[资料]再生沥青混合料拌和质量评价研究

发表于2016-01-13     572人浏览     0人跟帖     总热度:207  

再生沥青混合料拌和质量评价研究

再生沥青混合料的拌和质量取决于其拌和均匀性以及新沥青(或再生剂)对旧沥青的软化效率。而拌和均匀性以及新沥青(或再生剂)对旧沥青的软化效率则受制于新旧沥青的物理特性、骨料特性、拌和温度、拌和机性能、新旧沥青的化学相容性等。华盛顿大学及普渡大学曾进行过再生沥青拌和均匀性及再生剂软化效率等研究,以评价再生沥青混合料的质量。Carpenter及Wolosick针对再生剂的软化提出了扩散模型。该模型是将粘度低的新沥青先裹覆于旧沥青最外层,再生剂经由扩散作用渗入旧沥青层内,使内层旧沥青的粘度降低且外层新沥青粘度增加,最终达到平衡。该模型解释了新旧沥青的交互作用,并获得了工程界认可。由于扩散作用与时间相关,美国沥青协会根据实际施工经验,认为新旧沥青的作用需要在拌和一段时间后才能实现。

 

新沥青能扩散入粘度高的旧沥青中,依靠的是两者间的相容性,对于化学成分复杂的沥青材料而言,此相容性不容易定义与检测。普渡大学的研究显示,可以使用分段抽取法对新沥青的软化效率进行评估。该方法是将传统抽提试验(ASTMD2172MethodA)使用的溶剂量与浸泡时间分成4个阶段,抽取各阶段所得溶液并回收其中的沥青,4个阶段回收所得的沥青代表了整体沥青膜的4个层次。量测此4层次的沥青粘度,其结果可用于判定新沥青(或再生剂)适用与否。

 

化学染色法评价再生沥青混合料的拌和均匀性

 

化学染色法可用于判断新沥青或再生剂在再生沥青混合料中的散布状况。笔者采用该方法进行了再生沥青混合料的拌和均匀性试验。试验时,选择TeronRedAFG酸性染料。该染料为黑色粉末,遇水则溶解成红色。

 

试验流程说明如下:1)在实验室内,用高速剪切拌和仪将色粉均匀拌入新沥青内。2)用此新沥青分别制作新沥青混合料和铣刨料(RAP)添加量为50%的再生沥青混合料马歇尔试件。3)再生沥青混合料分为搅拌均匀与搅拌不均匀2种。混合料搅拌不均匀时,是将铣刨料加热至130℃,新料与新沥青于拌和机内拌和均匀后,用另一容器装。夯制马歇尔试件时,先将一部分新沥青混合料放入试模底端,再将烘热铣刨料全部填入试模中部,最后将新沥青混合料置于其上。依标准方法捣25次后,夯成内部新旧料拌和不均匀的再生沥青混合料试件。这种拌和不均匀的再生沥青混合料试件的切锯面及新沥青混合料试件切锯面,或拌和均匀的再生沥青混合料试件切锯面,在其未与湿润染布接触前,无法判断其是否有拌和不均匀的现象。但与湿润染布接触后,切锯面则有明显不同的染色效果,从而验证了化学染色法可用于拌和均匀性的判断。

 

由于色粉浓度与染布种类会影响染印效果,进而影响化学染色法的区分度,故本文采用3种不同色粉浓度与4种不同染布来进行化学染色法试验,并对染色效果及得分进行定义。将用不同色粉浓度新沥青制作的3种马歇尔试件的切锯面同时用4种染布染印,观察染印效果,并将定性的染印效果转化为定量的得分,以确定化学染色法使用的色粉浓度与染布种类。选择最高得分者,即使用8%色粉浓度,并选择薄滤纸为染布时,可获得最好的染印效果。

 

基于上述试验结果,推荐采用8%新沥青质量的酸性染料Teron Red AFG,用高速剪切拌和仪拌和均匀,制成马歇尔试件。实际工程中,此方法可用于评估不同再生沥青混合料的拌和均匀性,但须注意,将8%的色粉均匀加入到拌和楼的新沥青或再生剂储油槽内,且需不影响沥青的工作性,这是影响化学染色法工程应用的主要因素。

 

采用4种染布在不同色粉浓度下的染色效果所对应的总得分分别为:厚滤纸18分、薄滤纸22分、专用染布21分、洗车棉布14分。

 

分段回收法判断新沥青的软化效率

 

本文采用普渡大学分段回收法进行各阶段沥青回收量的计算及粘度试验。

 

试验流程说明如下:1)在热拌再生厂内取得新粒料、新沥青(90号沥青)与铣刨料的样品,按规范要求计算铣刨料的沥青含量、粒料级配、回收沥青60℃粘度,并检测新沥青的60℃粘度;2)在实验室内拌制40%铣刨料添加量的再生沥青混合料样品(AC-13中值级配,沥青含量5.5%);3)因铣刨料的沥青含量为4.15%,故取部分铣刨料烘热后,加新沥青至沥青含量达5.0%,并制成100%铣刨料的再生沥青混合料试样;4)用新粒料与新沥青拌制全新沥青混凝土试样,共制成4种不同沥青混合料。

 

相比新沥青混凝土,含铣刨料的沥青混凝土很难通过溶剂将沥青洗出。与铣刨料相比,添加了新沥青的再生沥青混合料中的混合沥青较前3个阶段更容易被洗出,可能的原因是新沥青的分子已扩散入旧沥青中,致使旧沥青较易被洗出。由于此种试验方法费时费力,笔者并未进行重复试验,因此无法对各试验值的差异是否显著进行统计分析。无论哪种混合料,第1阶段洗出的沥青均超过40%。

 

由于铣刨料的沥青含量为4.15%,100%RAP的再生沥青混合料中,新沥青只占总沥青量的17%。整体回收粘度为9626poises,已超出一般铺路等级沥青的粘度范围。

 

对于RAP掺量为40%的再生沥青混合料,粘度为1174poises的90号石油沥青已将再生沥青混合料中沥青粘度软化为2080poises,此数值与依据分段回收各阶段的沥青量与粘度通过理论计算得到的2129poises相当接近,且各阶段沥青的粘度差异不大。由此可知,本次试验采用的90号沥青具有将旧沥青软化的效果。因此,采用分段回收法可评价新沥青或再生剂对RAP废旧料中旧沥青的软化效率。

 

结论与建议

 

1)化学染色法可用于新旧沥青混合料拌和均匀性判断,分段回收法可用于评价新沥青或再生剂对RAP废旧料中旧沥青的软化效率。

 

2)化学染色法可用于拌和设备的选择,可防止新旧沥青混合料拌和不均。分段回收法可用于排除软化效率不好的新沥青或再生剂。

 

3)对于普渡大学开发的分段回收法,笔者认为,其操作耗时费力,目前还无法用作一般检验单位检测用试验方法,故仍有改进或寻求其它较方便试验方法的必要。建议进一步研究新沥青与铣刨料旧沥青拌和效率的检测方法,以便于控制再生沥青混合料成品质量。

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徐科博士

广东 衡阳 | 路桥市政

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