厂拌热再生混合料回收沥青老化特性对新沥青诱导老化的研究

为探究厂拌热再生沥青混合料中新旧沥青的老化进程及老化机理,模拟再生混合料的拌和与使用过程,首先测试了基质沥青、回收沥青以及新旧沥青三种试样依次经历旋转薄膜烘箱老化试验RTFOT和加速加压老化试验PAV之后各自的动力粘度与路用性能,对比分析了热再生中新旧沥青在老化过程中的宏观性能衰减规律,进而采用红外光谱和差示量热分析扫描等微观测试手段探明了新旧沥青的老化进程与老化机理。测试结果表明,先后经历RTFOT老化和PAV老化之后,回收沥青的粘度上升最显著,低温性能下降也十分迅速,但新旧沥青的动力粘度与低温性能变化幅度均远远高于基质沥青,证明其老化速率较基质沥青快;新旧沥青在经历RTFOT老化和PAV老化过程中,除新沥青和回收沥青各自独立的老化外,还存在一种介于二者之间的化学作用,即回收沥青中某些活性基团对新沥青的老化进程具有较明显的促进作用,称之为“诱导老化”,这种诱导老化通过改变基质沥青的老化进程而改变其老化机理。

RAP掺量与新旧沥青融合程度对热再生混合料性能的影响

通过变化RAP掺量为20%~50%试验,研究常规未知新旧沥青融合状态与模拟新旧沥青100%融合状态下热再生混合料高温及低温性能、水稳定性、抗疲劳性能。结果表明:两种融合状态下,热再生混合料抗车辙性能均随RAP掺量增大而提高,低温抗裂性能和水稳定性均随RAP掺量增大而降低。新旧沥青融合程度和RAP掺量对热再生混合料的高温及低温性能、水稳定性、抗疲劳耐久性能有显著影响。与常规拌和工艺相比,新旧料100%融合工艺制备的热再生混合料其高温稳定性稍差,但具有更好的低温抗裂性能、水稳定性和抗疲劳耐久性能,配合比设计时应考虑新旧沥青融合程度对高RAP掺量热再生混合料路用性能与抗疲劳耐久性能的影响。

基于图像处理技术的厂拌热再生混合料均匀性研究

厂拌热再生沥青混合料由于其材料组成复杂且施工和易性较差,容易出现集料分散不均匀问题。基于此,制备不同RAP料掺量和沥青类型的厂拌热再生混合料旋转压实试件,首先采用数码相机获取试件截面的图像,通过图像处理技术对集料等结构进行识别;然后将图像内的最大内接正方形划分为面积相等的16个小方格,基于对方格集料面积比的正态分析提出均匀性评价指标H值。结果表明:基于方形区域划分提出的均匀性指标能有效评价混合料中集料的分散均匀性,再生混合料的均匀性低于新沥青混合料;不同RAP掺量下,相比于普通新沥青,采用泡沫新沥青制备的再生混合料均匀性至少高11%。

平衡设计法热再生混合料动态模量试验分析

为了提高热再生沥青混合料中沥青路面回收料(reclaimed asphalt pavement,RAP)的掺量,解决传统设计方法得到的大掺量热再生料路用性能较差的问题,以动态模量试验验证平衡设计法作为提高RAP掺量的有效路径。通过沥青混合料性能试验机测试4组不同RAP掺量的平衡设计法沥青混合料和1组马歇尔设计法沥青混合料的动态模量和相位角。结果表明:采用平衡设计法的沥青混合料,高RAP掺量在低频/高温条件下保持良好弹性状态,高频/低温条件下保持与普通热拌料相近的黏弹性,实现了大掺量RAP热再生混合料力学指标感温性的降低;基于路面材料病害能量原理分析,采用平衡设计法的大掺量RAP热再生混合料高温情况下具有更高的抗车辙因子,中温条件下具有更低的疲劳耗散因子,即混合料具有更好的抗车辙和抗疲劳性能。综合分析,针对大掺量RAP热再生混合料采用平衡设计法,能有效满足各方面性能要求,实现大掺量RAP热再生混合料均衡设计,为提升RAP高效再生提供有力的设计手段。

