分档再生法与闪长岩新集料在再生GAC-16混合料制备中的应用研究.pdf

第 卷第期 年月武汉理工大学学报(交通科学与工程版)J o u r n a l o fWu h a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y(T r a n s p o r t a t i o nS c i e n c e&E n g i n e e r i n g)V o l N o A u g 分档再生法与闪长岩新集料在再生GA C 混合料制备中的应用研究魏育奇(保利长大工程有限公司广州 )摘要:文中选用辉绿岩和闪长岩两种集料,采用分档再生法制备不同旧料掺量的热再生G A C 沥青混合料,测试对比其高低温性能、水稳定性、抗疲劳性能,以及动态模量,明确新集料类型与旧料掺量对再生GA C 混合料性能的影响,并比较分档再生与传统再生混合料的微观形貌与各项性能差异结果表明:随着旧料掺量增加,再生G A C 混合料的高温抗车辙性能和动态模量提升,低温抗裂性、水稳定性和抗疲劳性能降低,质量分数为 旧料掺量的热再生GA C 混合料的各项路用性能均满足规范需求闪长岩再生混合料的各项性能略低于辉绿岩再生混合料,但仍满足路用需求,证实了闪长岩集料应用于再生混合料中的可行性分档再生中旧料中的沥青与新沥青之间的混溶更为充分,混溶沥青与集料之间的粘附状态更好无论选用辉绿岩或闪长岩新集料,虽然分档再生法对所制备GA C 混合料动态力学性能的提升作用不明显,但可有效提升所制备GA C 混合料的高低温性能和水稳定性,验证了分档再生法的可行性与适用性关键词:分档再生法;闪长岩;辉绿岩;G A C ;旧料掺量中图法分类号:U d o i:/j i s s n 收稿日期:第一作者:魏育奇(),男,工程师,主要研究领域为道路工程引言热再生是实现路面铣刨旧料(R A P)再生利用的有效方法,R A P掺量与新料选取是热再生中的关键 问 题 在 热 再 生 沥 青 混 合 料 中 增 加R A P的用量,有利于废弃资源的回收利用,并可降低路面原材料的成本,且对再生混合料的各项性能并非仅产生负面的影响 因此在实际工程中,需基于所选取的新旧料与再生剂,具体研究不同旧料掺量下热再生沥青混合料的各项性能,从而选取合适的R A P掺量GA C 是在悬浮密实型A C 基础上优化形成的一种骨架密实型沥青混合料,将悬浮密实结构改为骨架密实结构,可有效提升其高温抗车辙性能,适用于高温地区,因此在广东省内广泛应用辉绿岩是一种浅成侵入岩,作为优质的碱性集料,在广东省内较为常用,而闪长岩是一种深成侵入岩,是广东省内储量较大的中性集料考虑到实际工程中优质辉绿岩的不足,目前已有将闪长岩集料应用于沥青混合料的研究相比于玄武岩集料,闪长岩集料强度大、压碎值小;相比于玄武岩沥青混合料,闪长岩混合料的路用性能总体与其差别不大,且对沥青用量变化的敏感性低,更有利于配合比设计和施工质量控制在加工质量、供应能力、综合费用等满足项目要求的情况下,闪长岩可作为沥青路面集料的优先选项 ,而将闪长岩集料应用于再生沥青混合料制备中的相关研究目前仍少见,对其各项性能的研究仍不足在热再生混合料的制备中,传统再生法中一般先将再生剂与R A P共同拌和,再依次加入新集料、新沥青和矿粉拌和在近年的研究中提出一种分档再生法,即先将富含旧沥青的细料与新沥青拌和,同时将含油量较少的粗旧料与新集料拌合,将两者复拌得到再生沥青混合料 此方法能促进新旧沥青之前的混溶,从而提升再生沥青混合料的各项性能,但此方法目前未推广,相关研究与案例仍较少文中先测定所选用R A P中的沥青含量与其级配组成,选用辉绿岩和闪长岩两种集料,制备不同R A P掺量的热再生GA C 沥青混合料分别测试其高温抗车辙性能、低温抗裂性、水稳定性、抗疲劳性能,以及动态模量并进行对比分析,明确新集料类型与旧料掺量对再生GA C 混合料性能的影响,确定旧料的最大掺量比较分档再生法与传统再生法所制备GA C 混合料的微观形貌差异与各项性能差异,验证分档再生法的可行性与适用性原材料与试验方法 原材料选取广东省某高速公路GA C 上面层的R A P,根据其粒径将其分为 mm和 mm粗细两档,见图,旧料中的粗细集料均为辉绿 岩测 试 旧 料 中 的 沥 青 含 量,阿 布 森 法(T )和燃烧炉法(T )是文献 中推荐的两种测试旧料中沥青含量的方法由于抽提过程中旧料中的沥青难以完全溶于三氯乙烯溶剂中,因此阿布森法所测得的沥青含量往往偏低;而燃烧炉法操作时部分矿粉随烟气挥发,因此燃烧炉法所测得的沥青含量一般偏高 