就地热再生路面中再生沥青的研究

第 3 6卷 第 3期 2 0 1 1年 6 月 公 路 工 程 Hi g h wa y En g i n e e r i n g Vo 1 3 6 No 3 J u n 2 0 1 1 就地 热再 生路面 中再生沥青 的研 究 刘琳 高及 阳 1 湖南省吉怀 高速公路建设开发有限公司 湖南 怀化4 1 8 0 0 0 2 湖南大学 湖南 长沙4 1 0 0 0 0 摘 要 本文依托海南某高速公路热再生 通过现场 抽提 旧普 通沥青 和旧改性 沥青 综合 运用 四组分 傅 里 叶红外 光谱 常规实验 和布氏粘度等试 验手段检测其老化 程度 研究其老化机理 根据 旧沥青的老化 程度 所缺失 的组分及粘 度低的特点 选择两种再生剂分别对 旧沥青进 行再 生试 验 通过广泛的理论研究和大 量的室 内外试验 研究 结合再生工程 的实 际情 况 在对旧路路况调查评价 对旧沥青材 料试 验评价 的基础上 确定 适合 的再生 方式 及再生剂 的种类 和掺配 比例 关键词 再生剂 再生沥青 红外 光谱 组分分析 布氏粘 度 中图分类号 U 4 1 6 2 6 文献标识码 A 文章编号 6 7 4 0 6 1 0 2 0 1 0 3 0 0 3 8 0 4 S t ud y o n Re c y c l e d As p h a l t Ex t r a c t e d f r o m As p h a l t Pa v e m e n t He a t Re c y c l i n g LI U Li n GAO J i y a n g 1 H u n a n J i h u a i E x p r e s s w a y C o n s t r u c t i o n D e v e l o p m e n t L t d H u a i h u a H u n a n 4 1 8 0 0 0 C h i n a 2 H u n a n u n i v e r s i t y C h a n g s h a Hu n a n 4 1 0 0 0 0 C h i n a A b s t r a c t R e l y i n g o n H a i n a n e x p r e s s w a y h o t r e c y c l i n g w e e x t r a c t e d t h e o r d i n a r y u s e d a s p h a l t a n d t he mo d i fi e d u s e d a s p h a l t t h e n i n t e g r a t e d u s e o f f o u r c o mp o n e n t s a n a l y s i s F TI R s o f t e n i n g p o i n t p e n e t r a t i o n d uc t i l i t y a n d Vi s c o s i t y t o a s s e s s t h e i r a g e a n d s t u d y t he a g i ng me c h a n i s m Ba s e d o n t h e r e s u l t s o f e x p e r i me n t a n d r e s e a r c h whi c h h a s b e e n c o nd u c t e d t h r o ug h e x t r a c t i n g t h e o r d i n a r y a s p ha l t a n d t he mo di fle d o n e we f a n a l l y d e t e r mi n e d t h e k i n d o f r e c y c l i n g a g e n t s a n d t