筛孔尺寸通过百分率/%规范上限规范下限规范中值第一组第二组第三组16.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 13.2 100.0 90.0 95.0 99.1 96.2 96.7 9.5 85.0 68.0 76.5 86.6 75.8 80.0 4.75 68.0 38.0 53.0 53.2 44.9 50.9 2.36 50.0 24.0 37.0 32.2 29.6 33.9 1.18 38.0 15.0 26.5 20.8 21.3 23.4 0.6 28.0 10.0 19.0 17.8 18.4 20.4 0.3 20.0 7.0 15.6 12.0 14.7 15.6 0.15 15.0 5.0 13.5 10.3 12.8 13.5 0.075 8.0 4.0 12.5 9.6 11.9 12.5 油石比4.5 3.7 4.6 图2-1 旧料抽提级配图由以上图表可知，旧集料整体变细。这是由于原沥青路面经过长久使用后，集料在交通荷载的冲击以及自然环境的侵蚀等作用下易发生破裂，而导致集料的细化。引起细化的原因较多，一方面来自上述的交通荷载与自然侵蚀，另一方面亦与集料自身力学性质有关。通常集料细化后其化学成分不会发生较大改变，其压碎值，磨耗值等仍能满足使用要求。 2.1.2 旧料中老化沥青的性能指标沥青路面由于长期暴露在自然环境中，受到氧气，阳光，水等自然作用，以及交通荷载的作用，沥青会发生一系列的挥发、氧化、聚合，使得其物理、力学性能不断劣化，表现为沥青变硬、变脆，路用性能劣化。对旧料中的回收沥青的性能进行分析，有利于为再生剂的使用与否或使用种类与用量做参考，同时也可以研究沥青老化程度。本文利用之前对旧料进行离心抽提后所得的沥青与三氯乙烯混合溶液，采用旋转蒸发的方法去除提取液中的三氯乙烯溶剂，达到纯化旧沥青的目的。再按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程 JTG E20-2011中关于沥青性能指标的相关试验，对旧沥青进行性能评价。试验结果如表2-2所示。表 2-2 旧沥青性能指标指标单位试验结果技术要求针入度（25，5s ,100g）0.1mm31.26080软化点TR&B6546延度（15，5cm/min）cm141002.1.3 旧料级配变异性分析沥青路面经过多年使用后，集料在荷载作用下受到冲击、挤压会发生破裂，从而导致级配变化，即集料的细化。一般来说，使用年限越长的道路，沥青路面的集料细化现象就越严重。集料细化是多方面因素造成的，不仅与受到的荷载有关，与集料本身的级配、集料的力学性质等也有很大的关系。集料细化后其化学成分不会发生改变，压碎值、磨耗值都能基本满足使用要求。分析旧料级配变异性的方法多样，常见的有以下三种方法：（1）回收旧料级配整体衰减性分析（使用抽提后的旧集料）采用抽提筛分对回收旧料级配整体衰减性进行分析（争取获得回收旧料最初工程单位时所用的相关配合比设计资料,以作对比分析），主要目的为粗略分析旧料级配变化情况。如本试验设计的再生沥青混合料级配为AC-13,AC-13的关键性筛孔为2.36mm。可先用2.36mm标准方孔筛将旧料分为2.36mm以上（包括2.36）以及2.36mm以下的两档，并分析这两档料的质量比例。分析2.36mm以上集料变化情况，2.36mm以下细集料变化情况。通常旧集料级配应该整体变细。（2）回收旧料级配稳定性分析级配稳定性分析主要通过对旧料进行抽提筛分与未抽提筛分两种处理方法，比较分析抽提与未抽提旧料在关键筛孔通过率变化情况。同样是为了对回收料的整体级配情况做进一步了解，为再生料配合比设计做准备（3）回收旧料抽提前后级配差异性分析在旧料堆放处随机抽样均匀选取若干组旧料。对于同一组旧料需要分析其级配在抽提前后的变异性。即在抽提前对其标准筛分，获得各筛孔的分计筛余数据并记录备用。再将此组旧料进行抽提去除裹附在旧集料上的旧沥青，再对抽提后的旧集料进行标准筛分，同样记录各号筛的分计筛余数据。最后运用数学方法对比同组旧料抽提前后级配变异情况来对整体级配进行控制。此步骤是对旧料级配分析的关键步骤，筛分试验数据用以再生沥青混合料配合比设计，以此为参考，确定各粒径新集料的具体用量。本文通过比较旧料抽提前后级配变化情况来分析旧料级配的变异性。具体做法为将旧料分按粒径分为05mm，510mm，10mm以上三档。先在抽提前对这三档旧料进行标准筛分，记录筛分前相关筛孔通过率。