瀝青路面就地?zé)嵩偕夹g(shù)對(duì)舊料利用技術(shù)研究

崔 亮 李 艷

(1.寶雞市公路建設(shè)局，陜西 寶雞 721000； 2.西安公路研究院，陜西 西安 710061)

瀝青路面就地?zé)嵩偕夹g(shù)對(duì)舊料利用技術(shù)研究

崔 亮1李 艷2

(1.寶雞市公路建設(shè)局，陜西 寶雞 721000； 2.西安公路研究院，陜西 西安 710061)

依托就地?zé)嵩偕趶V東機(jī)荷高速的應(yīng)用實(shí)例，對(duì)舊料利用的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，主要包括舊料的性能評(píng)價(jià)、再生混合料的配合比設(shè)計(jì)以及舊料利用率對(duì)再生料路用性能的影響，研究結(jié)果表明，隨新料添加比例的增加，再生混合料的動(dòng)穩(wěn)定度減小，高溫穩(wěn)定性減弱，而水穩(wěn)定性和低溫抗裂性顯著提高。

瀝青路面，就地?zé)嵩偕?，舊料利用，路用性能

0 引言

由于交通荷載和自然因素的長(zhǎng)期作用，瀝青路面材料特別是瀝青膠結(jié)料會(huì)發(fā)生不可逆的質(zhì)量劣化。當(dāng)使用性能低于規(guī)范的規(guī)定值時(shí)，需要對(duì)路面進(jìn)行維修或改建[1]。瀝青路面再生利用可節(jié)約大量原材料(瀝青、砂石等)，同時(shí)減少工程投資，利于廢料處理和保護(hù)環(huán)境，具有顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益以及環(huán)境效益[2，3]。瀝青混凝土路面就地?zé)嵩偕夹g(shù)作為就地?zé)嵩偕夹g(shù)的一種，是指采用專用的熱再生設(shè)備，對(duì)瀝青路面進(jìn)行加熱、銑刨，就地在回收的舊瀝青混合料中添加再生劑、新的瀝青結(jié)合料和新的礦料對(duì)其進(jìn)行重新加工，形成再生瀝青混合料[4，5]。

本文首先對(duì)舊路面性能進(jìn)行評(píng)價(jià)與分析，探討再生瀝青混合料組成設(shè)計(jì)方法并進(jìn)行路用性能驗(yàn)證；隨后針對(duì)不同舊料利用率下的再生混合料的路用性能變化情況，分析了舊料利用率對(duì)再生混合料的路用性能影響；提出了實(shí)體工程中舊料摻配率的參考因素。

1 瀝青路面舊料性能評(píng)價(jià)與分析

課題組對(duì)廣東機(jī)荷高速舊料進(jìn)行抽提回收，進(jìn)行抽提試驗(yàn)回收老化瀝青，進(jìn)行三大指標(biāo)分析。舊瀝青性質(zhì)的檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

從表1可知，原路面中瀝青已發(fā)生一定程度老化，針入度、延度和軟化點(diǎn)均大幅降低，遠(yuǎn)低于原路面采用的70號(hào)瀝青的規(guī)范要求。說明老化瀝青的膠體結(jié)構(gòu)已發(fā)生改變，由原來的溶—凝膠型瀝青轉(zhuǎn)化為了溫度敏感性較大的凝膠型瀝青。

表1 舊瀝青性質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

將舊料經(jīng)過抽提回收后，分離出舊集料，舊集料力學(xué)性能測(cè)定結(jié)果如表2所示。

表2 集料的主要力學(xué)性能指標(biāo) %

由表2可以看出，與新料相比，舊料的壓碎值增大，磨耗性變差，舊料強(qiáng)度顯著減小。從壓碎值、洛杉磯磨耗損失來看，舊料主要力學(xué)性能仍然能滿足高速公路和一級(jí)公路對(duì)粗集料的技術(shù)要求，可以直接使用。

對(duì)舊瀝青路面回收的混合料進(jìn)行抽提確定瀝青含量，同時(shí)將燃燒后得到的集料進(jìn)行篩分，確定舊料級(jí)配。得到該瀝青混合料的瀝青含量為4.65%(油石比4.88%)。級(jí)配分析結(jié)果如圖1所示。從圖1可以看出，級(jí)配曲線在2.36 mm～9.5 mm的篩孔范圍內(nèi)偏向甚至超過了級(jí)配下限，可見舊集料整體偏粗，這可能是由于路面在使用過程中造成了細(xì)集料流失。雖然整體級(jí)配曲線基本處于級(jí)配范圍之內(nèi)，但是其級(jí)配結(jié)構(gòu)并不理想，需要對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。

綜上分析，已知舊瀝青路面瀝青老化程度、集料力學(xué)性能及級(jí)配情況后，可進(jìn)一步確定再生劑以及新熱拌瀝青混合料添加量來進(jìn)行熱再生混合料配合比的設(shè)計(jì)。

2 再生混合料的配合比設(shè)計(jì)

