就地热再生SBR改性沥青混合料路用性能研究.pdf

总653期2023年第23期（8月 中）收稿日期：2023-04-10作者简介：荣海生（1978），男，安徽庐江人，高级工程师，研究方向为公路桥梁工程。就地热再生SBR改性沥青混合料路用性能研究荣海生（安徽省交通建设股份有限公司，安徽 合肥 230041）摘要：为提高沥青路面回收材料利用率，改善热再生沥青混合料性能，对就地热再生SBR改性沥青混合料的技术性能进行研究。采用旧矿料掺量80%、新材料掺量20%，按AC-16级配类型进行级配设计；通过对沥青混合料进行半圆弯曲试验、间接拉伸试验和车辙试验验证其路用性能。结果表明：当RAP掺量为4%时，就地热再生SBR改性沥青混合料具有良好的抗裂性能和高温稳定性。依托实际工程得出，就地热再生SBR改性沥青混合料的性能满足工程要求。关键词：道路工程；就地热再生；SBR改性沥青；抗裂性能中图分类号：U414.01文献标识码：A0 引言我国每年公路养护维修产生的废旧沥青混合料近2 亿t，提高废旧沥青路面材料利用率可保护环境、缓解砂石资源紧张。就地热再生技术因具有开放交通快、养护效果好等优点而被广泛应用于高速公路养护工程中。既有针对就地热再生技术的研究较多关注普通沥青混合料再生设计，对改性沥青混合料路用性能的研究相对不够深入1。鉴于此，本文结合工程项目实践，对厂拌热再生SBR改性沥青混合料进行配合比设计和路用性能研究，以提升其在沥青路面养护中的应用效果。1 工程概况某高速公路全长28 km，设计车速为100 km/h，路基平均填高为 2.5 m，最大填高为 3.1 m，最小填高为1.2 m。本项目试验段起点桩号为 K15+000，终点桩号为K16+000，全长1 km，部分路段出现车辙、裂缝和坑槽等病害。为恢复沥青路面良好的抗裂性能和高温稳定性，经研究决定采用就地热再生SBR改性沥青混合料作为沥青路面材料，对该路段路面进行养护维修。2 原材料性能及试验方法2.1 原材料1）旧沥青本项目采用原高速公路上面层铣刨得到的沥青混合料旧料，抽提得到再生沥青混合料（RAP），再采用旋转蒸发仪回收旧沥青。回收得到的旧沥青经试验测得的物理力学性能指标见表1。表1 旧沥青性能指标试验结果试验项目针入度（25,100 s,5 s）/（0.1 mm）软化点/延度（15,5 cm/min）/cm布氏黏度（135）/（Pas）回收沥青40.266.23.82.406原样沥青6660.8301.988试验方法T0604（针入度试验）T0606（软化点试验）T0605（延度试验）T06192）旧矿料旧料性能对就地热再生沥青混合料路用性能的影响显著2。将离心分离法得到的旧料放入烘箱中，再冷却至室温后，采用室内试验法对集料的物理力学性能进行检测，结果见表2、表3。表2 粗集料性能指标试验结果试验项目压碎值（%）洛杉矶磨耗损失（%）表观相对密度毛体积相对密度吸水率（%）粒径/mm9.51925.626.22.7142.6810.84.759.52.7022.6680.72.364.752.6892.6570.6技术要求26282.6实测2.0试验方法T0316（压碎值试验）T0317T0304T0304T030426交通世界TRANSPOWORLD表3 细集料性能指标与试验结果试验项目表观相对密度0.075 mm颗粒含量（水洗法）（%）砂当量（%）试验结果2.6852.378技术要求2.53.060试验方法T0328（棱角性试验）T0333T0334（砂当量试验）3）SBR改性沥青改性沥青的制备是通过向基质沥青中加入改性剂实现的。相比基质沥青，改性沥青各项技术性能指标更为优良。本项目采用90#基质沥青，按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTG E202011）的要求对基质沥青进行技术性能检测，检测结果满足要求。采用的SBR改性剂为PSBR-LH，改性剂的性能指标技术要求见表4。表4 SBR改性剂性能指标技术要求外观白色粉末挥发分（%）15门尼黏度ML4060拉伸强度/MPa1624结合苯乙烯含量（%）2335制备SBR改性沥青时，首先将90#基质沥青放置烘箱中加热至熔融状态，然后将称量好的SBR胶粉倒入基质沥青中，用玻璃棒搅拌510 min，再将搅拌好的改性剂与基质沥青放入170 的油锅中进行加热，启动高速剪切机，缓慢增大剪切速度，直至5 000 r/min，持续45 min后制得SBR改性沥青3。