闫瑾 陈景 罗代松 连超
交通运输部科学研究院 北京市政路桥建材集团有限公司
摘 要：
本文针对目前厂拌热再生中旧料用量偏低、混合料性能下降的技术难题，采用自主研发的SMC再生剂对高掺量旧料进行热再生，通过对再生剂及旧料掺量影响规律的研究，明确了混合料中再生剂的推荐用量，验证了50%、30%高掺量SMC再生沥青混合料的路用性能及技术可行性，为提高废旧沥青路面材料用量的热再生关键技术提供了参考和借鉴。
关键词：
再生;沥青混合料;SMC;路用性能;
基金：
北京市交通行业科技项目(201826-GCLZ2);
近年来，如何在不影响混合料性能的前提下提高废旧沥青混合料在厂拌再生中的掺配比例已成为国内外沥青路面再生的技术发展趋势和研究方向。目前，国内外虽已对提高厂拌再生废旧沥青混合料的掺量进行了一些研究，但始终存在着两个技术难点未能攻克，成为限制厂拌再生技术大规模推广应用的技术瓶颈:(1)厂拌再生由于再生沥青混合料的拌合温度较高，不可避免的要对废旧沥青混合料二次老化，进而导致再生沥青混合料的路用性能的下降(2)再生沥青混合料的抗低温性能，会随着废旧沥青混合料掺量的提高而降低。基于以上两点，为保证再生沥青混合料的路用性能，应用过程中必须限制沥青混合料的掺量，一般为20%左右。
本文从降低厂拌再生混合料的拌合及成型温度着手，研制SMC再生沥青混合料，温度的降低可缓解废旧沥青的二次老化，为提高废旧沥青混合料的掺量提供了可能性，其次，研发的再生剂以橡胶烃油与树脂为原材料，可改善沥青混合料抗低温与抗疲劳性能，进而实现废旧沥青混合料的常温再生，达到提高废旧沥青混合料的掺量的目的。
1 不同掺量再生沥青混合料的级配设计
鉴于SMC再生沥青混合料易于密实的特点，本文提出基于最紧密嵌挤状态下的配合比设计方法，通过沥青混合料干密度、矿料间隙率与粗集料矿料间隙率与油石比间良好的相关性，进行二次曲线回归分析，求得曲线极值点对应的油石比，即为集料间互相嵌挤的最紧密状态，由此可确定最佳油石比与再生剂的掺量。
本文分别对50%、30%的废旧沥青混合料进行再生混合料级配设计，拌和温度为135℃、成型温度130℃，集料搅拌180s后，再加矿粉搅拌90s。具体配合比设计及级曲线见表1、表2，图1、图2。
表1 50%再生沥青混合料配合比设计 下载原图
图1 50%再生沥青混合料级配曲线 下载原图
由配合比设计表及级配曲线可知。50%的再生沥青混合料在12～24Rap和10～20mm档位的集料偏多，即粗集料较多、混合料配比偏粗;30%的再生沥青混合料在10～20mm、0～3mm档位的集料偏多，而5～10mm档位的集料与50%的相差不大，说明30%的混合料配比相较于50%的更均匀。
2 SMC再生剂掺量对再生沥青混合料性能的影响
根据马歇尔试验方法及工程实践，最终确定50%的SMC再生沥青混合料的最佳油石比为4.4%,30%的SMC再生沥青混合料的最佳油石比为4.2%，这里的油包括:70号道路石油沥青、一定量的SMC再生剂和旧沥青，其中，SMC再生剂是以橡胶烃油与树脂为基础物质，选取沥青的溶解剂、抗老化剂、增塑剂等化学制剂复配，根据沥青再生机理及再生剂的技术要求，选择出再生剂原材料的最佳组合。
表2 30%再生沥青混合料配合比设计 下载原图
图2 30%再生沥青混合料级配曲线 下载原图
为研究不同常温再生剂掺量对再生混合料性能的影响，本文分别对再生剂掺量为70号道路石油沥青10%、15%、20%的SMC再生沥青混合料进行高温稳定性、低温抗裂性及水稳定性试验，试验结果如下:
表3 不同SMC掺量的再生沥青混合料车辙试验结果 下载原图
由以上试验结果可知，添加不同掺量再生剂SMC后，50%和30%再生混合料车辙试验动稳定度结果均能达到规范要求，且50%再生混合料的动稳定度要远高于30%再生混合料。但随着再生剂SMC掺量的增加，车辙试验的动稳定度出现先增大后下降的趋势，峰值掺量为15%，究其原因应该是过量的再生剂使结合料针入度增大、粘度减小，从而使降低了再生混合料的抗高温变形能力。
