文摘：回收沥青路面(RAP)是有益的，因为它提供和降低建设成本，同时增加环境的可持续性。本研究的主要目的是调查埃及RAP的最佳实践，以确定使用100% RAP代替原始集料和沥青的效果。研究了热塑性弹性体聚合物作为沥青改性剂的效果。同时，改善机械和物理特性，从而提高沥青路面的质量，提高沥青路面使用年限，降低成本。

制备了不同wt.%的纳米丙烯酸酯共聚物，并对其进行了傅里叶变换红外光谱(FTIR)、分子量(Mwt)、热重分析(TGA)和透射电镜(TEM)测试。4 wt。以制备的纳米乳液共聚物的%与原沥青混合作为聚合物改性剂，提高了RAP的使用性能。对改性粘合剂进行了试验。所进行的试验包括渗透、运动粘度、软化点和比重。马歇尔混合设计类型的应用热拌沥青(HMA)、温拌沥青(WMA)和就地冷再生沥青(CIR)。采用了四种不同的混合设计;控制混合料中含有HMA的初拌沥青，其他三种混合设计分别为HMA、WMA和CIR的聚合物改性沥青(PMA)，研究结果表明，采用制备的纳米乳液共聚物的4% wt.%制备HMA和WMA，比控制混合料和CIR具有更高的稳定性。

关键词:丙烯酸酯共聚物;再生沥青路面;改性沥青;热拌沥青;温拌沥青;就地冷再生。

介绍

RAP是由集料和沥青粘合剂从热拌沥青(HMA)混合物，已删除和回收现有的路面。RAP中的骨料涂以老化(氧化)沥青粘合剂[1,2]。自20世纪70年代以来，RAP成功地应用于表面HMA混合物中，比例一般在20%左右。与使用较高RAP含量有关的一个问题是，合成的混合物可能会变得过于坚硬，从而可能导致该领域的失败。增加的刚度是由于在说唱老粘合剂。随着时间的推移，沥青混凝土混合料刚度增加的主要因素是沥青粘结剂在[5]分子水平上的氧化。随着沥青价格的上涨

水泥及随后的价格波动，进一步加大了行业的回收力度。最近，随着沥青水泥成本的急剧增加，RAP的使用已经成为另一种"黑金"。热拌沥青行业正在不断寻求技术改进，以生产可持续的、经济有效的、环保的[8]混合料。一个合乎逻辑的方法来实现这样的混合物是使用现成的回收材料，如RAP。推进环境管理,行业已经使用的WMA技术允许生产沥青混合物的温度在17°54°C (30°- 100°F)低于典型的热拌沥青[9],其中冷就地回收(CIR)是处理和沥青或治疗。

现有HMA路面化学添加剂在不加热的情况下产生的还原铺装层[10]。再生添加剂可以用来抵消RAP粘结剂的刚度，因此可以在HMA中使用RAP。已有文献表明，聚合物、共聚物和三元共聚物由于具有吸附性能，可携带返青剂，以恢复RAP粘结剂[11]的性能。纳米乳液共聚物是通过HMA、WMA或CIR引入到沥青混合料中作为沥青改性剂的一种颗粒非常小的聚合物。聚合物的加工性能、电性能、化学性能、热稳定性、机械稳定性和环境稳定性等许多性能影响着其作为有机防护涂层[12]的适用性和可靠性。聚合物与沥青的相容性应足够高，以避免分离相。苯乙烯-丙烯酸丁酯(St-BuA)是改善沥青路面[13]性能的共聚物之一。本研究是对RAP[14]沥青混合料性能和耐久性进行更广泛研究的一部分。研究分为三个阶段:第一个阶段是对RAP沥青的提取和固体材料的评价。第二阶段，制备St-BuA共聚物，并对纳米乳液聚合物的物理特性进行了测试;采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、分子量(Mwt)、热重分析(TGA)、透射电镜(TEM)对沥青进行改性，改善沥青的性能。马歇尔稳定性的应用是实验的最后阶段。沥青作为HMA、WMA、CIR三种符合马歇尔特性的沥青，在高负荷、高工作温度和低温条件下均表现出良好的抗应力性能。HMA设计采用初拌沥青作为控制混合料和热拌沥青[17]。研究了聚合物改性沥青对制备的纳米乳液物理性能的影响。本研究的目的是通过观察[19]混合料设计的马歇尔特性，从沥青混合料和沥青的性能方面对RAP混合料进行综合表征。