选取三组粗细旧料作为平行试样,分别采用阿布森法和燃烧炉法测试旧料试样中的沥青含量,结果见表对上述三组粗细旧料试样,测试其经阿布森法抽提所得粗细集料的级配,三组试样的级配均值见表图粗细两档R A P旧料表各组粗细旧料试样中的沥青含量及其平均值 mm粗旧料阿布森法燃烧炉法 mm细旧料阿布森法燃烧炉法 平均值 表粗细旧料试样的级配均值集料通过以下筛孔(mm)集料的质量分数/粗旧料 细旧料 选用S B SI D改性沥青,其各项指标均满足文献 中的规定,测试 中经阿布森法所得R A P中旧沥青的各项指标作为对比,结果见表表新旧沥青各项指标指标 针入度/mm延度/c m软化点/运动黏度/(P as)旋转薄膜烘箱试验老化后质量变化/残留针入度比/延度/c m新沥青 旧沥青 规范 新集料选用广东本地的辉绿岩与闪长岩集料,见图,根据文献 测试粗细新集料的各项指标,见表图新辉绿岩与闪长岩集料所选用辉绿岩矿粉的各项指标见表表辉绿岩与闪长岩新集料各项指标指标毛体积密度/(gc m)表干密度/(gc m)表观密度/(gc m)压碎值/针片状含量/亚甲蓝值/(gk g)砂当量/辉绿岩粗 辉绿岩细 闪长岩粗 闪长岩细 规范 表辉绿岩矿粉的各项指标指标亲水系数 塑性指数/表观密度/(gc m)含水量/辉绿岩粗 规范 所选用的再生剂符合文献 中R A 型再武汉理工大学学报(交通科学与工程版)年第 卷生剂的要求,其各项指标见表表所选用再生剂的各项指标指标 运动粘度/(mms)闪点/饱和分含量/薄膜烘箱试验老化后质量变化/黏度比新沥青 规范 配合比设计在热再生GA C 沥青混合料制备中,分别设置R A P的掺量的质量分数为,由于旧料中 mm粗料和 mm细料的质量之比接近 ,因此在再生混合料制备中,所加入粗细两档集料的质量分数接近 在配合比设计中,控制不同旧料掺量再生GA C 混合料的级配曲线总体接近,其均值及标准差见图图不同旧料掺量再生G A C 混合料的均值级配曲线及标准差开展马歇尔试验,确定不同旧料掺量再生混合料的油石比并进行适当调整在试件制备中,对于以辉绿岩为新集料的再生混合料,当旧料掺量的质量分数为,时,再生混合料的油石比统一设置为;旧料掺量的质量分数为,时,再生混合料的油石比统一设置为;旧料掺量的质量分数为 时,再生混合料的油石比设置为 对于以闪长岩为新集料的再生混合料,当旧料掺量的质量分数为,时,再生混合料的油石比统一设置为;旧料掺量为,时,再生混合料的油石比统一设置为;旧料掺量为 时,再生混合料的油石比设置为 传统与分档再生法将R A P分为 mm粒径的粗旧料和 mm的细旧料两档,由表可知:细旧料中的沥青含量远高于粗旧料制备再生GA C 混合料时,再生剂用量为旧料中沥青总质量的应用传统再生法时,先将再生剂与R A P共同拌和 s,再加入新集料拌和 s,之后加入新沥青拌和 s,最后加入矿粉拌和 s,共计拌和 s 应用分档再生法时,对于沥青含量较低的粗旧料,将其先与再生剂拌和 s,再加入新集料拌和 s,得到材料;对于沥青含量较高的细旧料,将其先与再生剂拌和 s,再加入新沥青拌和 s,得到材料;将材料和共同拌和 s 拌和温度控制在 混合料性能测试方法本文所涉及的再生沥青混合料各项性能指标见表表再生沥青混合料各项性能指标的测试方法试验名称测试指标依据规范章节车辙试验动稳定度T 弯曲蠕变试验最大弯拉应变T 浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验浸水残留稳定度和冻融残留强度比T 四点弯曲疲劳寿命试验疲劳加载次数T 单轴压缩动态模量试验动态模量T 闪长岩与辉绿岩再生混合料性能对比 高温抗车辙性能在 下开展车辙试验测试各再生混合料试件的动稳定度动稳定度越大,表明沥青混合料的高温抗车辙性能越好,测试结果见图图不同再生GA C 混合料试件的平均动稳定度由图可 知:随 着 旧 料 掺 量 的 增 加,再 生GA C 混合料的动稳定度明显增大,表明其高温抗车辙性能随之增加相比于应用辉绿岩新集料的再生GA C 混合料,应用闪长岩集料的再生混合料的动稳定度降低,其高温性能降低,其原因可能与闪长岩再生混合料的油石比略高与辉绿岩再生混合料有关在广东省所处的夏炎热冬温的区域,改性沥青混合料的动稳定度应当大于 次,可见无论应用辉绿岩或闪长岩,当旧料含量不高于 时,再生GA C 混合料的动稳定度均远高于规范要求,其高温第期魏育奇:分档再生法与闪长岩新集料在再生G A C 混合料制备中的应用研究性能较好,适应广东高温的气候特征 低温抗裂性能在 下以 mm/m i n的加载速率开展弯曲蠕变试验,测试各再生混合料试件的最大弯拉应变最大弯拉应变越大,表明沥青混合料的低温抗裂性能越好,测试结果见图图不同再生G A C 