h e wa y o f r e c y c l i n g Ke y w o r d s r e c y c l i n g a g e n t s r e c y c l i n g o f a s p h a l t I n f r a r e d A b s o r p t i o n S p e c t r u m c o mp o n e n t a n a l y s i s Vi s c o s i t y 早在 1 9 1 5年美国就开始对沥青路面再生技术 进行研究 1 9 9 g年美 国联邦公路局 F HWA 公布的 资料 表 明 美 国境 内所 有州 的政 府公 路局 几 乎 都 将沥青路面旧料作为骨料及粘结料 的代替材料 用 以生 产与 传统 沥青混 凝 土 品质相 同 的热拌再 生沥 青 混凝 土 我 国在 2 O世 纪 6 O年 代初期 曾不 同程 度 地 利用废旧沥青材料来修路 上世纪九 十年代我国早 期修建的沥青混凝土路面陆续出现车辙 坑槽 龟裂 等问题 由此 产 生 大 量沥 青 混 凝 土 废 料 从节 约 经 济成 本和保 护 环境方 面 考虑 应充分 利用 废 旧沥青 路 面材 料 沥青 混凝 土路 面 再 生 技 术重 新 引 起 广泛 重 视 本文依 托 的项 目为 1 9 9 8年 竣 工 通 车 的海 南 某 高速公 路 至今 已运 营 1 0 a 路 面 破损严 重需进 行 大 修 现场铣 刨大 量 沥 青 混 合 料可 回收 利 用 我们 现 场抽提旧普通沥 青和 旧 P E改性 沥青 进行试 验研 究 再生剂选取 A B C D四种 A型 C型再生剂 为购买 自深圳 海 川公 司 的成 品再 生 剂 B型 再 生剂 由埃 索 A H 一7 O 新 沥 青 与 当地 提 供 的 再 生 剂 原 液 以3 7的比例混合而成 D型再生剂 由埃索 A H 一 7 0 新 沥青 与 当地 提供 的再 生剂 原液 以 2 8的 比例 混合而成 将 A B 2种再生剂用于 旧普通沥青 的 再生 c D 2种再生剂用于旧 P E改性沥青的再生 1 旧沥青试 验及评价 选 取 现场 抽 体 出来 的 旧普通 沥 青 和 旧 P E改性 沥青进 行 试验 测出其 组分 3大 指 标 和布 洛克 菲尔 德粘 度 结 果如 表 l一 表 3所示 由表 I一表 3可知 旧沥 青 沥青 质 明显 高 于 新 沥青 而饱和分及芳香分则明显少于新沥青 可见两 收稿 日期 2 0 1 1 0 4 1 5 作者简介 刘琳 1 9 8 5 一 女 湖南邵阳人 助理工程师 主要从事高速公路建设 与管理工作 第 3期 刘 琳 等 就地热再生路 面中再 生沥青 的研 究 3 9 表 1新旧沥青 四组分测定结 果 Ta b l e 1 f o u r c omp o ne nt s r e s u l t s o f n e w a n d o l d a s ph a l t 种 旧沥 青 的老 化程 度 均 十分严 重 其 中旧普通 沥 青 2 5 针人度值仅为 9 I 0 1 m m 而旧改性沥青的 针人 度 值 更 是 只 有 6 6 0 1 m m 相 比 新 沥 青 6 9 5 0 1 mil 1 的针 人度 值 而 言 旧沥青 的针 人度 明 显 偏 小 说 明 旧沥 青 流变 系数 小 稠 度 大 旧 改性 沥 表 2新 旧 沥 青 常 规 指 标 对 比 Ta b l e 2 New a nd o l d a s p h a l t co nv e n t i o n a l i n d i c a t o r s i n t he t a r 表 3 旧沥青布洛克菲 尔德粘度值 Ta bl e 3 Vi s c os i t y o f ol d a s ph a l t 沥青类 型 粘度值 旧晋 通 沥青 1 9 5 0 1 旦 堕丝 重 青的软化点高达 8 4 