再分别对这三档料进行抽提，再对抽提后的旧集料进行标准筛分，并记录筛分数据。比较各档料抽提前后的筛孔通过率，便可分析其级配变异情况。表2-3 分档旧料抽提前筛分数据筛孔尺寸/mm分档旧料筛余百分率%05mm510mm10mm以上13.2-18.659.5-74.94.75-47.9-2.3652.8-1.1823.1-0.616.7-0.37.15-表2-4 分档旧料抽提后筛分数据筛孔尺寸（mm）分计筛余率(%)平均值累计筛余(%)通过率/%1216.0 0.00.00.00.0 100.0 13.2 4.1 2.6 3.31 3.3 96.7 9.5 17.4 15.9 16.7 20.0 80.0 4.75 31.3 27.0 29.2 49.1 50.9 2.36 16.5 17.4 17.0 66.1 33.9 1.18 8.9 12.0 10.5 76.6 23.4 0.6 3.0 3.0 3.0 79.6 20.4 0.3 3.8 5.7 4.7 84.4 15.6 0.15 1.9 2.3 2.1 86.5 13.5 0.075 0.9 1.0 1.0 87.5 12.5 由以上两表可知，抽提后9.5mm粒径的旧料相对减少，4.75mm粒径的旧集料增多，说明旧料抽提偏细。这与抽提过程剥除了旧集料表面的旧沥青有关，在再生料配合比设计过程中应予以考虑。2.1.4 旧沥青混合料中旧集料的物理力学指标分析旧沥青混合料中有95%左右都是石料，因此石料的性能也是旧沥青混合料过程中所必须考虑的问题。利用之前对旧沥青混合料进行离心抽提，并去除沥青后所得的旧集料，然后通过对其水洗、烘干等处理，按照公路工程集料试验规程JTJ E42-2005进行常规石料的性能指标试验。试验数据见表2-5。 表2-5 旧集料的密度矿料名称表观相对密度毛体积相对密度13.22.872.8379.52.702.6754.752.652.6122.362.422.351细集料2.747旧集料由于长期经受交通荷载的作用以及自然环境的侵蚀，所以细化较严重。为了初步验证其综合性能是否可靠，笔者尝试性地成型了若干马歇尔试件。结果证明旧集料的力学性质并无太大降低，能作为沥青混合料的一部分进行再生利用。2.2 新料的评价 2.2.1 新沥青的性能指标评价与旧沥青的评价相似，同样按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程 JTG E20-2011中关于沥青性能指标的相关试验，确定新沥青的性能指标。同时可以参考公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004中关于沥青各项指标的技术要求。本文所使用的沥青为SK-70#基质沥青与SK-ID SBS改性沥青，通过试验，得此两种沥青主要指标如表2-5与表2-6所示。 表2-5 SK-70#沥青性能指标指标单位试验结果技术要求针入度（25，5s ,100g）0.1mm626080软化点TR&B4846延度（15，5cm/min）cm130100 表2-6 SK-ID SBS改性沥青性能指标指标单位试验结果技术要求针入度（25，5s ,100g）0.1mm476080软化点TR&B564560延度（15，5cm/min）cm100100由上表数据可知，SK-70#基质沥青与SK-ID SBS改性沥青的各项性能指标均符合规范要求，可以用于温拌再生沥青混合料。 2.2.2 新矿料的性能指标评价与旧集料的评价方法相同，按照公路工程集料试验规程JTJ E42-2005进行常规集料的性能指标试验。试验数据如下表所示 表2-7 新集料的密度试验结果矿料名称表观相对密度毛体积相对密度13.22.722.689.52.712.664.752.732.682.362.742.71细集料2.77表2-8 新集料性能指标技术指标压碎值/%洛杉矶磨耗值/%吸水率/%沥青的粘附性集料21.3220.94.3规范要求2830 3.04新集料为石灰岩，经笔者细致地筛分，可以严格控制集料中针片状的含量。且由集料压碎值试验得新集料压碎值为21.3%，磨耗值与吸水率等均满足规范要求，可以作为沥青混合料的骨料使用。第三章 温拌再生沥青混合料组成设计本文采用温拌再生技术利用回收旧料，对于温再生的配合比，本文利用热再生混合料组成设计为基础进行温再生研究。一方面可以确定合适级配与最佳沥青用量，另一方面也可以通过相关性能试验，比较热再生与温再生在诸如马歇尔试验，水稳定性，高温稳定性，低温抗裂性能等方面的差异。