2.2 级配设计再生沥青混合料级配设计是指回收矿料与新料的合成级配。本项目旧矿料掺量为 80%、新料掺量为20%。采用AC-16级配类型进行配合比设计，得到再生沥青混合料合成级配，见表5、图1。级配上限级配下限级配中值合成级配100806040200筛孔尺寸/mm0.075 0.150.30.61.182.364.759.5013.216.0级配（%）图1 AC-16再生沥青混合料级配设计级配类型级配上限（%）级配下限（%）级配中值（%）新料合成级配（%）旧料合成级配（%）通过下列筛孔（mm）的质量百分率（%）16.0100909597.199.313.292768484.998.39.5080607071.584.74.7562344850.957.12.3648203434.137.91.18361324.521.922.80.626917.514.815.50.318712.59.58.60.151459.56.85.90.0758464.73.3表5 AC-16再生沥青混合料矿料级配范围由图5可知，该试验采用AC-16沥青混合料进行级配设计，80%旧料+20%新料的混合料级配曲线在级配范围的上限与下限之间，符合要求，且曲线变化趋势合理。2.3 确定最佳油石比本项目在确定最佳油石比时，首先将新集料、旧料等烘干至恒重，然后按照设计级配，在4.4%、4.7%、5.0%、5.3%和5.6%这5个油石比下制件试件。通过对混合料试件双面击实75次得到成型的马歇尔试件，进行马歇尔试验，计算各试件的空隙率、毛体积密度和稳定度等指标。试验结果见表6。表6 再生沥青混合料马歇尔试验结果级配类型AC-16热再生沥青混合料油石比（%）4.44.75.05.35.6毛体积相对密度2.4362.4482.4692.4512.438空隙率（%）5.84.74.03.32.7矿料间隙率（%）15.07214.63214.13813.96313.786沥青混合料饱和度（%）55.166.773.878.680.5稳定度/kN7.429.1110.929.847.12流值/mm2.02.32.83.34.0由马歇尔试验结果可知，SBR就地热再生沥青混合料马歇尔试件的稳定度、毛体积相对密度随着油石比的增大先增大后减小；矿料间隙率、空隙率随着油石比的增大而减小；流值、饱和度随着油石比的增大而增大。当油石比为 5.0%时，马歇尔稳定度最大，为10.92 kN；毛体积相对密度最大，为 2.469。结合规范要求及工程经验，最佳油石比取5.0%。27总653期2023年第23期（8月 中）3 路用性能评价3.1 抗裂性能试验室制备旋转压实试件，试件直径为 100 mm、高度为75 mm，用高精度双面锯将同批单轴试件一分为二，测试加载速度为 50 mm/min，将试验环境设置为-10。低温条件下半圆弯曲试验结果见表7。同样试验条件下的间接拉伸试验结果见表8。表7 低温条件下半圆弯曲试验结果SBR掺量（%）0345破坏荷载/kN9.119.038.4112.0911.7510.9812.1211.9512.2812.3312.0912.05强度/MPa7.286.827.169.269.549.369.889.689.929.729.869.78强度均值/MPa7.099.399.839.79标准差0.330.480.140.10变异系数4.664.511.371.08表8 低温条件下间接拉伸试验结果SBR掺量（%）0345破坏荷载/kN7.927.888.1410.0810.5510.9812.1212.6612.8212.3212.8812.96强度/MPa1.281.261.321.821.561.601.982.021.922.061.981.96强度均值/MPa1.291.661.972标准差0.120.090.060.07变异系数8.464.922.882.46由上述试验结果可知：在厂拌热再生沥青混合料中添加SBR改性剂以增大其抗裂强度，在低温条件下，SBR的掺入可明显提升热再生混合料的抗裂性能。结合低温条件下的半圆弯曲试验和间接拉伸试验结果，当SBR掺量在3%4%时，低温断裂强度有明显提高，进一步增大掺量时，抗裂性能变化不大。