廠拌熱再生混合料性能研究與應(yīng)用效果評價(jià)

王亞奇，丁文勝，王 軍，葛 浩

（1.江蘇省鎮(zhèn)江市公路管理處，鎮(zhèn)江 212028；2.江蘇東交工程設(shè)計(jì)顧問有限公司，南京 211100）

目前，國內(nèi)已較深入地開展了廠拌熱再生技術(shù)的應(yīng)用研究。2002年，華北高速公路有限公司購買了國內(nèi)首套熱再生機(jī)械設(shè)備，以京津唐高速公路為依托，鋪筑再生路面試驗(yàn)段，取得了良好的應(yīng)用效果。2009年，田國富介紹了廠拌熱再生技術(shù)的工作原理，同時對施工質(zhì)量控制等方面也進(jìn)行了研究與探討[1]。2011年，姚岢等首先對原瀝青路面病害進(jìn)行調(diào)研，對舊瀝青和礦料性能指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)，最后闡述廠拌熱再生混合料配合比設(shè)計(jì)流程步驟[2]。2014年，倪富健等利用回收的高等級公路上面層RAP材料，在室內(nèi)進(jìn)行RAP摻量為15%的AC-13廠拌熱再生混合料的設(shè)計(jì)與性能研究，通過采用多種添加劑來保證和提升再生混合料的壓實(shí)性能和路用性能，最終得到具有優(yōu)良性能的高RAP摻量再生混合料[3]。2016年，程強(qiáng)從舊料變異性控制、加熱溫度控制、再生劑摻量控制和攤鋪碾壓工藝等方面提出了廠拌熱再生混合料施工要點(diǎn)和控制措施[4]。

2011年以來，法國等歐洲國家對廠拌熱再生技術(shù)也開展了一系列的研究，并在高速公路大中修養(yǎng)護(hù)工程中進(jìn)行了再生技術(shù)工程實(shí)際應(yīng)用，RAP料摻量不超過20%。2014年，基于混合料路用性能的考慮，美國部分州規(guī)定用作上面層的再生混合料中RAP的摻量不允許超過30%[5]。2016年，Andrea Grilli等使用特定的添加劑，以達(dá)到所需的瀝青性能，從而產(chǎn)生高性能的廠拌熱再生瀝青混凝土（AC），實(shí)現(xiàn)了PAP料摻量40%的應(yīng)用，且路用性能良好[6]。

目前，國內(nèi)外廠拌熱再生技術(shù)主要集中在瀝青路面的中、下面層中，針對路面使用性能要求較高的上面層的研究甚少。本文以鎮(zhèn)江市某養(yǎng)護(hù)工程為依托，以添加不同舊料比例的SMA-13熱再生瀝青混合料為研究對象，對其開展配合比設(shè)計(jì)與路用性能研究。在此基礎(chǔ)上，對試驗(yàn)路段進(jìn)行了現(xiàn)場檢測，以評價(jià)上面層用廠拌熱再生瀝青路面實(shí)際應(yīng)用效果。

1 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

結(jié)合鎮(zhèn)江市某養(yǎng)護(hù)工程的實(shí)際，本次研究通過篩選，選取性能較好的銑刨料，并進(jìn)行抽提試驗(yàn)，其瀝青用量及篩分結(jié)果見表1。

表1 舊料抽提試驗(yàn)結(jié)果

為驗(yàn)證舊瀝青混合料比例在瀝青混合料中的影響，對不同摻配比例舊瀝青混合料進(jìn)行級配設(shè)計(jì)。合成級配設(shè)計(jì)結(jié)果與馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見表2、表3。

表2 瀝青混合料級配設(shè)計(jì)結(jié)果

表3 廠拌熱再生SMA-13馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表4 廠拌熱再生混合料設(shè)計(jì)結(jié)果

通過設(shè)計(jì)，最終確定上面層廠拌熱再生SMA-13瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)結(jié)果，具體數(shù)據(jù)見表4。