特立尼达湖沥青与木质素纤维复合改性热再生混合料性能研究

将特立尼达湖沥青(TLA)与木质素纤维进行复配,通过马歇尔试验、冻融劈裂强度比、动稳定度、低温弯曲应变、梯形悬臂梁疲劳试验和浸水APA试验评价特立尼达湖沥青(TLA)与木质素纤维复合改性热再生混合料的路用性能和耐久性。结果表明,掺加TLA与木质素纤维可实现二者对热再生混合料高温性能改善效果的非线性叠加作用;掺加6%木质素纤维与10%~30%TLA复合改性剂时,热再生混合料的浸水马歇尔残留稳定度与冻融劈裂强度比均大于90%;TLA与木质素纤维复合改性热再生混合料的劲度模量和悬臂梁疲劳寿命满足高模量沥青混合料技术要求,增大TLA掺量能显著改善高温、浸水使用环境下热再生混合料的耐久性。

RAP掺量对热再生混合料路用性能影响

采用MMSL3、APA试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验研究了RAP掺量对厂拌热再生混合料路用性能的影响。结果表明:随着RAP掺量的增加,厂拌热再生混合料高温稳定性增强,疲劳寿命提高,而混合料的低温性能和水稳定性变差。结合路用性能试验结果推荐厂拌热再生混合料最大的RAP掺量选择应综合考虑我国的气候分区、相应的公路等级以及热再生混合料所发挥的层位功能。

橡胶粉对热再生混合料路用性能的影响

研究了橡胶粉对热再生混合料路用性能的改善作用。分别对不同橡胶粉掺量下热再生混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性以及疲劳性能进行了对比研究。结果表明,加入橡胶粉可以显著改善热再生混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性和疲劳性能,综合考虑橡胶粉掺量对热再生混合料路用性能的影响规律及工程的经济性,推荐热再生混合料最佳橡胶粉掺量为7.5%~10%。

高RAP掺量热再生混合料疲劳性能研究

针对热再生混合料的疲劳性能研究方法单一以及相关研究结论并不一致等问题,基于三分点加载疲劳试验研究了100、150、200、250、300μξ共5个应变水平条件下30%、40%、50%、60%、80%共5种掺量条件下热再生混合料的抗疲劳性能,揭示了冷再生混合料的疲劳变化规律,同时建立了疲劳方程。研究结果表明:增大RAP掺量有利于提高低应变水平下热再生混合料的疲劳寿命,但在大应变水平下由于RAP带来的脆性性质会凸显出来从而增大了热再生混合料对应变水平变化的敏感性。

高RAP掺量热再生混合料疲劳性能研究

针对热再生混合料的疲劳性能研究方法单一以及相关研究结论并不一致等问题，本文基于三分点加载疲劳试验研究了100μξ、150μξ、200μξ、250μξ、300μξ五个应变水平条件下30％、40％、50％、60％、80％五种掺量条件下热再生混合料的抗疲劳性能，揭示了冷再生混合料的疲劳变化规律，同时建立了疲劳方程。研究结果表明：增大RAP掺量有利于提高低应变水平下热再生混合料的疲劳寿命，但在大应变水平下由于RAP带来的脆性性质会凸显出来从而增大了热再生混合料对应变水平变化的敏感性。

基于GTM的高掺量RAP热再生混合料压实特性

对比了高掺量回收沥青路面材料(RAP)的热再生混合料在旋转压实剪切试验机(GTM)旋转压实和马歇尔击实条件下的体积指标和压实参数.GTM试验表明热再生混合料比非再生混合料容易压实,RAP掺量越大越容易压实,马歇尔击实法在设计高掺量RAP热再生混合料存在局限性.并利用RAP的扫描电镜(SEM)照片分析了原因.

RAP外掺比例对厂拌热再生混合料性能的影响分析

为研究RAP外掺比例与厂拌热再生沥青混合料路用性能的关系,首先分析新沥青和原沥青的各性能指标,然后确定再生剂与最佳油石比等参数,并设置10%、20%、30%、40%、50%5种RAP外掺比例做对比试验组。对各RAP外掺比例的再生沥青混合料进行高温抗车辙性能、抗水损害性能、低温抗裂性能、抗压回弹模量等试验,并对试验数据进行分析。最后得到结论:合理的RAP材料分级可避免再生沥青混合料不均匀现象的发生;外掺RAP可有效提升再生沥青混合料的高温抗车辙性、抗水损害性能,且与RAP外掺比例呈正相关关系;在试验温度15℃和20℃条件时再生沥青混合料的抗压强度值和抗压回弹模量值与RAP外掺比例呈正相关关系。