3.1热再生配合比设计旧料的掺量为40%，初设AC-13C型级配。利用总集料用量减去旧料中旧集料的量，得到新料掺量比例。同样地，总沥青用量减去旧料中沥青含量，便可得到新沥青掺量。根据热再生相关规范资料设置新集料、旧料、新沥青的加热温度，以及再生沥青混合料的拌合温度与压实温度。再结合规范推荐的方法设置5组不同沥青总用量，通过利用马歇尔试件的体积参数，力学参数等确定热拌再生沥青混合料的最佳用油量。确定最佳用油量后，通过设置5组不同的压实温度，同样采用马歇尔试验，以及相关体积参数，力学参数，可确定热再生的最佳成型温度（为了与温拌做对比）。最后得合成配合比如下表所示。 表3-1 热拌再生沥青混合料配合比AC-13筛孔尺寸1613.29.54.752.361.180.60.30.20.075旧料级配1009877.846.527.219.614.510.67.75.4合成级配10094.275.852.337.224.318.712.895规范上限100100856850382820158规范下限100906838241510754规范中值1009575533726.51913.5106在此级配下，设计5组油石比并分别成型马歇尔试件，测量其体积参数与物理指标，利用OAC法可确定热再生沥青混合料最佳油石比。下表为不同油石比下成型的马歇尔试件对应的性能指标。表3-2 不同油石比成型的试件对应的性能指标组号油石比/（%）毛体积密度/ g.cm-3VFA/%VMA/%VV/%稳定度/KN流值/mm13.902.36360.3414.735.8412.3751.89524.402.39568.8914.684.5612.1372.72534.902.41274.2915.193.9010.9912.13245.402.38871.7317.094.838.0373.18555.902.41377.7617.323.858.7423.812利用上表数据，通过OAC法得到热再生最佳油石比为4.9%。在此油石比下成型试件，验证其体积参数，物理力学指标，水稳定性等，结果均满足规范要求。3.2温再生配合比设计温拌再生混合料的最佳沥青总用量可以直接使用热再生所确定的最佳沥青总用量，配合比也由热再生进行了验证。所以保持配合比与沥青总用量不变，旧料掺量为40%的情况下，降低新旧料的加热温度，拌合温度，成型温度，通过在拌合过程中加入温拌剂达到真正意义上的“温再生”的目的。同样地设置5组不同的压实温度，用以探究温拌再生混合料的最佳压实温度。这5组温度不同于热再生所设的温度，应该整体低于热再生温度。本文分别设置110，120，130，140，150 5组不同的成型温度用以探究温拌再生混合料的最佳压实温度。根据热再生所确定的配合比如下：表3-3 RAP旧料过2.36筛时，温拌再生沥青混合料级配设计数据AC-13筛孔尺寸1613.29.54.752.361.180.60.30.20.075旧料级配1009877.846.527.219.614.510.67.75.4合成级配10094.275.852.337.224.318.712.895规范上限100100856850382820158规范下限100906838241510754规范中值1009575533726.51913.5106根据上表，通过设定一个马歇尔试件的总质量为1225g，通过计算可得到新沥青参量，集料用量等数据，详见表3-4与3-5。 表3-4 沥青用量与集料用量试件总质量（g）油石比沥青含量（g）集料质量（g）矿粉用量（g）12254.65%54.43 1170.57 32.75表3-5 新集料详细各粒径用量筛孔尺寸1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075新集料（g）058.20 118.98 125.89 84.74 114.51 41.18 50.36 30.60 35.78 本课题所使用的温拌剂由“美德维实伟克”公司提供，呈液态粘稠状的表面活性剂，加入到沥青混合料中能在保证沥青混合料性能大致不变的前提下，降低混合料的拌合成型温度。其最佳掺量由“美德维实伟克”公司提供，约为沥青总质量的十九分之一。可见温拌剂的掺量并不多，是一种高效化学添加剂。根据以上数据，依据不同的成型温度，成型马歇尔试件，以试件的体积参数，确定温拌再生沥青混合料的最佳成型温度。3.3温再生最佳压实温度的确定本文主要采用马歇尔试验确定温拌再生沥青合料的最佳压实温度。