混合料试件的平均最大弯拉应变由图可 知:随 着 旧 料 掺 量 的 增 加,再 生GA C 混合料的最大弯拉应变明显降低,表明其低温抗裂性能随之减弱相比于应用辉绿岩新集料的再生GA C 混合料,应用闪长岩集料的再生混合料的动稳定度降低,其低温性能降低在广东省所处的夏炎热冬温的区域,改性沥青混合料的最大弯拉应变应大于 应用辉绿岩新集料时,当旧料含量的质量分数不高于 时,再生GA C 混合料的低温性能均满足于规范要求;应用闪长岩新集料时,当旧料含量的质量分数不高于 时,再生GA C 混合料的低温性能均满足规范要求 水稳定性浸水残留稳定度和冻融残留强度比越大,表明沥青混合料的水稳定性越好,测试结果见图由图可 知:随 着 旧 料 掺 量 的 增 加,再 生GA C 混合料的浸水残留稳定度和冻融残留强度比同步降低推测其原因在于,R A P与新沥青之间的黏附作用略差,因此随着旧料掺量的增加,其水稳定性随之减弱广东省各地的年均降雨量均高于 mm,此类区域中所用沥青混合料的浸水残留稳定度应大于,冻融残留强度比应大于 无论应用辉绿岩或闪长岩新集料,当旧料含量的质量分数不高于 时,再生GA C 混合料的水稳定性均满足规范要求 疲劳性能在 下以 H z的加载频率开展四点弯曲疲劳寿命试验,测试各再生混合料试件的疲劳加载次数疲劳加载次数越大,表明沥青混合料的抗疲劳性能越好,测试结果见图图不同再生G A C 混合料试件的浸水残留稳定度和冻融残留强度比图不同再生GA C 混合料试件的疲劳加载次数由图可 知:随 着 旧 料 掺 量 的 增 加,再 生GA C 混合料的疲劳加载次数降低,抗疲劳性能减弱推测其原因在于,R A P与新沥青之间的粘附整体性低于新沥青与新集料之间的整体性,因此随着旧料掺量的增加,其抗疲劳性能随之减弱当旧料掺量的质量分数为 时,应用辉绿岩和闪长岩新集料的再生GA C 混合料的疲劳加载次数分别仅为未掺旧料混合料的 和 ,其疲劳性能显著降低 动态模量在 下以 H z的加载频率开展单轴压缩动态模量试验,结果见图由图可 知:随 着 旧 料 掺 量 的 增 加,再 生GA C 混合料的动态模量增大,表明旧料掺量的增加有利于提升再生混合料的动态力学性能当旧料掺量为 时,应用辉绿岩和闪长岩新集武汉理工大学学报(交通科学与工程版)年第 卷图不同再生G A C 混合料试件的动态模量料的再生GA C 混合料的动态模量分别达到未掺旧料混合料的 和 ,其动态力学性能显著提升 旧料掺量优选再生GA C 的混合料的高温抗车辙性能较易满足规范要求,但其低温抗裂性能和水稳定性是限制R A P掺量的重要因素当R A P掺量为 时,所制备热再生GA C 混合料的各项路用性能均满足规范需求分档再生法与传统再生法效果对比 沥青与新旧集料间的界面形貌对闪长岩再生GA C 混合料试件进行切片喷金处理,应用扫描电镜(S EM)观察沥青与新旧集料之间的界面形貌,放大倍数为 倍,结果见图由图可知:传统再生法所制备GA C 混合料中,新旧集料与沥青之间的界面较为清晰,而分档再生法所制备混合料中新旧集料与沥青之间的界面较为模糊,表明分档再生混合料中沥青与集料之间的黏附状态更为理想其原因在于,分档再生中富油旧料与新沥青共拌,旧料中的沥青与新沥青之间的混溶更为充分,因而所制备再生混合料中混溶沥青与集料之间的粘附状态更好在此基础上,中应用统计学中的独立样本t检验方法,进一步比较传统与分档再生法所制备GA C 混合料的各项性能差异图沥青与新旧集料之间的界面状态 再生混合料性能差异对于两组相互独立的样本,设两组样本中均有n个数据,数据均值分别为X和X,数据方差分别为S和S,则两组数据之间的t值可由式()计算根据t值和样本中的数据个数n,查表可确定两组样本之间存在统计学差异的概率tXX(n)S(n)S(n)n()各试件的各项性能指标、平均值与t检验结果见表,表中各指标所对应的两行中,上一行中为分档再生法所制备试件的数据,下一行中为传统再生法所制备试件的数据表再生G A C 混合料各试件的各项性能(辉绿岩新集料)平均值t值概率/动稳定度/次 最 大 弯 拉 应 变/残留稳定度/残留强度比/疲劳加载次数/万次 动态模量/MP a 第期魏育奇:分档再生法与闪长岩新集料在再生G A C 混合料制备中的应用研究表再生G A C 混合料各试件的各项性能(闪长岩新集料)平均值t值概率/动稳定度/次 最 大 弯 拉 应 变/残留稳定度/残留强度比/疲劳加载次数/万次 动态模量/MP a 由表可知:当R A P旧料掺量为 时,无论选用辉绿岩或闪长岩新集料,选用分档再生法所制备GA C 混合料的动稳定度、最大弯拉应变、残留稳定度和残留强度比均高于选用传统再生法所制备GA