2.1 再生劑摻量的確定

在回收的老化瀝青中添加不同劑量(以與舊瀝青百分比計(jì))的江蘇RA-100再生劑，通過瀝青膠結(jié)料三大指標(biāo)試驗(yàn)確定各種計(jì)量下瀝青性能恢復(fù)程度，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 添加不同劑量再生劑后的瀝青性能

從表3的試驗(yàn)結(jié)果看，再生劑添加量從少到多，再生瀝青的性能呈逐漸軟化的趨勢(shì)。針入度由小逐漸增大，軟化點(diǎn)由高逐漸變低，延度也由小逐漸變大。由于再生劑的摻加，舊路面瀝青的路用性能得到改善。

再生劑添加量以使舊瀝青性能恢復(fù)至原路面所使用瀝青標(biāo)號(hào)(A-70)的下一等級(jí)(即A-50)為目標(biāo)。當(dāng)再生劑添加量為9%(以與舊瀝青百分比計(jì))時(shí)，其瀝青性能滿足A-50號(hào)瀝青的三大指標(biāo)及要求，因而初步確定該路面的再生劑添加量為9%。

2.2 新拌瀝青混合料的確定

1)新添加混合料級(jí)配的確定。

原AK-16路面部分細(xì)集料流失且局部抽樣板塊存在較大空隙，設(shè)計(jì)采用AC-10型瀝青混合料對(duì)原級(jí)配予以微調(diào)修正。經(jīng)試配，AC-10型瀝青混合料生產(chǎn)配合比為：4.75 mm～9.5 mm∶2.36 mm～4.75 mm∶0 mm～2.36 mm∶礦粉=47∶8∶40∶5。其級(jí)配曲線見圖2。

2)新料添加比例的確定。

考慮在滿足規(guī)范中關(guān)于熱再生新?lián)郊恿媳壤?0%內(nèi)的條件下[5]，盡可能的提高舊料的利用率，選取30%，20%，10%的新AC-10(按舊瀝青混合料的質(zhì)量百分比計(jì))作為摻加的新料。不同摻加比例下得到的再生混合料級(jí)配曲線如圖3所示。

由圖3可知，根據(jù)目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果，隨新料添加比例的增加，再生混合料的級(jí)配曲線整體趨近規(guī)范規(guī)定AC-16的級(jí)配中值。由此確定新瀝青混合料的添加比例為舊瀝青混合料的30%，即合成的再生瀝青混合料中新舊瀝青混合料的含量分別為23%和77%。按該比例得到的再生瀝青混合料的合成級(jí)配見表4。

表4 瀝青混合料的礦料級(jí)配組成及要求

級(jí)配類型通過下列篩孔(方孔篩,mm)的質(zhì)量百分率/%191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075AC-16級(jí)配上限10010092806248362618148級(jí)配下限1009076603420139754級(jí)配中值100958470483424.517.512.59.56合成混合料1009786.161.835.323.618.714.310.37.54.5

3)新瀝青添加量的確定。

在舊混合料中添加9%的再生劑(以舊瀝青質(zhì)量的百分比計(jì))后與新AC-10的礦料按比例混合，按AC-16瀝青混合料技術(shù)要求設(shè)計(jì)，馬歇爾試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)要求見表5。

表5 馬歇爾試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)(1-4地區(qū)重交路段)

新添加的基質(zhì)瀝青為A-70，其技術(shù)指標(biāo)見表6。新瀝青用量以合成后的混合料礦料總質(zhì)量為基準(zhǔn)，按油石比0，0.2%，0.4%，0.6%的量分別進(jìn)行添加，依據(jù)馬歇爾配合比設(shè)計(jì)方法進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表6 新添加瀝青(A-70)的技術(shù)指標(biāo)

表7 熱再生混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表7中的試驗(yàn)結(jié)果，依據(jù)AC-16馬歇爾配合比設(shè)計(jì)要求和JTG F40—2004公路瀝青路面施工規(guī)范中熱拌瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)方法，初步確定最佳新瀝青添加量為(油石比)0.2%。

因此，再生混合料配合比為：舊路面材料+9%再生劑(按舊瀝青質(zhì)量的百分比計(jì))+30%的新AC-10(按舊瀝青混合料的質(zhì)量百分比計(jì)，油石比4.88%)+0.2%的新瀝青(按總礦料質(zhì)量的百分比計(jì))。

4)再生瀝青混合料性能評(píng)價(jià)。

按照上述再生混合料的配合比成型試件，分別做瀝青混合料的車轍試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)，以此檢驗(yàn)在最佳瀝青含量下的再生瀝青混合料的高、低溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性，試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

表8 瀝青混合料路用性能檢驗(yàn)結(jié)果

由表8可以看出，所設(shè)計(jì)的再生瀝青混合料配合比能滿足普通AC-16瀝青混凝土馬歇爾配合比設(shè)計(jì)技術(shù)要求和配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)要求。再生混合料的配合比設(shè)計(jì)合理可行。