4 C 比新沥 青要高 出近 6 0 这表明旧沥青的粘度大 温度敏感性差 稳定性 高 同时也充分说明了沥青 的老化程度 新 沥青的延 度 也 明 显高 于 旧沥青 的延 度 说 明 沥青 老 化后 低 温抗 裂 性 能越 来越 差 这跟 沥 青 老 化 过 程 中 芳 香 分 的挥 发 丧 失有关 同 时将 旧沥青 的试 验 结果 与 新 沥青 的 指 标进 行对 比 为 再 生 沥 青 的 配 制 提 供 参 考 因此 依 据 组分 调和 原理 在 选 择再 生剂 的 时 候 我们 应 该 偏 重 于富 含芳香 分 的再 生剂 2 旧沥青 再生剂和再 生沥 青的傅 里 叶红外 光谱试验 为 旧沥青选 择合 适 的再 生剂 首 先要 确保 再 生剂 与 旧沥青 不产 生化 学 变 质 反 应 运 用 傅 里 叶红 外 光 谱试 验观 察 再 生 剂 及 旧 沥 青 掺 配 再 生 剂 前 后 的 区 别 A型再 生剂 和 D 型 再 生 剂 的傅 里 叶 红 外 光 谱 试验 结果 如 图 1 图 2所 示 如 图 1 图 2所 示 A 型 再 生 剂 红 外 光 谱 图 在 2 7 0 0 3 0 0 0 c m 范 围 内 出现 很 强 的 吸 收 峰 这 是 环 烷 烃 和 烷 烃 的 c H 振 动 的 结 果 6 5 0 9 1 0 c m 苯 环 取 代 区 区 域 又 称 为 指 纹 区 苯 环 上 C I 面外摇 摆 振 动会 在 这 个 区 域 出 现 几 个 峰 值 A型再 生剂 红外 光谱 图 中 的指 纹 区 内 8 l 0 9 4 c m 处 有 一个 较宽 的 的 吸收 峰 带 且 有 较 大 的 吸 收 强度 D型再 生剂 红外 光谱 图 中指 纹 区 内 8 l 0 5 0 c m 处 有较 强 的吸收 峰 可用 于 检 测 再 生 沥 青 中再 生 剂 的 存 在及 含量 还可 用 于判 断 再生 剂 是 否 与 旧 沥青 发 40 0 0 3 5 0 0 3 0 0 0 2 5 0 0 2 0 0 0 1 5 0 0 l 0 0 0 W a v e n u mb e r s c m一 1 图 1 A 型再 生 剂 红 外 光 谱 图 F i g u r e 1 A r e c y c l i ng a g e nt s F TI R 40 0 0 3 5 0 0 3 0 0 0 2 5 0 0 2 0 0 0 1 5 0 0 1 0 0 0 W a v e n u mb e r s t i n 一 图 2 D 型再 生 剂 红外 光谱 图 Fi g u r e 2 D r e c y c l i ng a g e nt s F TI R 生了化 学 反映 旧普通沥青和 旧改性沥青的傅里叶红外光谱试 验 结果 如 图 3和 图 4所示 如图 3所 示 旧 普 通 沥青 红外 光 谱 在 2 7 0 0 3 0 0 0 c m 左 右 出现 很 强 的 吸收 峰 这 是 环 烷 烃 和 烷烃 中的 C H 振 动 的结 果 6 5 0 9 1 0 c m 苯 环 取代 区域又 称 为指 纹 区 在 这 个 区域 内会 反 映 苯环 的不 同取 代位 置 苯环 上 c H 面外摇 摆振 动 的结 果 会 使 图形 在 这 个 区 域 内 出 现 几 个 峰 值 由此 可 知 旧普通 沥 青是 由芳 香族 以及 杂原子 衍生 物 烷烃 公路工程 3 6卷 1 0 0 9 0 8 0 7 0 60 50 40 30 2 0 l 0 0 40 0 0 3 5 0 0 3 0 0 0 2 5 0 0 20 0 0 l 5 0 0 1 0 0 0 W a v e n u mb e r s c m一 1 图 3 旧普通沥青傅里 叶红外 光谱图 F i g u r e 3 Us e d o r d i n a r y a s ph a l t FTI R 1 00 90 8 