C 混合料的相应指标,二者间存在差异的概率均高于 表明分档再生法可有效提升再生混合料的高低温性能和水稳定性选用辉绿岩新集料所制备混合料,分档再生混合料与传统再生混合料的疲劳加载次数存在统计学差异的概率超过;而对于闪长岩新集料所制备混合料,分档再生混合料与传统再生混合料的疲 劳加载次数 存在差异的 统计学概率 超过 结合 中的扫描电镜图,推测其原因在于,分档再生法有效促进了新旧沥青之间的混溶,使再生混合料中沥青与集料之间的粘附状态更好,促进其性能的提升无论选用辉绿岩或闪长岩新集料,分档再生混合料与传统再生混合料的动态模量存在统计学差异的概率均在 左右,说明分档再生法对所制备GA C 混合料动态力学性能的提升作用不显著结论)随着旧料掺量增加,闪长岩或辉绿岩再生GA C 混合料的高温抗车辙性能提升,动态模量增大,而低温抗裂性、水稳定性和抗疲劳性能降低 R A P掺量为 时,分档再生法所制备再生GA C 混合料的各项路用性能均满足规范需求)总体而言,闪长岩GA C 再生混合料的各项性能略低于辉绿岩GA C 再生混合料,但仍满足路用需求,证实了闪长岩集料应用于再生混合料中的可行性)分档再生中富油细料与新沥青共拌,旧料中的沥青与新沥青之间的混溶更为充分,因而所制备再生混合料中混溶沥青与集料之间的粘附状态更好无论选用辉绿岩或闪长岩新集料,虽然分档再生法对所制备GA C 混合料动态力学性能的提升作用不明显,但分档再生法可有效提升所制备GA C 混合料的高低温性能和水稳定性,具备显著的实用价值参 考 文 献吴革森,李裕洪,司徒丽新,等高掺量R A P厂拌热再生混合料配合比设计研究J公路,():MAMUNAWAHHA BH C o m p a r a t i v e l a b o r a t o r ye v a l u a t i o no fw a s t ec o o k i n go i lr e j u v e n a t e da s p h a l tc o n c r e t em i x t u r e sf o rh i g hc o n t e n t so fr e c l a i m e da s p h a l tp a v e m e n tJI n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fP a v e m e n tE n g i n e e r i n g,():KHAN H,K O T I NGS,KA TMAN B,e ta l P e r f o r m a n c eo fh i g hc o n t e n t r e c l a i m e da s p h a l tp a v e m e n t(R A P)i na s p h a l t i cm i xw i t hc r u m br u b b e rm o d i f i e ra n dw a s t ee n g i n eo i l a sr e j u v e n a t o rJA p p l i e dS c i e n c e s,():徐金枝,郝培文,郭晓刚,等厂拌热再生沥青混合料组成设计方法综述J中国公路学报,():左锋,叶奋,宋卿卿 R A P掺量对再生沥青混合料路用性能影响J吉林大学学报(工学 版),():MUN I RN,WA L AA M,A L E X AN D E R A,e ta l M u l t i s c a l ee v a l u a t i o no f t h ee f f e c t o f r e j u v e n a t o r so nt h ep e r f o r m a n c eo fh i g hR A Pc o n t e n tm i x t u r e sJC o n s t r u c t i o na n dB u i l d i n g M a t e r i a l s,():Z HOUZ,GUX,J I ANGJ,e ta l F a t i g u ec r a c k i n g武汉理工大学学报(交通科学与工程版)年第 卷p e r f o r m a n c ee v a l u a t i o no fl a b o r a t o r y p r o d u c e dp o l y m e r m o d i f i e da s p h a l t m i x t u r ec o n t a i n i n gr e c l a i m e da s p h a l tp a v e m e