问题陈述

尽管最近在沥青混合料中添加RAP的设计方面取得了进展，但埃及仍对法规保持谨慎，以避免与回收过程相关的耐久性问题。

需要对现有规范进行修改，以确保RAP混合的重用将带来令人满意的性能。

工作目标

本研究的主要目的是探讨埃及RAP的最佳实践。同时，改善沥青路面的力学和物理特性，从而提高沥青路面的质量，提高沥青路面的使用寿命，降低成本。本研究的其他目标如下:

1.确定使用100% RAP代替原始集料和沥青的效果。

2.研究了热塑性弹性体纳米乳液共聚物改性沥青的效果。

3. 研究了改性沥青用量对沥青混合料性能的影响。

实验

材料

St-BuA单体、十二烷基醚硫酸钠(SLS)、每硫酸钾(KPS)、乙酸钠和丙烯酰胺均来自Sigma-Aldrich公司。从BASF中得到了Texapon P和壬基苯酚"NP30"。十六烷基醇是从陶氏化学公司获得的。氢氧化铵由El-Nasr制药化学公司生产。本研究中使用的RAP是从埃及开罗-亚历山大路的高速公路路面上获得的。

方法和技术

苯乙烯-丙烯酸丁酯-聚合物[20]的制备

聚合在装有回流冷凝器、温度计和机械搅拌器的500ml 3颈烧瓶中进行。均质化的温度,聚合分别为25和80ºC,和氮在聚合步骤清除。不同比例的St-BuA共聚物的配方见表1和方案1。在此过程中，表面活性剂的数量被分为两部分，即A和B的比例为1:3，过程包括以下步骤:

1.将含有苯乙烯和丙烯酸丁酯的A组分在少量去离子水中乳化，以3500 rpm的速度匀浆15- 20min，形成预乳化C。

2.10%的C被播种到含有B的反应器中;de-ionized水和pH值调节器,在15分钟与低速机械搅拌器(80 rpm)和在80ºC。胶束形成的允许时间是额外的15分钟。

3.将丙烯酸和丙烯酰胺单体加入到C部分(90%)的其余部分中，在均质器下匀浆5-10 min。

4.然后在150分钟内通过滴液漏斗将酸性乳状液加入反应器。

5.在步骤2和步骤4中，在反应器中连续滴加引发剂溶液。

6. 所有材料加入后，继续聚合反应2h，反应混合物恒温50℃，再与氢氧化铵水溶液中和，pH值为8。

方案1。制备的苯乙烯-丙烯酸丁酯纳米乳液共聚物的化学结构。

采用傅里叶变换红外(FTIR)、透射电镜(TEM)、热重分析(TGA)和分子量(Mwt)对制备的纳米乳液三元共聚物进行了表征。这些测试是在埃及国家研究中心进行的。

A. 傅里叶变换红外(FTIR)

用JASCO FTIR红外光谱法对干燥样品的共聚物组成进行了表征6100在4000 - 400 cm-1范围内使用KBr微丸。用红外光谱法对制备的样品进行官能团检测。

B。用透射电镜观察了聚合物颗粒的形貌。在透射电镜中，干燥的样品必须转移到超高真空中，并由高能电子束(例如100 keV)照射。在理想情况下，大约1纳米的横向分辨率是可以实现的。为进行透射电镜分析，将乳胶用蒸馏水稀释，滴一滴将稀释后的乳胶置于碳包覆的网格上，在析液中干燥，然后用1 - 2滴0.8 wt. %的磷钨酸水溶液(PTA)对颗粒进行染色。

C。热重分析(TGA)

TGA分析采用美国哥伦比亚岛津TGA - 50热重分析仪，在室温至600℃范围内氮气气氛中，升温速率为10℃/min。

D。分子量(Mwt)