0 70 6 0 暮5 0 4 0 3 0 2 0 t O O 40 0 0 3 5 0 0 30 O 0 2 5 0 0 20 0 0 l 5 0 0 l 0 0 0 W a v e n u mb e r s 13 m I 圈 4 旧改性沥青傅里 叶红外 光谱 图 Fi g u r e 4 Us e d mo di fie d a s p h a l t FTI R 和环烷烃等构成的 在红外光谱图中的指纹区内 7 9 7 0 4 c m 处 出现 较强 的吸 收峰 与再 生 沥青 的 红 外光谱图对比 可以用于检测再生沥青的再生效果 如 图 4所示 在 I 1 3 改 性 沥 青 红外 光 谱 图 中指纹 区 内 的 8 1 0 5 0 c m 处 出现 较 强 的 吸 收 峰 与 再 生 沥 青 的红外光谱图对 比 可以用于检测再生沥青 中旧沥 青 的再生效果 再 选择 掺配最 高 比例再 生剂 后 的再 生 沥青进 行 试验 其 中图 3中 A 型再 生 剂 的掺 配 比例 为 3 0 图 4中 D型再 生剂 的掺 配 比例 为 4 0 结 果 如 图 5 图 6所 示 圄 5 掺 配 3 O A 型 再 生剂 的再 生 沥 青红 外光 谱 图 Fi g u r e 5 A r e c y c l i n g a s p h a l t FTI R 图 6 掺配 4 O D型再 生剂 的再 生沥青 红外 光谱图 Fi g ur e 6 D r e c y c l i ng a s p h a l t FTI R 如图 5所 示 在 掺配 3 0 A型再 生 剂后 再 生沥 青红 外光 谱 图 中指 纹 区 内的 8 1 2 7 1 c m 处 出现 较 强吸 收峰 这 与 A 型再 生剂 红外 光 谱 图 中指 纹 区内 8 l O 9 4 c m 处的吸收峰位置基本相同 由此可知再 生沥青 中确 有 A型再 生剂 存在 且 A型 再生 剂 与 旧 沥青没有化学反应 而是与原 旧沥青发生 了物理共 融 在旧沥青 中只是起 到了增容的作用 同理如 图 6所示 在 掺配 4 0 D型再生 剂后 再 生 沥青 红外 光 谱 图 中指 纹 区 的 1 5 0 7 0 2 c m l 5 4 0 5 5 c m 和 l 5 5 8 1 6 c m 分别出现较强吸收峰 位置基本与 D 型再生剂红外光谱 图中 1 4 5 6 2 0 c m 处附近的三 出强吸收峰相同 这表明再生沥青中确有 D型再 生剂 存 在 指 纹 区 内的 7 6 1 0 7 c m 8 0 9 0 2 c n l 和 8 7 9 1 1 c n l 也分别 出现吸收峰值 这与 旧改性 沥 青红 外光 谱 图 中 8 7 5 4 3 c m 处 附 近 的三 处 吸 收 峰位置基本相同 由此可见再生剂并没有与 旧沥青 发生化学反应 而是只起到了增容的作用 3 再生剂及再 生沥青 的试验 在 选 择再 生 剂 的时 候 首先 注 重芳 香 分 的 含量 因此对每一种再生剂均测试其 4组分的含量 见表 4 在掺 配不 同 比例 的再 生剂 后 再 测试 再 生 沥 青 3大指标的变化 以此来评价再生的效果 表 4 A B C D 再 生 剂 原始 组分 Ta b l e 4 Fo u r c o mp o ne n t s r e s u l t s o f r e c y c l i n g a g e nt s 由表 4可 知 每 种 再 生 剂 富 含 饱 和 分 和 芳 香 分 这就 能 有效 的 弥 补 旧沥青 中缺 失 的物 质 饱 和 分 和芳 香 分统称 为 沥青 中的油 分 对 沥 青 有 润滑 和 软 化的作 用 这 能 使 老 化 变 硬 的沥 青 重 新 富 有 弹 如 加 如 加 m O4 术 第 3期 刘琳 等 就 地热再生路面 中再生 沥青 的研究 4 1 性 从 而 具有 较 好 的温度 敏 感性 