n t m a t e r i a lJC o n s t r u c t i o n a n dB u i l d i n gM a t e r i a l s,():何兆益,陈龙,陈先勇,等厂拌热再生沥青混合料力学性能及应用研究J建筑材料学报,():,琚贵安,邓玉训,高萍,等南方湿热地区G A C C沥青砼生产配合比设计J公路与汽运,():,李志江辉石闪长岩在高速公路沥青路面的应用实践J广东公路交通,():陈中杰闪长岩集料在高速公路沥青路面抗滑层中的应用研究D广州:华南理工大学,伍宇,李善强,许新权基于不同特性集料的沥青混合料性能研究J广东公路交通,():房占永厂拌热再生 高 模量 沥青 混合 料 技术 研究D南京:东南大学,Z HON GK,F ANJ,X U G,e ta l E v a l u a t i o no fc r a c k i n gr e s i s t a n c eo fh i g hm o d u l u sa s p h a l tm i x t u r ec o n t a i n i n gr e c l a i m e da s p h a l tp a v e m e n tJ J o u r n a lo fT r a n s p o r t a t i o nE n g i n e e r i n g,P a r tB:P a v e m e n t s,():中华人民共和国交通运输部公路工程沥青及沥青混合料试验规程:J T GE S北京:人民交通出版社,谭巍,周进川,王随原燃烧炉测定沥青含量精确性的探讨J重庆交通大学学报(自然科学版),(增刊):邹桂莲,虞将苗阿布森回收沥青方法的试验研究J科学技术与工程,():中华人民共和国交通运输部公路沥青路面施工技术规范:J T GF S北京:人民 交通 出版社,中华人民共和国交通运输部公路工程集料试验规程:J T G E S北 京:人 民 交 通 出 版 社,中华人民共和国交通运输部公路沥青路面再生技术规范:J T G/T S北京:人民交通出版社,S t u d yo nt h eA p p l i c a t i o no fS t a g e dR e c y c l i n gM e t h o da n dD i o r i t eA g g r e g a t e i nt h eP r e p a r a t i o no fGA C M i x t u r eWE IY u q i(P o l yG r o wu pE n g i n e e r i n gC oL t d,G u a n g z h o u ,C h i n a)A b s t r a c t:T w ok i n d so f a g g r e g a t e s,d i a b a s ea n dd i o r i t e,w e r es e l e c t e dt op r e p a r eh o t r e c y c l e dGA C a s p h a l tm i x t u r ew i t hd i f f e r e n tc o n t e n to fo l dm a t e r i a l sb ys t e pr e c y c l i n gm e t h o d,a n dt h e i rh i g ha n dl o wt e m p e r a t u r ep e r f o r m a n c e,w a t e rs t a b i l i t y,f a t i g u er e s i s t a n c ea n dd y n a m i cm o d u l u sw e r et e s t e da n dc o m p a r e d T h e i n f l u e n c eo f n e wa g g r e g a t e t y p e a n do l dm a t e r i a l c o n t e n t o n t h ep r o p e r t i e so f r e c y c l e dGA C m i x t u r ew a sc l a r i f i e d,a n dt h ed i f f e r e n c e so fm i c r o m o r p h o l o g ya n dp r o p e r t i e sb e t w e e ng r a d e dr e c y c l e dm i x t u r ea n dt r a d i t i o n a