2 路用性能研究

2.1 混合料性能試驗(yàn)方案

試驗(yàn)采用3種不同舊料比例（0%、10%、15%）的SMA-13瀝青混合料進(jìn)行研究。采用對比試驗(yàn)的方法分析上面層用廠拌熱再生瀝青混合料性能以及不同舊料比例條件下對混合料性能的影響。主要研究內(nèi)容見表5。

2.2 混合料性能試驗(yàn)

2.2.1 抗水損害性能分析

目前，國內(nèi)水穩(wěn)定性試驗(yàn)應(yīng)用最為廣泛的是浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)。浸水馬歇爾試驗(yàn)簡單，區(qū)分度較低，但殘留穩(wěn)定度可作為對比值分析其水穩(wěn)定性能；而凍融劈裂試驗(yàn)的飽水過程主要包括真空飽水、凍融和高溫水浴3個階段，可有效地模擬路面在不同條件下實(shí)際水穩(wěn)定情況[7-8]。故采用凍融劈裂試驗(yàn)和浸水馬歇爾試驗(yàn)相結(jié)合的方式來評價(jià)瀝青混合料水穩(wěn)定性。各類型混合料水穩(wěn)定試驗(yàn)結(jié)果見表6和表7。

表5 混合料性能試驗(yàn)內(nèi)容匯總表

表6 不同混合料的殘留穩(wěn)定度性能試驗(yàn)結(jié)果

表7 不同混合料的凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

表6和表7數(shù)據(jù)分析表明:（1）隨著銑刨料比例的增加，混合料的水穩(wěn)定性呈下降的趨勢。瀝青混合料抗水損害性能主要與瀝青的粘附性等因素有關(guān)。由于舊料的摻入，再生瀝青混合料中的瀝青老化，膠結(jié)料粘附性能會有所降低，致使再生瀝青混合料抗水損害性能降低[9]。（2）銑刨舊料的摻入對廠拌熱再生混合料的試驗(yàn)結(jié)果存在一定程度的影響，但評價(jià)指標(biāo)滿足相關(guān)技術(shù)要求，這說明在合適的舊料比例下，廠拌熱再生路面仍具有一定的抗水損害性能。

2.2.2 高溫性能分析

瀝青混合料在行車荷載的重復(fù)作用下，由于永久變形的累積而導(dǎo)致路表面出現(xiàn)車轍。車轍試驗(yàn)方法對瀝青路面車轍形成過程的模擬性好，采用車轍試驗(yàn)作為廠拌熱再生瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的評價(jià)方法[10]。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表8。

表8 不同混合料的動穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著舊瀝青混合料用量的增加，動穩(wěn)定度呈逐漸增大的趨勢，主要源于瀝青材料本身特性對混合料高溫性能有較大的影響。由于再生混合料中加入了舊料，舊料中的瀝青經(jīng)過了長期的使用而高溫粘度變大、勁度增加，抗高溫變形能力增強(qiáng)，進(jìn)而導(dǎo)致再生混合料的高溫穩(wěn)定性能得到一定的增強(qiáng)。

2.2.3 低溫抗裂性分析

我國一般采用低溫小梁彎曲試驗(yàn)來研究瀝青混合料的低溫性能，通過規(guī)定溫度和加載速率時混合料彎曲破壞的力學(xué)參數(shù)——破壞彎拉應(yīng)變來評價(jià)瀝青混合料的低溫抗裂性能，試驗(yàn)溫度-10 ℃[11]。試驗(yàn)結(jié)果見表9。

表9 不同混合料的小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果

分析低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果可得如下結(jié)論：

（1）再生瀝青混合料隨著舊料摻配率的增加，彎曲勁度模量逐漸增大，而破壞應(yīng)變逐漸減小。數(shù)據(jù)表明，再生料的低溫抗裂性能隨著舊料摻配率的增大而逐漸降低。主要源于舊料中的瀝青在長期使用過程中，由于溫度、光照等原因變脆變硬，軟化點(diǎn)提高、黏度和勁度增大，塑性會有所降低，進(jìn)而導(dǎo)致在低溫條件下，再生混合料在受到荷載作用時，更容易發(fā)生開裂破壞。