和 低 温抗 裂性 随再 生剂 掺 量 的增 加 再 生 沥 青 2 5 针 入 度 值 也 随 之增 长 见 表 5 A 型再 生剂 掺 配 比例 达 3 0 时 再生沥青针人度值却只有 3 8 0 0 1 am 而 B 型再生剂掺配 比例达 3 0 时 再生沥青的针入度值 达 5 0 0 0 1 m m 已接近再 生恢复 的 目标值 6 0 0 0 1 mm 说 明 A 型 再 生 剂 在 改 善 针 入 度 的效 果 方 面 明显 优于 B型再 生剂 表 5掺 配不 同比例再生剂后再 生沥青针入 度的变化 Ta bl e 5 Re s ul t s o f r e c y c l i ng a s p ha l t p e n e t r a t i on 掺配 比例 针入度 2 5 0 1 m m A型 再 生 剂 B型 再 生 剂 我 国用环球法实测软化点 蛐来表征沥青 的高 温性能指标 高温性能是指沥青抵抗高温变形 的能 力 沥青混 合 料在 抵 抗 高 温 变 形 中 沥 青 起 到 了重 要 的 作用 S HR P研 究 表 明 有 4 0 的抗 车辙 能力 由沥 青 的性能 提供 尤 其 对许 多 密 实 型 的 密级 配 沥 青 混凝 土来 说 粗集 料 是呈 悬浮 型 结构状 态 相 互嵌 挤作用相当有限 沥青 的性能起 到的作用将更 为明 显 因此 沥青在高温性 能上 的表现是决定沥青混 凝土路面能否抵抗高温变形 的关键 因素 但软化点 也并非越高越好 软化点太高沥青的高温性能 良好 抗裂性 能却 无 法满 足规 范 的要求 因此 需将 软 化点 控 制 在一定 范 围 内 随 着 再 生 剂 掺 量 的 不 断 增 加 软化点呈线性降低 当 A型再生剂掺配 比例达 3 0 时 再 生 沥青 软化点 已降低 到 4 9 与新 沥 青 的软化点 T 4 8 1 已非 常接 近 掺 配 3 0 B 型再 生剂 后再 生沥 青 的软 化 点 为 5 2 4 见 表 6 而掺 配 3 0 A 型 再 生 剂 后 再 生 沥 青 的 软 化 点 为 4 9 与新 沥青 的软化 点 更加 接近 表 6掺配 不同比例 再生剂后再生沥青软化 点的变化 Ta bl e 6 Re s u l t s o f r e c y c l i ng a s ph a l t s o f t e ni n g p o i nt 掺配比例 环球法 A型再生剂 B型再生剂 0 7 5 8 7 5 8 5 74 1 74 6 1 0 6 4 4 6 5 5 l 5 6 0 6 6 2 6 3 O 4 9 5 2 4 4 0 4 2 随再 生剂 掺 配 比例 的增加 掺 配 A 型再 生 剂后 再生沥青 的延 度 比掺 配 B型再 生 剂 后 再 生 沥 青 的 延度总 体增 长趋势 要 快 当再 生 剂 掺 配 比例 同样 为 3 0 时 掺 配 B型 再 生剂 的再 生 沥 青 延 度 只 能恢 复 到 7 0 2 e m 而 使用 A 型再 生剂 的再 生 沥 青 其延 度 能够 恢复 到 9 5 3 c m 基 本达 到埃 索 A H一7 0新 沥 青 的延度标准 1 0 0 0 c m 见表 7 再 针 对 改性 沥青 进行 再 生试 验 结果 如 下 针人度反映沥青的粘稠度 随再生剂掺量的增 加 再 生 沥 青 2 5 c 的针 人 度 值 也 随 之 增 大 掺 配 4 0 D型 再 生剂 后 再 生沥青 的针 人 度值 到 达 6 3 8 0 1 mm 而 掺 配 4 0 C型 再 生 剂 后 再 生 沥 青 的 针人 度 仅为 6 2 8 0 1 m m 由表 8可 知 D 型再 生剂 能使 粘 稠在 一 起 的 旧沥 青 更 加 有 效 的 分 散 再 生效 果 明显 优 于 C型再 生剂 表 7掺配不 同比例再生剂后再生沥青延 度的变化 Ta b l e 7 Res u l t s