图3 不同SMC掺量的再生沥青混合料车辙试验结果 下载原图
表4 不同SMC掺量的再生沥青混合料低温弯曲试验结果 下载原图
图4 不同SMC掺量的再生沥青混合料低温弯曲试验结果 下载原图
由以上试验结果可知，添加不同掺量再生剂SMC后，50%再生混合料低温弯曲试验的破坏应变出现先增大后减小趋势，而30%再生混合料的破坏应变逐渐下降，且再生剂SMC掺量为20%时，50%、30%再生混合料破坏应变均小于规范要求的2000。分析原因，这说明适量的SMC对高掺量再生混合料低温延展性有一定的改善作用，可较为显著的提高其低温抗裂性能;对于低掺量再生混合料，由于其新加入的集料、沥青较多，级配也有较大差异，SMC的加入反而会降低其低温抗裂性能。
表5 不同SMC掺量的再生沥青混合料浸水马歇尔试验结果 下载原图
图5 不同SMC掺量的再生沥青混合料浸水马歇尔试验结果 下载原图
表6 不同SMC掺量的再生沥青混合料冻融劈裂试验结果 下载原图
图6 不同SMC掺量的再生沥青混合料冻融劈裂试验结果 下载原图
由以上试验结果可知，随着再生剂SMC掺量的增加，50%与30%再生混合料的残留稳定度均出现先增大后减小的变化，且当SMC掺量为15%时，50%rap与30%rap的残留稳定度值相差不大，SMC掺量超过15%后，50%的残留稳定度显著下降，而30%的残留稳定度下降幅度不大，结果均满足规范要求。随着再生剂SMC掺量的增加，50%再生混合料与30%再生混合料的冻融劈裂强度比均先下降后升高，且30%的冻融劈裂强度一直高于50%。说明再生剂SMC的加入对高掺量再生沥青混合料的水稳性能影响更大，究其原因，可能与高掺量再生混合料的级配偏粗，矿料间隙率、孔隙率偏大，导致其水稳性能相较于低掺量再生混合料有所下降。但适量再生剂的加入对其抗水损害能力还是有一定提升作用的。
综上所述，采用自主研发的适量SMC再生剂对不同掺量的废旧沥青混合料进行再生，可有效改善混合料的主要路用性能，且总体而言，50%再生沥青混合料的再生效果要优于30%再生沥青混合料，推荐SMC再生剂的最佳掺量为10%～15%。
3 不同废旧料掺量对SMC再生沥青混合料路用性能的影响
依据前述试验结果，当SMC再生剂掺量为15%时，再生混合料的总体再生效果均达到最佳状态。因此，本节重点研究不同废旧料掺量对SMC再生沥青混合料路用性能的影响规律。具体见图7～图9。
图7 不同废旧料掺量的SMC再生沥青混合料高温稳定性能对比 下载原图
图8 不同废旧料掺量的SMC再生沥青混合料低温抗裂性能对比 下载原图
图9 不同废旧料掺量的SMC再生沥青混合料水稳定性能对比 下载原图
综合以上试验结果得出，当再生剂SMC掺量为15%时，50%掺量SMC再生沥青混合料的路用性能总体优于30%掺量SMC再生沥青混合料，仅冻融劈裂强度比略小于30%的SMC再生沥青混合料，这可能与级配及油石比设计、混合料粘附性、空隙率等因素有关。
4 结语
(1)针对目前再生沥青混合料应用过程中废旧材料掺量过低的瓶颈问题，本文结合以往工程经验，分别设计了50%、30%的高掺量再生沥青混合料级配并明确了相应的油石比。
(2)采用自主研发的SMC再生剂来研究不同再生剂掺量对再生沥青混合料性能的影响，得出适量SMC再生剂可有效改善混合料的主要路用性能，50%再生沥青混合料的再生效果要优于30%的，提出了SMC再生剂的最佳掺量为10%～15%。
(3)通过不同废旧料掺量的SMC再生沥青混合料路用性能对比，得出50%掺量SMC再生沥青混合料的路用性能总体优于30%掺量SMC再生沥青混合。
基于以上试验结论，本文研究的50%～15%SMC再生沥青混合料拓展了厂办热再生应用领域的产品种类，该混合料的拌和及成型温度较普通热沥青混合料低，且大幅提高了废旧沥青料的循环利用率，减少了能源消耗及环境污染，其路用性能也基本符合规范要求，应用前景广阔。
参考文献
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