（2）再生混合料低溫性能不如常規(guī)新拌瀝青混合料，但是在舊料比例為15%以下時，其破壞彎拉應(yīng)變滿足規(guī)范要求。這表明，該比例下廠拌熱再生混合料仍然具有一定的低溫抗裂性。鑒于上面層直接暴露在空氣中，為了保證上面層廠拌熱再生的低溫性能，不宜采用過高的舊料摻量。

3 廠拌熱再生瀝青路面實(shí)際應(yīng)用效果評價(jià)

3.1 現(xiàn)場檢測方案

為更好地研究廠拌熱再生瀝青路面的使用性能，于2016年10月在鎮(zhèn)江某養(yǎng)護(hù)大中修工程進(jìn)行了試驗(yàn)路鋪筑工作（試驗(yàn)路面方案見表10），并對試驗(yàn)路面進(jìn)行了現(xiàn)場檢測，主要檢測指標(biāo)為抽提篩分（級配）、芯樣壓實(shí)度、滲水系數(shù)、摩擦系數(shù)以及構(gòu)造深度等，以評價(jià)廠拌熱再生瀝青路面實(shí)際應(yīng)用效果[12]。各指標(biāo)檢測結(jié)果見表11～14。

表10 試驗(yàn)路面方案

表11 SMA-13（摻量10%）廠拌熱再生混合料抽提結(jié)果

表12 SMA-13（摻量15%）廠拌熱再生混合料抽提結(jié)果

表13 廠拌熱再生SMA-13路面壓實(shí)度檢測結(jié)果

表14 廠拌熱再生SMA-13現(xiàn)場檢測結(jié)果匯總表

3.2 試驗(yàn)路段檢測結(jié)果分析

（1）室內(nèi)抽提試驗(yàn)

通過現(xiàn)場取回的廠拌熱再生SMA-13（摻量10%）和（摻量15%）瀝青混合料進(jìn)行抽提篩分試驗(yàn)。

由表11和表12可看出，廠拌熱再生SMA-13（摻量10%）和（摻量15%）瀝青混合料抽提篩分結(jié)果均滿足施工技術(shù)要求。

（2）廠拌熱再生SMA-13路面現(xiàn)場檢測

現(xiàn)場對試驗(yàn)路段的壓實(shí)度、滲水系數(shù)、摩擦系數(shù)、構(gòu)造深度指標(biāo)進(jìn)行檢測。

由現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)表明：舊混合料摻量為10%和15%的廠拌熱再生SMA-13路面施工質(zhì)量較好，壓實(shí)度、滲水系數(shù)、摩擦系數(shù)、構(gòu)造深度等各技術(shù)指標(biāo)均滿足相關(guān)規(guī)范要求，達(dá)到了試驗(yàn)路的預(yù)期效果。

4 結(jié)語

廠拌熱再生路面是一種經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行且具有良好路用性能的結(jié)構(gòu)形式。本文對3種不同舊料摻配比例SMA-13再生混合料進(jìn)行了配合比設(shè)計(jì)，再分別對水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性及低溫抗裂性能進(jìn)行了對比試驗(yàn)，綜合評價(jià)路面的路用性能。在此基礎(chǔ)上，對試驗(yàn)路段進(jìn)行了現(xiàn)場檢測，數(shù)據(jù)表明各評價(jià)指標(biāo)均滿足相應(yīng)技術(shù)要求。通過對上面層SMA-13廠拌熱再生技術(shù)研究，進(jìn)一步拓寬了廠拌熱再生技術(shù)的應(yīng)用范圍，為后期在江蘇省推廣應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。

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