样品0.01 g溶于2 ml of

然后用siring过滤器过滤THF溶剂0.45微米，并将样品放入凝胶渗透色谱(GPC)装置中。采用德国安捷伦1100系列，探测器:折射率。四氢呋喃溶剂(聚苯乙烯标准)Plgel粒度(5µm),孔隙类型的3列(100年、104年和105年A0)系列7.5 * 300毫米。

改性沥青的制备

计算数量的处女沥青加热温度不超过90ºC。

为提高沥青的耐久性，在原沥青中加入表面活性剂NP9 10 wt.%。添加nanoemulsion共聚物是慢慢在80ºC - 90ºC 2, 4 & 6 wt. %的沥青。将St- BuA共聚物在2000转/分高速搅拌机中搅拌2小时。采用常规沥青渗透试验(ASTMD5 - 06)、软化点试验(ASTMD36 - 06)、比重试验(ASTMD70 - 09)、运动粘度试验(ASTMD2170 - 10)对初拌沥青和聚合物改性沥青试样(PMAs)进行了表征。

固体材料的特性

从RAP中提取沥青后得到固体材料，用洛杉矶机(ASTMC131 - 14)进行了筛分分析(ASTMC136-14)、耐磨性测试(ASTMC128-15 &127 -)和容重测试(ASTMC128-15 &127 -)

马歇尔混合料配合比设计

马歇尔混合设计方法最初是由密西西比高速公路部门的布鲁斯·马歇尔于1939年提出的。马歇尔混合料设计方法的主要思想是选择满足最小稳定度和流量范围的合适密度的沥青粘结剂含量。在本试验中，集料和沥青试样在双侧混合压实。根据温度HMA、WMA、CIR对冲击进行分类，对每一压实沥青混合料试样进行稳定性和流量测试，计算单位重量和空隙率，确定最佳沥青掺量。马歇尔混合设计参考ASTM D-6927 - 15和AASHTO T-245 - 2012

沥青路面混合料设计试样的制备

采用马歇尔试验方法(ASTM D-6927 - 15 & AASHTO T-245 - 2012)制备沥青路面混合料[21,22]，包括三种类型的设计;HMA、WMA和CIR.对于每一个压实的沥青混合料试样

测量了沥青的稳定性和流量，计算了单位重量和空隙率，确定了最佳沥青含量。在这一步中;采用马歇尔试验方法，制备了初拌沥青和改性沥青热拌沥青。所有的混合料都是根据埃及规范规定的密实级配热拌沥青(密实级配4D)粘结层极限设计的;

混合料(1):"控制混合料"由HMA添加到RAP中的原沥青AC组成。

Mix(2):由PMA组成，HMA在RAP中加入4 wt.%St- BuAcopolymer。

Mix(3):由PMA组成，使用WMA在RAP中加入4 wt.%St- BuAcopolymer。

Mix(4):由PMA组成，CIR加入4 wt.%St- BuAcopolymer到RAP中。

结论

由共聚物组合物改性的沥青符合埃及标准规范的要求，具有使用特殊聚合物改性剂St- BuA共聚物的典型特征。本研究以三种不同的沥青混合料设计方案为研究对象，探讨聚合物改性沥青混合料的效果，以提高沥青路面的质量，降低沥青的成本。在本研究中，采用马歇尔混合设计对三种不同类型的HMA、WMA和CIR进行了RAP混合料使用效果的评价。

本研究以4 wt.%的St- BuA共聚物作为聚合物改性沥青PMA，采用马歇尔混合设计HMA、WMA和CIP。研究结果表明，碾压后的沥青混合料的稳定性发生了变化，其中以3.88%的沥青为最优沥青含量在1.65 - 1.97%之间，哪一种聚合物的改性率是0。066- 0.078%。所有HMA、WMA和CIP的混合类型都达到了稳定和所有其他要求的要求，这将导致沥青混合料的生产具有更高的性能和更长的使用寿命。

以纳米乳液共聚物为改性剂，按要求的规格对其进行了改性，并对改性后的RAP进行了研究。