o f r e c y c l i n g a s p h a l t du c t i l i t y 掺配 比例 延度 1 5 e m A 型再 生剂 B型 再 生剂 表 8 掺配不 同比例再 生剂后再生沥青针入度 的变 化 Ta b l e 8 Res u l t s o f r e c y c l i n g a s p h a l t pe n e t r a t i o n 掺配 比例 针人度 2 5 0 1 m m c型再生剂D型再生剂 由表 9可 知 随再 生 剂 掺 量 的不 断 增 加 软 化 点也呈线性降低 当 D型再生剂掺配为 4 0 时 软 化点 已降低至 4 4 1 c l 这可以说 明旧改性 沥 青 的 结构 在掺 配再 生剂 后 已 由凝 胶 型 向溶 胶 一凝胶 型转 化 表 9掺配不 同比例 再生剂后再生沥青软化点的变化 Ta b l e 9 Re s ul t s o f r e c y c l i ng a s p ha l t s o f t e n i n g p oi n t 掺配 比例 环球法 C型再生剂D型再 生剂 4 结 论 对旧普通沥青和旧 P E改性沥青分别进行四 下 转 第 5 3页 第 3期 邹 芒 等 独塔斜拉桥 的动力反应谱分 析 5 3 析得 到 4 笔 6结 语 表 全 桥 竖 向 地 震 反 应 谱 分 析 主 要 结 果 日 位 置 E 2作 用 主塔顶纵向位移 主梁竖向最大位移 主塔底弯矩 主塔底轴力 主塔 底剪力 主梁 主跨 最大弯矩 主梁边跨 最大弯矩 2 3 2 mm l O O 2 mm l 6 O3 5 4 k N m 2 9 91 O5 k N 9 3 8 2 k N 1 7 4 7 7 95 k N m 3 0 7 9 9 8 1 k N m 表 5 全桥三 向正 交地震反应谱 分析主要结果 位 置 E 2作用 主塔顶纵 向位 移 主塔顶侧 向位 移 主梁竖 向最大位移 主塔底 弯矩 主塔 底 轴 力 主塔 底 剪 力 主梁 主跨最 大弯矩 主梁边跨 最大弯矩 3 6 2 mm 2 3 3 6 h i m 4 6 2 mil l l Ol 73 6 7i kN m 2 061 22 kN 6 4 6 6 k N 62 Ol 7 88 kN m 8 5 4 6 0 2 8 k N m 通 过 以上 的计 算 分 析 可 以看 出 对 于不 同方 向 的力 作 用 大桥 也 会 有 相 应 不 同反 应 而 不 管 怎样 的地 震 作用 东 沙 由地震 荷 载所 引起 的 内力 和 位移 都在桥梁结构允许的范 围内的 所 以对 于地震荷载 而言 是安 全 的 结 果 表 明 该 桥 抗震 性 能 良好 地 震 荷载 设计 不 受控 制 而且 运 用 有 限元 分 析 软 件 MI D A S对 桥梁 结 构进 行 动力 分析 是 可行 的 参考 文献 i Y r G T B 0 2 0 1 2 0 0 8 公 路桥梁抗震设计细则 S 2 王淑波 大型桥梁 抗震 反应谱 分析 理论应 用研 究 D 上 海 同济大学 1 9 9 7 上接 第 4 1页 组 分 试 验 常 规 三 大 指 标 实 验 布 洛 克 菲 尔 德 B r o o k fi e l d 粘度 试 验 和 傅 立 叶 红 外 光 谱 试 验 将 结果与新沥青的指标对照 评价沥青的老化程度 探 究沥青老化的机理 选取了合适的再生剂 确定了合 适 的再生 方法 在 旧普通沥青 中掺配 A型和 B型两种再 生 剂后 对 比再 生沥 青 常规 性 能指标 的 区别 决 定选 择 A型再生剂对其进行再生 综合经济方面的因素考 虑 掺 配 比例 确定 为 3 0 对 于 旧 P E改 性 沥青 而言 对 比掺 配 C型 和 D型 2种再 生剂 对 其 进 行 再 生 的效 果 决 定 采 用 D 型再 生剂 由常 规性 能指 标最 终 掺配 比例 为 4