基于高模量剂和Terminal blend橡胶沥青复合改性技术耐久性高RAP掺量热再生混合料性能研究

为突破高RAP掺量厂拌热再生混合料RAP掺配比例低、低温性能、水稳定性和耐久性差的技术瓶颈,以法国高模量沥青混合料性能评价体系为依托,基于Terminal blend橡胶沥青与高模量剂复配技术进行了Terminal blend与PR.S复合改性沥青性能试验、Terminal blend与PR.S复合改性50%RAP掺量热再生混合料EME2设计、车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验,及MMLS1/3和四分点加载疲劳试验,研究了TB+高模量复合改性沥青用于高RAP掺量热再生混合料的可行性和耐久性。试验结果表明,12%TB+0.6PR.S、18%TB+0.6PR.S、22%TB+0.6PR.S 3种TB胶粉改性沥青与高模量剂复配方案下改性沥青的高低温性能均可达到甚至优于SBS改性沥青,工程实践中可优先采用18%TB+0.6PR.M复合改性方案掺配比例来改善沥青混合料的高低温性能。基于TB与高模量复配技术所生产的耐久性高RAP掺量热再生混合料具有沥青用量高、模量高、空隙率小、抗车辙性能和抗疲劳性能优良的技术特点;Terminal blend橡胶沥青与高模量剂复合改性高RAP掺量热再生混合料抗高温、重载条件下的剪切变形能力和剪切疲劳破坏强度均优于SBS热再生混合料,TB与高模量复配方案是改善高RAP掺量热再生混合料耐久性和极端气候条件下耐候性的有效途径。

高RAP掺量热再生混合料抗裂性能研究

采用低温蠕变、低温弯曲、约束试件温度应力和三分点加载疲劳试验从不同角度揭示了RAP掺量对热再生混合料低温抗裂性和抗疲劳开裂性能的影响,通过抗裂性能试验分析了木质素纤维、玄武岩纤维、橡胶粉、BRA岩沥青、SBR、硅藻土6种添加剂对高RAP掺量热再生混合料抗裂性能的改善作用。试验结果表明,随着RAP掺量增大,热再生混合料低温抗裂性和抗疲劳开裂性能均下降,低温抗裂性不足是制约厂拌热再生混合料增大RAP掺量的主要技术瓶颈,掺加6种添加剂后热再生混合料低温抗裂性能均有一定程度提高,抗疲劳性能显著增大,玄武岩和木质素纤维对热再生混合料低温性能和抗疲劳性能贡献最大,而BRA岩沥青效果最差,建议优先选择玄武岩纤维来改善高RAP掺量热再生混合料的抗裂性能。

再生剂对SBS老化沥青及热再生混合料性能的影响

研究了芳烃油(再生剂A)和橡胶油(再生剂B)两种再生剂对老化沥青针入度体系指标性能和流变特性的影响,分析了不同再生剂掺量下老化沥青四组分变化规律,揭示了再生剂对老化沥青的性能的恢复机理。采用拌合试验研究不同再生剂掺量下热再生混合料老化沥青砂浆的转移规律,并基于车辙试验、低温弯曲试验和控制应变疲劳试验研究了再生剂掺量对热再生混合料综合路用性能的影响。试验结果表明,再生剂与老化沥青之间有一定的配伍性,随着再生剂掺量增大,老化沥青的针入度体系指标感温性增强,低温性能提高;抗车辙因子和劲度模量均与再生剂的掺量呈良好的直线负相关;再生剂对老化沥青的影响机理在于沥青组分重新协调,再生剂的掺量应结合热再生沥青混合料路用性能试验来确定。

SBS改性高RAP掺量热再生混合料温度敏感性及抗裂性能研究

热再生混合料RAP回收利用率低、抗裂性能不足是制约其适用性的关键技术指标,提出采用SBS改性沥青生产厂拌热再生混合料,并基于车辙试验、小梁弯曲试验、四分点加载控制应变疲劳试验研究了不同RAP掺量热再生混合料的温度敏感性、低温抗裂性抗疲劳开裂性能。试验结果表明:相比SBS改性沥青混合料,SBS改性热再生混合料具有较好的抗永久变形能力,且随着RAP掺量增大改性热再生混合料温度敏感性降低;随着RAP掺量增加,改性热再生混合料弯拉应变、单位体积破坏应变能均呈线性减小,RAP掺量小于40%时,增大RAP掺量对改性热再生混合料低温抗裂性影响不大,RAP掺量超过50%时,SBS改性改性热再生混合料的疲劳性能显著降低,低温抗裂性和抗疲劳耐久性仍是制约改性热再生混合料RAP掺量的主要因素。