考虑材料性能和经济性，最终确定SBR的最佳掺量为4%。3.2 高温稳定性采用车辙试验测试就地热再生SBR改性沥青混合料的高温稳定性4。首先制作尺寸为300 mm300 mm50 mm 的标准试件，养护 48 d后放入车辙试验机，在60 的恒温板上保温5 h，以0.7 MPa轮压施加在试件板上，得到试件变形量与时间的曲线关系，以最后15min的变形量求得沥青的动稳定度DS。本项目按 SBR掺量 4%、油石比 5%制作试件，测定就地热再生SBR改性沥青混合料的动稳定度DS，并与普通沥青混合料进行对比，以判断其高温稳定性能，试验结果见表9。表9 沥青混合料车辙试验结果混合料类型普通沥青混合料就地热再生SBR改性沥青混合料动稳定度DS/（次/mm）试件A3 2184 468试件B3 4204 602试件C3 5664 486平均值3 4014 519技术要求1 0002 800通过车辙试验结果得到，就地热再生SBR改性沥青混合料的动稳定度大于普通沥青混合料，两者均满足沥青混合料高温稳定性的技术要求。因为在热再生沥青混合料中添加SBR改性剂，能够提高沥青混合料的动稳定度；废旧沥青中沥青质含量多，其沥青黏度高、劲度大，在热再生沥青混合料中添加80%废旧沥青，可提高沥青混合料高温稳定性4。综上所述，就地热再生 SBR 改性沥青混合料动稳定度满足技术要求，具有良好的高温稳定性。4 结论本文通过对就地热再生SBR改性沥青混合料性能进行研究，得出以下结论：1）选用AC-16级配类型进行配合比设计，旧矿料掺量为80%、新掺量为20%，得到的设计级配位于级配上限和级配下限之间，级配曲线平顺圆滑。2）采用5组不同的油石比，对沥青混合料试件进行马歇尔试验，计算试件稳定度、空隙率、毛体积相对密度等指标，最终确定混合料的最佳油石比为5.0%，马歇尔稳定度为10.92 kN，毛体积相对密度为2.469。3）通过半圆弯曲试验和间接拉伸试验，确定当SBR掺量为4%时，混合料的抗裂性能最好；通过车辙试验测得沥青混合料试件动稳定度为4 519 次/mm，满足高温稳定性能要求。（下转第35页）28交通世界TRANSPOWORLD分析不同的黏土掺量下路堑开挖宕渣的性能，得出以下结论：1）最佳含水率随着黏土掺量的增加而增大，无侧限抗压强度也逐渐增大，最大干容重对应的黏土掺量为30%。2）随着黏土掺量的增加，CBR值逐渐下降，当黏土掺量超过细粒含量阈值后，粗骨料无法形成骨架，CBR值急剧下降。3）当试件含水率低于最佳含水率时，膨胀率随黏土掺量的增加而增大；当试件含水率超过最佳含水率时，材料接近饱和状态，膨胀率降低。4）通过击实试验、CBR试验和无侧限抗压强度试验，考虑强度和经济性，建议路堑开挖宕渣中黏土掺量不超过30%。参考文献：1 边伟，李亚龙，高学凯，等.二灰稳定再生集料混合料力学及疲劳性能研究J.硅酸盐通报，2021，40（5）：1638-1645.2 吴贤国，郭劲松，李惠强，等.建筑废料的再生利用研究J.建材技术与应用，2004（1）：21-23.3 吴建超，程宇东，钟彤，等.建筑垃圾再生骨料强化研究综述J.环境卫生工程，2022，30（2）：53-62.4 张军辉，丁乐，张安顺.建筑垃圾再生料在路基工程中的应用综述J.中国公路学报，2021，34（10）：135-154.5 肖杰，吴超凡，湛哲宏，等.水泥稳定砖与混凝土再生集料基层的性能研究J.中国公路学报，2017，30（2）：25-32.6 张大宁，张铁志，俞清荣.建筑垃圾在道路基层中的应用研究J.路基工程，2010（4）：55-57.7 李行，吴超凡，万暑，等.建筑垃圾在路基回填材料中的使用性能研究J.中外公路，2019，39（1）：253-256.8 吕玺琳，张滨，章澎.砂与黏土混合物强度特性环剪试验研究J.工程地质学报，2019，27（5）：1110-1115.（上接第28页）参考文献：1 赵博，毕连居，于明明，等.改性沥青SMA就地热再生混合料路用性能试验研究J.中外公路，2016，36（6）：269-273.2 李炎炎.就地热再生 PE 改性沥青混合料性能研究D.长沙：长沙理工大学，2010.3 高庭瑞.SBR改性就地热再生沥青混合料抗裂性能研究J.住宅与房地产，2020（23）：186-187.4 冉陈卫.就地热再生SBR改性沥青混合料路用性能研究D.重庆：重庆交通大学，2021.35