试验所用的沥青为SK-70#基质沥青，新集料种类为石灰岩，温拌剂仍为Evotherm温拌剂。对于旧料的选择，由于随机取样的离散性，以及RAP旧料中细粒径部分相对杂质较多，混杂等因素，所以采用的是旧料过2.36mm筛方法，弃用2.36mm孔径以下的旧沥青混合料，使用2.36mm及其以上粒径的旧料进行试验。采用上一节所确定的过2.36mm筛旧料对应的配合比，在保持新料的加热烘料温度为150，RAP旧料烘料温度为110以及拌和温度为140的情况下，分别设置5种不同的再生混合料成型温度，即110，120，130，140，150，每组温度成型3个马歇尔试件，共计15个试件，通过测试相关性能指标，得出最佳压实成型温度。相关性能指标及下表所示：表3-6 不同成型温度下马歇尔试件的物理力学指标成型温度/VFA/%VMA/%VV/%稳定度/Kn流值/mm毛体积密度11067.716.55.211.6 2.67 2.35412076.814.83.413.8 3.08 2.381 13075.615.03.715.2 3.10 2.39114076.914.83.418.5 3.10 2.39615084.613.62.118.9 4.91 2.436由上表可知，在不同的成型温度下，温再生沥青混合料的稳定度均大于8KN,符合规范要求。而流值除了150下成型的试件稍偏大外，其余亦符合24.5的规范。为了达到形象直观的目的，将上述实验数据转化为以下曲线图，以便分析。 图3-1不同成型温度下试件空隙率图3-2 不同成型温度下试件的毛体积密度由以上图表可以看出,总体上讲，温再生沥青混合料随着压实温度的增大，空隙率呈下降趋势，密度呈上升趋势。但当压实温度在115140之间时，再生沥青混合料的空隙率与密度的变化均趋于平缓，空隙率约在3.2%4%范围内，密度约在2.372.39左右。当温度高于140时，空隙率呈现近似直线下降，密度亦呈线性上升。此现象表明，温拌再生沥青混合料的密度与空隙率都和压实温度有着密切的关系。通过分析，之所以出现以上现象，主要取决于沥青粘度与温度之间的变化关系。当再生沥青混合料在最佳压实温度区间内成型时，沥青的粘度低，此时沥青相对流动度大，能起到很好的润滑作用。使得再生料在击实时，新旧集料之间能较好地移动嵌挤，形成密实的结构。但当温度较低时，集料表面所裹附的沥青粘度亦较低，不能起到集料间的润滑作用，反而会增大内摩阻力，限制集料的移动与嵌挤能力。从而致使再生沥青混合料的空隙率增大，密度减小，压实度降低。如果压实时温度过高，沥青粘度太小，会导致击实时集料间的稳定性，即集料不能保持嵌挤状态，易滑移，稳定度不高，同样达不到沥青混合料的最佳压实度。通过以上分析，可以得出温拌再生沥青混合料的最佳成型温度应在130左右，在此温度下所成型的试件力学强度与体积参数等各指标均达规范要求，且成型的再生沥青混合料性能满足要求。130的成型温度正体现了温拌特点，达到节能减排的目的。第四章 温拌再生沥青混合料水稳定性评价本文试验按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程 JTG E20-2011中规定的“沥青混合料冻融劈裂试验”进行。冻融劈裂试验因其在水稳定性评价方面十分成熟可靠，相比于其它水稳定性试验，试验条件更苛刻，其试验结果“冻融劈裂抗拉强度比”能更好地反映沥青混合料的水稳定性。本文使用万能材料试验机进行劈裂抗拉强度测量，试验装置如下图所示:图4-1 万能材料试验机 4.1 旧料过2.36mm筛与未过2.36mm筛的温再生沥青混合料水稳定性本文首先使用SK-70#基质沥青作为胶结料对未过筛旧料进行冻融劈裂试验。RAP旧料掺配比例为40%，温拌剂的掺量为17.19g（6个马歇尔试件），旧料的统一加热温度为110，新集料加热温度为150，拌和温度为140，压实成型温度为130。试验结果如下表所示：表4-1 基质沥青对温再生沥青混合料水稳定性的影响旧料筛分冻融区别劈裂抗拉平均值/MpaTSR/%旧料未过筛未冻1.34688.2已冻1.187旧料过筛未冻1.37488.7已冻1.219由上表可知，当使用基质沥青作为胶结料时，温拌沥青混合料的冻融劈裂抗拉强度比达85%以上，水稳定性较高。但在后续的高温车辙试验中，基质沥青表现不理想。所以决定增设加入SBS改性沥青进行冻融劈裂试验，探究改性沥青对温拌再生混合料水稳定性的影响。为了全面的研究SBS改性沥青对温再生混合料的水稳定性的影响，分别使用过2.36mm筛旧料与未过2.36mm筛旧料，成型马歇尔试件，进行冻融劈裂试验。