一种考虑老化沥青性能的RAP分级管理及再生方法 |
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| 申请号 | CN202311466737.8 | 申请日 | 2023-11-06 | 公开(公告)号 | CN117740618A | 公开(公告)日 | 2024-03-22 |
| 申请人 | 河海大学; 江苏现代路桥有限责任公司; | 发明人 | 于新; 姜萌萌; 李宁; 汤啸天; 陈亚锋; 谢志伟; 刘开鑫; 李进; | ||||
| 摘要 | 一种考虑老化 沥青 性能的RAP分级管理及再生方法，属于道路工程材料及养护技术领域。具体步骤如下：回收RAP表面老化沥青，所述老化沥青为基质沥青或SBS改性沥青；对回收沥青进行性能检测，检测其25℃针入度和135℃布氏 粘度 ；根据两个指标确认老化沥青分级，分别为性能衰减初期和性能衰减中后期。最后针对不同等级的老化沥青添加相对应的再生材料，从而精准回复老化沥青性能。本 发明 提出了老化沥青分级关键性能指标，为老化沥青分级方法提供理论支持，并可换算为具体年限，可针对不同年限老化沥青进行精准恢复。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种考虑老化沥青性能的RAP分级管理方法，其特征在于，步骤如下： |
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| 说明书全文 | 一种考虑老化沥青性能的RAP分级管理及再生方法技术领域[0001] 本发明涉及道路工程及养护技术领域，具体涉及一种考虑老化沥青性能的RAP分级管理及再生方法。 背景技术[0002] 沥青路面再生技术在道路工程中得到了广泛的应用，特别是在路面性能修复及解决大宗固废综合利用方面发挥了重要的作用。大量研究表明，RAP中的旧沥青在热再生料中仍能继续发挥胶结料的作用，而如何分析沥青胶结料的性能是决定再生成功与否的关键因素。但沥青路面在服役期间由于使用层位、老化年限、使用环境等因素的不同，导致旧沥青的情况十分复杂。目前，我国再生技术规范(JTG/T5521‑2019)采用25℃针入度对旧沥青进行老化分级(P＝10～20、P＝20～30、P≥30)，并根据沥青老化程度和RAP掺量共同确定新添加沥青的等级。美国的NCHRP9‑12研究报告中将回收沥青的老化程度按低温PG分级温度分为三个水平，沥青老化程度越高，在新沥青等级相同的情况下，RAP的设计掺量越低；回收沥青老化等级相同时，随着RAP掺量提升，新添加的沥青性能水平也需做出相应变化；若回收沥青老化严重或RAP掺量超出一个限定值，需新沥青等级要根据线性融合图确定。季节采用单位时间段内粘度变化率来衡量沥青的老化速率，根据该值将沥青老化程度分为轻度、中度、重度三个等级，并指出对于轻中度老化的沥青可以直接添加再生剂进行性能恢复，而重度老化沥青则需添加新沥青和再生剂进行双重再生。康爱红选取了10处有代表性的RAP样品，回收其中的老化沥青并测试常规指标及流变指标，发现针入度、粘度、疲劳设计温度可以很好地用于划分沥青老化等级。通过调研可知，现存研究大多基于室内模拟老化试验，缺少来源于不同实际工程情况的回收老化沥青，因此其研究成果无法准确指导实际工程应用。 [0003] 目前，《公路沥青路面再生技术规范》(JTG/T 5521‑2019)中按照粘度差异分为六个等级，但对于再生剂的使用缺乏说明指导。随着再生技术的发展，对RAP表面老化沥青的分析评价及分级管理仍鲜有研究，而随意混堆RAP材料将导致其表面老化沥青变异性增加，不同取样部分老化沥青性能差异过大的问题，严重影响RAP材料稳定性、RAP掺量及再生沥青混合料质量。因此，有必要对RAP材料依照其表面老化沥青性能进行分级管理，精准回复老化沥青性能。 发明内容[0004] 解决的技术问题：针对现有分类方法理论依据不充分、无法与实际情况相匹配，且没有根据分级管理情况提出的精准恢复方法等问题，本发明提出一种考虑老化沥青性能的RAP分级管理及再生方法，所述分级管理方法能够与实际情况相匹配，所述再生方法根据分级可精准回复老化沥青性能，减小工作人员试验量提升RAP掺量及再生沥青混合料性能，最大程度发挥RAP表面老化沥青的作用。 [0005] 技术方案：一种考虑老化沥青性能的RAP分级管理方法，步骤如下： [0006] 步骤一、回收RAP表面老化沥青，所述老化沥青为基质沥青或SBS改性沥青； [0007] 步骤二、对回收沥青进行性能检测，检测其25℃针入度，单位0.1mm和135℃布氏粘度，单位mPa·s； [0008] 步骤三、当老化沥青为基质沥青时，25℃针入度＞30或135℃布氏粘度＜1600，性能老化等级为衰减初期；25℃针入度≤30或135℃布氏粘度≥1600，性能老化等级为衰减中后期，若两种指标出现冲突，则优先考虑针入度指标； [0009] 当老化沥青为SBS改性沥青时，25℃针入度＞28或135℃布氏粘度＜3900，性能老化等级为衰减初期；25℃针入度≤28或135℃布氏粘度≥3900，性能老化等级为衰减中后期，若两种指标出现冲突，则优先考虑针入度指标。 [0011] 作为优选，所述基质沥青为70#基质沥青。 [0012] 作为优选，当老化沥青为基质沥青且其对应的RAP料属于下面层时，RAP料服役年限＜10年，性能老化等级为衰减初期；RAP料服役年限≥10年，性能老化等级为衰减中后期。 [0013] 作为优选，当老化沥青为SBS改性沥青且其对应的RAP料属于上面层时，RAP料服役年限＜10年，性能老化等级为衰减初期；RAP料服役年限≥10年，性能老化等级为衰减中后期。 [0014] 基于上述一种考虑老化沥青性能的RAP分级管理方法的RAP再生方法，当老化沥青的性能老化等级为衰减初期时，对于SBS改性沥青，铺路时配制成沥青混合料，直投沥青混合料质量1％的直投式高粘改性颗粒；对于基质沥青，外掺40wt％110#基质沥青； [0015] 当老化沥青的性能老化等级为衰减中后期时，对于SBS改性沥青，铺路时配制成沥青混合料，直投沥青混合料质量1.5wt％的直投式高粘改性颗粒复配3wt％RA‑Ⅰ再生剂；对于基质沥青，外掺40wt％110#基质沥青复配外掺3～5wt％RA‑Ⅰ再生剂。 [0016] 作为优选，所述直投式高粘改性剂颗粒为江苏路易达工程科技有限公司的RTUHV‑Ⅰ型产品。 [0017] 作为优选，所述RA‑Ⅰ再生剂为江苏路易达工程科技有限公司的复新Ⅱ型再生剂产品。 [0018] 有益效果：本发明提出了老化沥青分级关键性能指标，为老化沥青分级方法提供理论支持，通过室内模拟与现场调研数据相关联，可将性能指标换算为具体年限，针对不同年限老化沥青进行精准恢复。所述分级管理方法能够与实际情况相匹配，所述再生方法能够精准回复老化沥青性能，减小工作人员试验量，提升RAP掺量及再生沥青混合料性能，最大程度发挥RAP表面老化沥青的作用。附图说明 [0019] 图1为本发明70#道路石油沥青针入度与室内模拟老化时间变化规律曲线图； [0020] 图2为本发明SBS改性沥青针入度与室内模拟老化时间变化规律曲线图； [0021] 图3为本发明沥青性能变化系数图，图中(a)为70#基质沥青性能变化系数；(b)为SBS改性沥青性能变化系数； [0022] 图4为本发明老化沥青分级关键指标针入度拐点获取方法示意图； [0023] 图5为本发明老化沥青分级关键指标135℃黏度拐点获取方法示意图； [0024] 图6为本发明添加4wt％、6wt％、8wt％再生剂后的老化沥青沥青分级关键性能指标，图中(a)为70#道路石油沥青针入度指标；(b)为SBS改性沥青针入度指标；(c)为70#道路石油沥青135℃布氏粘度指标；(d)SBS改性沥青135℃布氏粘度指标。 具体实施方式[0025] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 [0026] 本说明书实施例中原料及仪器，如无特殊说明，均来自普通市售产品。其中直投式高粘改性剂颗粒采用江苏路易达工程科技有限公司的RTUHV‑Ⅰ型产品；RA‑Ⅰ再生剂采用江苏路易达工程科技有限公司的复新Ⅱ型再生剂产品。 [0027] 本发明一种考虑老化沥青性能的RAP分级管理方法，步骤如下： [0028] 步骤一、回收RAP表面老化沥青，所述老化沥青为基质沥青或SBS改性沥青； [0029] 步骤二、对回收沥青进行性能检测，检测其25℃针入度，单位0.1mm和135℃布氏粘度，单位mPa·s； [0030] 步骤三、当老化沥青为基质沥青时，25℃针入度＞30或135℃布氏粘度＜1600，性能老化等级为衰减初期；25℃针入度≤30或135℃布氏粘度≥1600，性能老化等级为衰减中后期，若两种指标出现冲突，则优先考虑针入度指标； [0031] 当老化沥青为SBS改性沥青时，25℃针入度＞28或135℃布氏粘度＜3900，性能老化等级为衰减初期；25℃针入度≤28或135℃布氏粘度≥3900，性能老化等级为衰减中后期，若两种指标出现冲突，则优先考虑针入度指标。 [0032] 针对步骤二，上述25℃针入度及135℃布氏粘度指标选取方法具体如下： [0033] (1)首先，收集不同服役年限的RAP料，然后对RAP料采用全自动抽提仪、沥青离心机及旋转蒸发法回收RAP表面老化沥青，得到不同服役年限的老化沥青(基质沥青(70#道路石油沥青或70#基质沥青)和SBS改性沥青)，分别对其性能进行检测，基质沥青性能一般为针入度和软化点；SBS改性沥青为针入度和延度，具体结果见下表1和2； [0034] 表1不同服役年限基质沥青性能 [0035]服役年限 针入度(0.1mm) 软化点(℃) 5年 50‑60 55‑60 7年 40‑50 55‑60 10年 30‑40 60‑70 ＞10年 20‑30 65‑70 [0036] 表2不同服役年限SBS改性沥青性能 [0037]服役年限 针入度(0.1mm) 延度(cm) 5年 40‑50 10‑17 7年 30‑40 5‑10 10年 20‑30 3‑10 ＞10年 10‑20 0‑3 [0038] 然后取新沥青(70#基质沥青和SBS改性沥青)进行室内模拟老化(RTFOT老化)，记录老化0、85min、180min、270min、360min、450minn、540min、630min、720min及810min的25℃针入度、软化点、15℃延度以及135℃布氏粘度数据。由于针入度指标与现场数据相关性较高，故采用其作为对应指标，确定室内延时模拟老化沥青与现场不同年限回收老化沥青的对应关系，如图1、2所示，从图1中可以看出对于70#基质沥青，55min时室内模拟老化试验所得沥青性能相当于路面服役5年后回收沥青性能；110min时室内模拟老化试验所得沥青性能相当于路面服役7年后回收沥青性能；216min时室内模拟老化试验所得沥青性能相当于路面服役10年后回收沥青性能；424min时室内模拟老化试验所得沥青性能相当于路面服役10年以上后回收沥青性能。 [0039] 从图2中可以看出，对于SBS改性沥青，103min时室内模拟老化试验所得沥青性能相当于路面服役5年后回收沥青性能；245min时室内模拟老化试验所得沥青性能相当于路面服役7年后回收沥青性能；578min时室内模拟老化试验所得沥青性能相当于路面服役10年后回收沥青性能；1345min(为拟合数据，由于图纸篇幅问题，省略只标注数字)时室内模拟老化试验所得沥青性能相当于路面服役10年以上后回收沥青性能。 [0040] 选取沥青老化分级指标时应遵循以下原则：(1)同级老化沥青的性能具有一定相似性，不同级老化沥青的性能具有一定差异性；(2)规律性好，即与老化时间的相关性好，能准确反映沥青的老化程度。本节定义旧沥青老化程度变化系数d＝(∣沥青原始性能值‑老化沥青性能值∣)/(沥青原始性能值)，以d值反应不同时间RTFOT老化后沥青胶结料的老化程度，并绘制不同RTFOT老化时间的沥青性能变化系数图，如图3所示，从图中可以看出，软化点的变化系数相对较小，基本保持在0.35以内；135℃布氏粘度的变化系数较大，70#基质沥青RTFOT老化630min后，粘度变化系数达到2.9以上。其余两个指标RTFOT老化630min后，性能指标变化系数均大于0.5，表明在衡量沥青的老化程度时，软化点指标具有一定的局限性。 [0041] 两种沥青经过RTFOT老化后，延度变化非常显著，270min前延度衰减速率较快，70#基质沥青和SBS改性沥青初始延度分别为>150cm和45.4cm，RTFOT老化270min后，仅为9cm左右(参见图3)。随着老化持续进行，两种沥青延度都衰退至接近0，差别越来越小，以致难以有效区分不同老化等级沥青的性能差异。 [0042] 综合以上分析，25℃针入度和135℃粘度在沥青老化的全过程中变化趋势明显，且变化速率适中，可作为沥青老化分级的指标。 [0043] (2)将70#道路石油沥青与SBS改性沥青的25℃针入度及135℃粘度分别绘制散点图(RTFOT老化时间0、85min、180min、270min、360min、450minn、540min、630min、720min及810min)，性能数据数据如表3所示，散点图参见图4和5。由图表可知，针入度指标变化趋势为先快速下降后缓慢下降至数值基本恒定，135℃粘度指标变化趋势为先快速上升后缓慢上升至数值基本恒定。因此，本节选取关键指标下降速率由快至慢的拐点作为老化沥青分级的标准。取变化速率较快的前三个老化时间点进行线性拟合，其延长线与X轴相交，对应的Y值即为针入度分级指标值，135℃粘度指标同理。 [0044] 表3沥青老化后性能指标 [0045] [0046] 由图4～5读取对应数据，当改性沥青针入度为28时对应室内模拟老化时间为340min，查找图2，内插求得现场服役年限为＜10年，其他分级方法同理。形成如表4所示的沥青老化分级体系。 [0047] 表4沥青老化分级体系 [0048] [0049] 解释如下： [0050] 当老化沥青为基质沥青时，若两种指标出现冲突，则优先考虑针入度指标，[0051] 25℃针入度＞30或135℃布氏粘度＜1600，性能老化等级为衰减初期(轻)； [0052] 25℃针入度≤30或135℃布氏粘度≥1600，性能老化等级为衰减中后期(重)； [0053] 当老化沥青为SBS改性沥青时，若两种指标出现冲突，则优先考虑针入度指标，[0054] 25℃针入度＞28或135℃布氏粘度＜3900，性能老化等级为衰减初期(轻)； [0055] 25℃针入度≤28或135℃布氏粘度≥3900，性能老化等级为衰减中后期(重)； [0056] 当老化沥青为SBS改性沥青且其对应的RAP料属于上面层时，RAP料服役年限＜10年，性能老化等级为衰减初期(轻)；RAP料服役年限≥10年，性能老化等级为衰减中后期(重)； [0057] 当老化沥青为SBS改性沥青且其对应的RAP料属于上面层时，RAP料服役年限＜10年，性能老化等级为衰减初期(轻)；RAP料服役年限≥10年，性能老化等级为衰减中后期(重)。 [0058] (3)本发明还提供了基于上述考虑老化沥青性能的RAP分级管理方法的RAP再生方法，当老化沥青的性能老化等级为衰减初期时，对于SBS改性沥青，铺路时配制成沥青混合料，直投沥青混合料质量1％的直投式高粘改性颗粒；对于基质沥青，外掺40wt％110#基质沥青； [0059] 当老化沥青的性能老化等级为衰减中后期时，对于SBS改性沥青，铺路时配制成沥青混合料，直投沥青混合料质量1.5wt％的直投式高粘改性颗粒复配3wt％RA‑Ⅰ再生剂；对于基质沥青，外掺40wt％110#基质沥青复配外掺3～5wt％RA‑Ⅰ再生剂。 [0060] 为保证热再生的经济效益，控制生产成本，采用添加4wt％、6wt％、8wt％RA‑Ⅰ再生剂对老化沥青性能的恢复效果，作为上述沥青老化分级的验证。不同RTFOT老化时间的沥青添加4wt％、6wt％、8wt％再生剂后的性能如表5所示。 [0061] 表5添加4％、6％、8％再生剂后的老化沥青沥青分级关键性能指标 [0062] [0063] 并绘制添加4wt％、6wt％、8wt％再生剂后的老化沥青沥青分级关键性能指标折线图，参见图6。 [0064] 由图4～5可知，70#道路石油沥青针入度分级对应的老化时间为340min，SBS改性沥青分级对应老化时间为385min，70#道路石油沥青135℃布氏粘度分级对应的老化时间为893min，SBS改性沥青分级对应老化时间为340min。结合图6，老化时间达到分级标准时，基质沥青与SBS改性沥青某些性能指标随着再生剂掺量的不同变化不明显，因此上述分级方法可行。 [0065] 依据老化沥青分级体系可有针对的进行精准提升，具体如下： [0066] SBS改性沥青在性能衰减初期，仅为少部分SBS改性剂发生降解或交联键断裂，从而失去了改性效果，对其进行SBS改性剂的补充是一种实现SBS改性沥青性能提升的方法，故采用直投沥青混合料质量1％的直投式高粘改性颗粒的方法进行性能提升。 [0067] SBS改性沥青在性能衰减中后期，主要为大量SBS改性剂发生降解或交联键断裂，从而失去了改性效果，以及基质沥青轻组分大量挥发，沥青质占比变大，沥青老化变硬变脆。故而采用直投沥青混合料质量1.5％的直投式高粘改性颗粒复配3wt％RA‑Ⅰ再生剂的方法进行性能提升研究。 [0068] 基质沥青在性能衰减初期，仅为少部分轻组分挥发，从而变硬变脆，对其进行轻组分的补充是一种实现基质沥青性能提升的方法，故而采用外掺40wt％110#基质沥青的方法进行性能提升。 [0069] 基质沥青在性能衰减中后期，主要为大量轻组分挥发，沥青质占比变大，沥青老化变硬变脆。因此，对其进行大量轻组分的补充是一种实现重度老化基质沥青性能提升的方法，故而采用外掺40wt％110#基质沥青复配外掺3‑5wt％RA‑Ⅰ再生剂的方法进行性能提升。 [0070] 实施例1 [0071] 本实施例RAP料取自浙江省金华市330国道上面层，其中RAP表面老化沥青为SBS改性沥青。 [0072] 对RAP材料采用全自动抽提仪、沥青离心机及旋转蒸发法回收RAP表面老化沥青，对回收沥青进行性能检测，其25℃针入度为24(0.1mm)，135℃布氏粘度为3854(mPa·s)，根据本发明提供的分级方法(或直接查表3)得其属于SBS重度老化(性能衰减中后期)，性能提升选取直投沥青混合料质量1.5％的直投高粘改性颗粒复配3％RA‑Ⅰ再生剂的方法，具体再生剂掺量按照工程要求RAP掺量及《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40‑2004)中SBS改性沥青I‑D要求确定。结果如下表所示。 [0073] [0074] 实施例2： [0075] 本实施例RAP料取自采用山东省临沂市G205上面层，其中RAP表面老化沥青为70#道路石油沥青。 [0076] 对RAP材料采用全自动抽提仪、沥青离心机及旋转蒸发法回收RAP表面老化沥青，对回收沥青进行性能检测，其25℃针入度为32(0.1mm)，135℃布氏粘度为1587(mPa·s)，查表得其属于70#道路石油沥青轻度老化(性能衰减初期)，性能提升外掺40wt％110#基质沥青的方法，具体再生剂掺量按照工程要求RAP掺量及《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40‑2004)中70#道路石油沥青要求确定。结果如下表所示。 [0077] [0078] 实施例3： [0079] 本实施例RAP料采用服役8年的淮安大桥上面层SMA‑13，其中RAP表面老化沥青为SBS改性沥青。 [0080] 对RAP材料采用全自动抽提仪、沥青离心机及旋转蒸发法回收RAP表面老化沥青，对回收沥青进行性能检测，其25℃针入度为35(0.1mm)，135℃布氏粘度为3154(mPa·s)，查表得其属于SBS改性沥青轻度老化(性能衰减初期)，性能提升采用直投沥青混合料质量1％的直投式高粘改性颗粒的方法，具体再生剂掺量按照工程要求RAP掺量及《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40‑2004)中SBS改性沥青I‑D要求确定。结果如下表所示。 [0081] [0082] 最后应说明的是：以上实施方式仅用于说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施方式对本发明已经进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施方式技术方案的范围。 |
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