厂拌热再生混合料旋转压实行为

利用旋转压实剪切试验机(GTM),对马歇尔方法设计的19种厂拌热再生沥青混合料进行了压实试验,以空隙率变化率表征可压实程度,以压实次数表征可压实速率,系统研究了厂拌热再生混合料在不同RAP掺量时的旋转压实行为,并分析了压实机理.结果表明,厂拌热再生混合料在GTM旋转压实作用下,可压实程度高,可压实速率快,同时表现出类似温拌沥青混合料的降温压实特征.

基于SCB试验高RAP掺量热再生混合料低温抗裂性能研究

为研究高RAP掺量热再生混合料的低温抗裂性,提高RAP的利用率,通过低温SCB试验研究了30%、40%、50%掺量下热再生混凝土的低温抗裂性,采用断裂能、弯拉应变等多指标评价方法研究热再生混合料的低温性能,同时与低温弯曲试验进行了对比。试验结果表明:增大RAP掺量,热再生混合料低温抗裂性和低温抗疲劳开裂性能均降低,尤其是RAP掺量超过40%后热再生混合料低温性能显著降低,建议采用低温SCB试验评价热再生混合料的低温抗裂性,同时可采用橡胶粉和聚酯纤维来改善热再生混合料低温抗裂性,推荐了适宜的橡胶粉掺量为8%,最佳聚酯纤维掺量为3‰。

应力吸收层热再生混合料力学性能与路用性能试验研究

RAP中细集料的老化沥青含量大,再生利用价值高,将RAP应用于应力吸收层混合料,可最大资源化提升RAP再生利用价值,降低应力吸收层混合料建设成本。采用车辙试验、小梁弯曲试验、预切缝半圆弯拉试验、复合梁试件扭剪试验、拉拔试验、扭剪疲劳试验、Over Test评价热再生应力吸收层混合料的高低温性能、层间抗剪切性能、抗剪切疲劳性能和抗反射裂缝性能。结果表明:随着RAP掺配比例增大,热再生应力吸收层混合料的油石比降低、高温性能增强,但增大RAP掺量导致热再生应力吸收层混合料低温弯曲应变、断裂能、扭剪强度、拉拔强度、扭剪疲劳寿命和抗反射裂缝性能均降低。在50%RAP掺量下,热再生应力吸收层混合料的动稳定度3604次/mm,低温弯曲应变4890με,且Over Test(OT)加载达到了1200周期,聚合物胶粉复合改性沥青热再生料应力吸收层混合料具有优异的高温韧性和低温延展性与抗反射裂缝性能。

改性剂对高RAP掺量热再生混合料性能的影响研究

研究了木质素、聚酯纤维、硅藻土、干拌直投废轮胎胶粉4种改性剂对热再生混合料性能的影响。结果表明,掺加4种改性剂能明显提高热再生混合料的路用性能、水稳定性、抗松散性能与疲劳耐久性,对综合路用性能改善效果的排序为:干拌直投废轮胎胶粉>聚酯纤维>硅藻土>木质素纤维,干拌直投废轮胎胶粉、聚酯纤维、硅藻土分别对热再生混合料的高温性能、低温性能、水稳定性改善效果最佳。

沥青路面热再生混合料疲劳性能研究

采用三分点加载疲劳试验研究了100、200、250、300共4个应变水平、30%、40%,50%共3种RAP掺量下沥青路面热再生混合料的抗疲劳性能,揭示了热再生混合料的疲劳变化规律,同时建立了疲劳方程。研究结果表明随着RAP掺量的增加热再生混合料的疲劳寿命提高,同时热再生混合料的疲劳寿命对应变水平的变化敏感程度增加。考虑到我国的气候分区和不同掺量热再生混合料路用性能的变化规律,本文建议热再生混合料最大RAP掺量的选择应考虑道路所在的气候分区。