本次试验所使用的改性沥青为重庆鹏方路面工程研究院友情提供的SK-ID SBS改性沥青.RAP旧料掺配比例仍为40%，无分散剂，温拌剂的掺量为：旧料未过2.36mm筛时温拌剂为17.19g（6个马歇尔试件），旧料过2.36mm筛时温拌剂为18.35g(6个马歇尔试件)。旧料的统一加热温度为110，新集料加热温度为150，拌和温度为140，压实成型温度为130。配合比数据参照前面对温再生配合比研究的结论。下表为冻融试验数据表4-2 温拌再生沥青混合料的冻融劈裂强度数据旧料筛分冻融区别劈裂抗拉平均值/Mpa标准差TSR/%旧料未过筛未冻1.2910.02088178.5已冻1.0130.042218旧料过筛未冻1.2530.10344980.1已冻1.0040.087531由上表可知，当使用SBS改性沥青时，对于旧料未过2.36mm筛所成型的温拌再生沥青混合料，其冻融劈裂抗拉强度比为78.5%。虽然大于规范所要求的75%，但仍不够高。当旧料过2.36mm筛时，TSR达到80.13%，说明旧料过筛可以更好地保证旧料的均匀性，减少细粒径部分的杂质，成型试件后在结构上较未过筛旧料所形成的再生料的水稳定性更高。4.2分散剂对温拌再生沥青混合料水稳定性的影响为了进一步提升温拌再生混合料的性能，决定再引入一种分散剂，用以改善旧料中旧沥青的性能。分散剂主要作用为吸附在旧沥青颗粒表面，使其易于润湿，通过静电斥力，分散旧沥青，避免聚集成团，从而改善旧料的拌合效果。但经验表明其掺量过大会对再生沥青混合料产生不良影响，且从节约经济成本方向考虑，有必要通过试验，确定分散剂的最优掺量。本文所使用的分散剂为无色液态粘稠状高分子化学制剂，主要通过对比试验，即向再生沥青混合料中加与不加分散剂，而分别成型马歇尔试件，并通过冻融劈裂试验，来探究分散剂对温拌再生沥青混合料水稳定性方面的影响。由于前面所做试验广泛采取了旧料过2.36mm筛的方法来达到选料的均匀性。但实际应用中旧料一般不会再做过筛分档处理。所以本文使用未过筛的RAP旧料进行试验更能模拟实际工程中对旧料的再生利用。马歇尔试验具体过程是：在旧料掺量为40%下，旧料烘料温度为110，新集料加热温度为150，拌和温度为140。试件成型温度为上一节关于温拌再生沥青混合料的最佳成型温度试验的结果130。设置4组不同的分散剂用量（以一个标准马歇尔试件计）分别为1g，2g，3g，4g。成型4组马歇尔试件，每一组6个试件。可见分散剂的用量较少，为了使分散剂能与旧料较均匀地混合。本文使用无水乙醇为助溶剂，达到分散剂与RAP旧料充分混合的目的。设置了两种分散剂与无水乙醇的混合添加量。第一种是分散剂加无水乙醇总质量为40g（以一组6个马歇尔试件总用量计），第二种是分散剂加无水乙醇总质量为100g（同样以6个马歇尔试件问题计，分散剂掺量为6g，12g，18g，即每一个马歇尔分散剂掺量分别为1g，2g，3g，但无水乙醇用量不同）。这样做一方面可以研究分散剂的量对水稳定性的影响，另一方面了也可说明无水乙醇的掺量能否影响到再生沥青混合料的水稳定性。冻融试验结果见下表。表4-3冻融劈裂强度试验数据（A）序号未冻强度A/MPa已冻强度A/MPaTSR/% A空隙率/%分散剂+无水乙醇(6个马歇尔试件用量)11.8411.76896.032.36+3421.5941.57398.682.812+2831.3861.400101.013.518+2241.3691.530111.763.424+16公路沥青路面施工技术规范JIT F40-200475表4-4 冻融劈裂强度试验数据（B）序号未冻强度B/MPa已冻强度B/MPaTSR/% B空隙率/%分散剂+无水乙醇(6个马歇尔试件用量)11.4660.93863.982.36+9421.2080.87372.272.812+8831.1420.88177.153.018+82公路沥青路面施工技术规范JIT F40-200475图4-2 不同分散剂用量试件的劈裂抗拉强度的对比图4-3 分散剂用量与TSR的关系图从以上图表可以看出，当分散剂用量为1g时，温拌再生沥青混合料的劈裂强度较高，当分散剂用量增大时，马歇尔试件的强度均呈下降趋势。说明分散剂掺量较高时，并不能使再生料强度不断增大。笔者分析其中原因为分散剂用量过大，使旧料中的旧沥青与旧集料产生较大程度的剥离，而剥离出的旧沥青很难再于新集料以及旧料产生粘附，从而使再生料劈裂强度降低。另一方面从上图中也可以看出无水乙醇对再生料的