沥青路面就地热再生养护技术研究

引言 沥青路面就地热再生技术, 是通过就地加热、翻 松、混拌、摊铺、碾压等工序, 一次性实现旧沥青混 凝土路面的100%现场再生利用。与传统的沥青路面维 修方式相比, 不但能够节约大量的沥青、砂石等原材 料, 节省工程投资与施工费用, 同时有利于处理废料, 保护环境, 因而具有显著的经济效益、环境效益和社 会效益。随着人们的环境和生态保护意识逐渐增强, 以及对资源的开发利用越来越追求科学性和合理性, 大力发展循环经济已经成为公路养护的发展趋势。因 此, 沥青路面就地热再生技术也越来越受到人们重视。 2 　就地热再生机理分析 211　沥青性能的老化与恢复 21111　沥青老化机理 沥青老化是指在环境因素如受热、氧气、阳光和 水等的作用下, 沥青发生一系列的挥发、氧化、聚 合, 乃至沥青内部结构发生变化, 同时发生性质变 化, 导致路用性能劣化的过程。沥青的老化是一个逐 渐发生的过程, 它的速率直接影响路面的使用寿命。 沥青老化机理可以从一下两种理论进行分析。 组分移行理论: 沥青的老化过程是一个十分复杂 的物理化学过程, 难以用结构式进行描述。但一般认 为, 沥青老化过程中, 其饱和组分是比较稳定的, 在 整个老化过程中变化不大。沥青中其他组分大致按芳 香分→胶质→沥青质的路线向重质化的方向转化, 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结果, 随着老化 过程的进行, 芳香分的量逐渐减少, 杂原子化合物的 含量增加, 烷一环烷族化合物的量也在增加, 胶质的 变化更为复杂, 既有部分胶质演变为更重的组分, 也 有部分胶质断裂为小分子的过程。沥青中芳香族胶 质, 甚至沥青质在老化过程中大分子组成通过裂解、 脱碳等一系列反应, 可能使长侧链的芳香烃断裂为低 分子的化合物, 芳香烃氧化开环, 从而演变为饱和 烃、单环芳香烃、多环芳香族及硫化物等成分。 相容性理论: 希尔布兰德经研究提出, 在一种溶 液中, 溶质的溶解度参数与溶剂的溶解度参数的差值 小于某一定值时, 即能形成稳定的溶液, 此即所谓相 容性理论。由此, 一种沥青能否形成稳定、耐老化的 溶液, 不取决于溶质粒径的大小, 而决定于溶质 (沥青质) 在溶剂(软沥青质) 中的溶解度和溶剂对 溶质的溶解能力。 据此, 将沥青视为由软沥青质溶解沥青质形成的 溶液, 则有 Δδ =δA T -δM < K (1) 式中: Δδ为沥青质与软沥青质溶解度参数差, ( cal/cm3 ) 1 /2 ; ΔδAT为沥青质的溶解度参数, ( cal / cm3 ) 1 /2 ; ΔδM 为含再生剂的软沥青质溶解度参数, ( cal/ cm3 ) 1 /2 ; K为溶解度参数差的限值, ( cal/ cm3 ) 1 /2。 根据有关研究, Δδ< 0176 时的沥青较为稳定, 路用性能较好。而回收沥青的Δδ一般在110 以上, 即随着老化的进行, 沥青中各组分化合物化学结构发 生变化, 引起沥青中沥青质与软沥青质溶解度参数发 生变化, 差值增大, 因而相容性降低。 因此, 沥青的老化过程的实质可以描述为: 沥青老 化使沥青中各组分化合物化学结构发生变化, 如沥青质 含量增高, 沥青质的溶度参数较软沥青质的溶度参数增 加的快, 导致沥青质与软沥青质溶度参数差值增大, 因 而相容性降低, 最终表现为沥青路用性能衰减。 21112 老化沥青性能恢复 沥青属于高分子聚合物范畴, 具有溶解、沉淀等 热力学可逆过程的性质, 这就决定了旧沥青是一种可 以再生利用的材料资源。通过沥青老化机理的分析可 知, 老化沥青的再生就是通过再生剂的加入, 调节老 化沥青的化学组分, 使得沥青质在软沥青质中的相容 性, 重新形成稳定的化学结构。因此, 沥青结合料再 生成功与否的关键就是再生剂品种和用量的选择。 目前常用的再生剂可以归纳为三种类型: 较软的 沥青; 低粘度的油分; 专用再生剂, 本研究各选择一 种具有代表性的再生剂, 即兰炼130 #沥青、废机油 和再生剂RXF , 通过掺加不同比例再生剂后老化沥青 性能的变化来评价再生效果, 相应的试验结果见表1 ～表3所示。 表1 掺加不同比例兰炼130#后的再生沥青性能 沥青品种 掺加 比例/% 针入度 (25℃) / 011mm 延度 (15℃) / cm 软化点/℃ 老化壳牌70# ( PAV + TFOT) 掺加兰炼- 130# 0 21 4 66 10 25 8 63 20 28 8 61 50 39 10 59 100 50 13 54 200 80 20 50 表2 掺加不同比例废机油后的再生沥青常规性能 沥青品种 掺加 比例/% 针入度 (25℃) / 011mm 延度 (15℃) / cm 软化点/ ℃ 老化壳牌70# ( PAV + TFOT) 掺加废机油 0 21 4 66 2 27 8 63 5 33 13 59 10 54 19 54 15 87 40 51 20 134 > 100 46 表3　掺加不同比例再生剂RXF后的再生沥青常规性能 沥青品种 掺加 比例/% 针入度 (25℃) / 011mm 延度 (15℃) / cm 软化点/ ℃ 老化壳牌70# ( PAV + TFOT) 掺加再生剂RXF 0 21 4 66 2 27 18 64 5 39 31 57 8 59 58 53 10 76 86 50 15 143 > 150 44 从表中试验结果可以看出, 专业再生剂RXF对老 化沥青性能恢复最好, 随着再生剂RXF掺量的增加, 再生沥青的针入度和延度变大, 软化点下降, 有效地 改善了老化沥青的性能。当再生剂用量为8% ～10% 时, 老化沥青的针入度、软化点可以同时恢复至路面 规范的要求。但是延度变化稍许滞后, 这可以通过掺 加同等级新沥青进行调和来恢复延度性能。 212　集料性能的衰退与恢复 沥青路面中的集料经受车辆荷载和气候环境作用 多年之后, 其各项性能也会发生变化, 影响到沥青混 合料的整体性能指标, 下面将分别从级配和物理性能 两方面入手对旧集料性能的衰变与恢复进行分析与 解决。

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