3 舊料利用率對(duì)再生混合料路用性能的影響

舊料摻配率不僅影響經(jīng)濟(jì)性，而且影響再生路面的使用性能。本課題在確定再生劑比例為9%(以舊瀝青質(zhì)量的百分比計(jì))且為最佳瀝青用量時(shí)，在不同舊料利用率下(新添加混合料分別占舊料的10%，30%，50%)，分別做瀝青混合料的車轍試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)，低溫彎曲試驗(yàn)，進(jìn)一步研究不同舊料利用率對(duì)再生混合料路用性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果見表9～表12。

表9 車轍試驗(yàn)結(jié)果

表10 浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果 %

表11 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果 %

表12 低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

車轍試驗(yàn)結(jié)果表明：

1)新料占舊料比例為10%～50%時(shí)，再生瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度滿足規(guī)范要求。與普通瀝青混合料相比，再生混合料的高溫穩(wěn)定性較好。

2)在10%～50%比例范圍內(nèi)，隨新料添加比例的增加，再生混合料的動(dòng)穩(wěn)定度減小，這是因?yàn)榕f料中的瀝青由于老化作用粘度和勁度增大，新料摻加的越多，整體混合料中的瀝青粘度減小。也就是說，隨著舊料摻配率的增大，再生混合料的高溫穩(wěn)定性隨之提高。

綜合水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果可知：

1)新料占舊料比例為10%～50%時(shí)，再生混合料的殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂強(qiáng)度比隨新料添加比例的增大而增大，且該比例范圍內(nèi)復(fù)拌型再生混合料殘留穩(wěn)定度滿足規(guī)范要求。

2)新料摻加量越大，細(xì)集料增多，再生混合料的級(jí)配得到優(yōu)化，水穩(wěn)性能越好，同時(shí)意味著舊料的摻入在一定程度上削弱了再生料的水穩(wěn)性。

通過低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果可見：

1)新料占舊料比例為10%～50%時(shí)，再生混合料的最大彎拉應(yīng)變?chǔ)臖隨新料比例的增大而增大。復(fù)拌型再生混合料最大彎拉應(yīng)變?chǔ)臖滿足規(guī)范低溫抗裂性要求。

2)采用較大的舊料摻配率的再生路面低溫性能較差，這也說明了瀝青路面老化的最大危害在于低溫抗裂性能的大幅衰減。

4 結(jié)語

主要結(jié)論如下：

1)瀝青路面中舊瀝青老化嚴(yán)重，集料性能有所降低，級(jí)配不滿足現(xiàn)行規(guī)范中AC-16的級(jí)配要求。

2)確定了就地?zé)嵩偕浜媳葹椋号f瀝青路面材料+9%再生劑(以舊瀝青質(zhì)量的百分比計(jì))+30%新瀝青混合料AC-10(按舊瀝青混合料的質(zhì)量百分比計(jì)，油石比4.88%)+0.2%新瀝青(按總礦料質(zhì)量的百分比計(jì))，并經(jīng)路用性能檢驗(yàn)，所設(shè)計(jì)的熱再生瀝青混合料滿足普通AC-16瀝青混凝土要求。

3)不同舊料利用率下(新添加混合料分別占舊料的10%，30%，50%)，再生瀝青混合料的路用性能試驗(yàn)結(jié)果表明：隨新料添加比例的增加，再生混合料的動(dòng)穩(wěn)定度減小，高溫穩(wěn)定性減弱，而水穩(wěn)定性和低溫抗裂性顯著提高。

[1] 張敏英，龍水根.瀝青熱再生材料與設(shè)備試驗(yàn)研究及關(guān)鍵技術(shù)要求[J].養(yǎng)護(hù)機(jī)械與施工技術(shù)，2005(2):32-35.

[2] 黃建躍，劉先淼.談發(fā)展瀝青再生技術(shù)的幾個(gè)關(guān)鍵問題[J].公路，2003，8(8):103-107.

[3] 董澤蛟.再生瀝青混合料路用性能研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2004:18-21.

[4] J 12274—2013，城鎮(zhèn)道路瀝青路面就地?zé)嵩偕┕ぜ膀?yàn)收規(guī)程[S].

[5] JTG F41—2008，公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范[S].

The technology research on asphalt pavement in place hot recycling technology to old material use

Cui Liang1Li Yan2

(1.BaojiRoadConstructionBureau,Baoji721000,China; 2.Xi’anHighwayResearchInstitute,Xi’an710061,China)

This paper analyzes the key technologies about the utilization of old asphalt mixture, according to the application of hot-in place recycling technology in Guangdong Ji-He Expressway. The main contents include the evaluation of old asphalt mixture, mixture design and the rate of utilization about old asphalt mixture’s affection to the road performance of hot-in place recycling asphalt mixture. The results show that, with the increase of new added asphalt mixture’s proportion, the dynamic stability of hot-in place recycling asphalt mixture decreases, its high temperature stability reduced, but the water stability and low temperature cracking resistance significantly increased.

asphalt pavement, hot-in place recycling technology, utilization of old asphalt mixture, road performance

2015-02-11

崔 亮(1972- )，男，工程師； 李 艷(1990- )，女，助理工程師

1009-6825(2015)12-0141-03

U416.217

A