l r e c y c l e dm i x t u r ew e r ec o m p a r e d T h er e s u l t ss h o wt h a tw i t ht h e i n c r e a s eo f t h e c o n t e n t o f o l dm a t e r i a l s,t h eh i g h t e m p e r a t u r e r u t t i n gr e s i s t a n c e a n dd y n a m i cm o d u l u so f r e c y c l e dGA C m i x t u r e i n c r e a s e,w h i l e t h e l o w t e m p e r a t u r e c r a c kr e s i s t a n c e,w a t e r s t a b i l i t ya n df a t i g u er e s i s t a n c ed e c r e a s e T h er o a dp e r f o r m a n c eo fh o t r e c y c l e dGA C m i x t u r ew i t h o l dm a t e r i a l sc o n t e n tm e e t st h er e q u i r e m e n t so ft h es p e c i f i c a t i o n T h ep e r f o r m a n c eo fd i o r i t er e c y c l e dm i x t u r e i ss l i g h t l yl o w e rt h a nt h a to fd i a b a s er e c y c l e dm i x t u r e,b u t i ts t i l lm e e t st h er o a dd e m a n d,w h i c hp r o v e s t h e f e a s i b i l i t yo f d i o r i t ea g g r e g a t eu s e d i nr e c y c l e dm i x t u r e I ng r a d e dr e c y c l i n g,t h ea s p h a l t i nt h eo l dm a t e r i a l i sm o r ef u l l ym i s c i b l ew i t ht h en e wa s p h a l t,a n dt h ea d h e s i o nb e t w e e nt h em i x e da s p h a l t a n dt h ea g g r e g a t e i sb e t t e r N om a t t e rw h e t h e rd i a b a s eo rd i o r i t e i s s e l e c t e da sn e wa g g r e g a t e,t h eg r a d e dr e c y c l i n gm e t h o dc a ne f f e c t i v e l yi m p r o v et h eh i g ha n dl o wt e m p e r a t u r ep e r f o r m a n c ea n dw a t e rs t a b i l i t yo fGA C m i x t u r e,a l t h o u g hi th a sn oo b v i o u se f f e c to ni m p r o v i n gt h ed y n a m i cm e c h a n i c a l p r o p e r t i e so fGA C m i x t u r e,w h i c hv e r i f i e s t h e f e a s i b i l i t ya n da p p l i c a b i l i t yo f g r a d e dr e c y c l i n gm e t h o d K e yw o r d s:s t a g e dr e c y c l i n gm e t h o d;d i o r i t e;d i a b a s e;GA C ;R A Pc o n t e n t第期魏育奇:分档再生法与闪长岩新集料在再生G A C 混合料制备中的应用研究