就地?zé)嵩偕鸀r青混合料配合比設(shè)計(jì)及性能研究

任 娟 倪 航

（重慶通力公路工程試驗(yàn)檢測有限公司，重慶 401339）

在銑刨舊瀝青路面時(shí)，往往會(huì)伴隨產(chǎn)生一定量的瀝青廢料，這就對(duì)其處理及再利用提出了較高的要求。若處理工藝選擇不合適，則有可能導(dǎo)致環(huán)境不可逆轉(zhuǎn)的污染。將就目前而言，舊瀝青路面的廢料再利用得到了越來越多的關(guān)注，已經(jīng)出現(xiàn)了多種新型技術(shù)、工藝，并得到了一定程度的應(yīng)用，在質(zhì)量控制及社會(huì)效益方面取得了突出的成果。作為目前得以應(yīng)用的一項(xiàng)舊瀝青再利用技術(shù)，地?zé)嵩偕趯?shí)際工程中發(fā)揮著重要的作用，但由于不同建設(shè)地區(qū)存在氣候、材料等方面的差異，因此其配合比也存在一定的波動(dòng)。在實(shí)際應(yīng)用過程中，就需要密切聯(lián)系建設(shè)地的條件，能夠根據(jù)具體需求來科學(xué)完成配比設(shè)計(jì)。

當(dāng)前我國工程建設(shè)的重點(diǎn)也逐步向著養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)進(jìn)行轉(zhuǎn)移，借助傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)技術(shù)不可避免地會(huì)產(chǎn)生許多廢棄料，并進(jìn)一步導(dǎo)致土地資源的占用，甚至還會(huì)對(duì)自然資源帶來污染。為了協(xié)調(diào)工程建設(shè)與自然保護(hù)之間的關(guān)系，就應(yīng)當(dāng)從路面再生技術(shù)入手，反復(fù)研判其各個(gè)環(huán)節(jié)的科學(xué)性、合理性。實(shí)踐表明，就地?zé)嵩偕夹g(shù)能夠基本上做到對(duì)廢料的100%再利用，且其施工周期短，同時(shí)還能避免交通管制帶來的諸多不便?？傮w來看，配比設(shè)計(jì)對(duì)于就地?zé)嵩偕夹g(shù)的效果、成本等存在顯著影響，因此需要特別關(guān)注。

1 工程概況

為便于理解，本文以我國某高速公路項(xiàng)目為基礎(chǔ)展開分析，選擇該項(xiàng)目中具有代表性路段的路面材料進(jìn)行取樣，取樣范圍為自車道一側(cè)至中軸線，確保能樣本能夠體現(xiàn)道路截面的狀態(tài)。

1.1 原材料指標(biāo)性能

加熱路面上表層得到舊料，其中對(duì)舊料的檢測主要有：舊料瀝青性能及集料級(jí)配檢測、新?lián)綖r青性能及新集料級(jí)配檢測。再生前需要對(duì)原路面舊料的老化水平做出客觀評(píng)價(jià)，以此來決定是否可借助再生技術(shù)進(jìn)行處理。根據(jù)工程資料可以認(rèn)定當(dāng)舊料瀝青針入度小于20時(shí)則不宜采用再生技術(shù)。對(duì)原有路面的舊料取樣并借助瀝青抽提儀進(jìn)一步抽提即可得到分離的瀝青與集料組分，同時(shí)通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器能夠分離出瀝青溶液中的組分，用于后續(xù)試驗(yàn)再生。

采用老化瀝青做出檢測，評(píng)價(jià)其針入度、軟化點(diǎn)、延度以及動(dòng)力粘度，如表1 所示。表2 所示的結(jié)果。

表1 老化瀝青性能指標(biāo)檢測結(jié)果

表2 原路面抽提實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上述混合料級(jí)配、油石比檢測結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：

a.舊料的油石比為4.3%，相較于新料AC-13 而言較低；

b.在0.075、9.5 及13.2mm 孔徑的篩分下具有較低的通過率，應(yīng)摻加適量熱瀝青、外加劑來改善其油石比與級(jí)配。

1.2 再生劑摻量

分別選擇0%、3%、5%和7%瀝青質(zhì)量分?jǐn)?shù)水平的再生劑，將其摻加至RAP 料中并充分混合均勻測定瀝青材料的針入度、軟化點(diǎn)及延度。試驗(yàn)得出各項(xiàng)指標(biāo)如表3所示。

表3 回收瀝青各指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

按照上述試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)開展研究、檢測，同時(shí)對(duì)不同再生劑摻量下的新料做馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)，得到試驗(yàn)結(jié)果如圖1 所示。

圖1 再生劑摻加量與瀝青混合料的關(guān)系

從表3 及圖1 可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)再生劑摻加比為5%和7%時(shí)，再生瀝青的針入度、軟化點(diǎn)及延度均發(fā)生了明顯的改善。同時(shí)外加劑、熱瀝青摻入后，原有舊料實(shí)驗(yàn)測得的馬歇爾穩(wěn)定度整體呈現(xiàn)出上升的趨勢。根據(jù)研究結(jié)果及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，為了得到質(zhì)量可靠的再生新料，一般可將再生劑的摻加比控制在5%左右，在此摻加量下再生料的性能可以達(dá)到最佳。所以在本研究中將AC-13 瀝青的再生劑摻加量確定為5%。

2 再生混合料配合比設(shè)計(jì)

2.1 集料配合比設(shè)計(jì)

通過外部摻加瀝青的方式來改進(jìn)舊混合料的級(jí)配情況，當(dāng)新瀝青及RAP 料的摻加比例分別為15%、85%時(shí)，可調(diào)整級(jí)配使得新料的級(jí)配偏粗，由此即可得到配比設(shè)計(jì)方案如表4 所示。

表4 原路面抽提實(shí)驗(yàn)結(jié)果

研究發(fā)現(xiàn)，在原有舊料中摻加15%的新料后混合料的級(jí)配情況發(fā)生了一定的改善。

2.2 油石比確定

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范要求分別按照五種不同油石比標(biāo)準(zhǔn)制備馬歇爾試件，同時(shí)將拌和、擊實(shí)溫度分別控在170℃、160℃下，得到試驗(yàn)結(jié)果如表5 所示。

表5 AC-13 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

在4.6%的油石比、4.1%的空隙率之下，試驗(yàn)測得各項(xiàng)指標(biāo)均符合預(yù)期要求。所以，在本研究中將4.6%確定為最佳油石比標(biāo)準(zhǔn)。通過檢測發(fā)現(xiàn)原有舊料中油石比約為4.3%，因此只需要在舊料基礎(chǔ)上摻加0.3%熱瀝青并再生處理即可達(dá)到要求。

3 再生混合料性能測試

3.1 再生瀝青混合料體積指標(biāo)檢驗(yàn)

在原有舊料內(nèi)摻入5%再生劑、0.3%新瀝青以及15%新料后開展馬歇爾試驗(yàn)，試驗(yàn)得到：試件的密度、理論密度分別為 2.484g/cm3、2.59g/cm3，且其空隙率約為4.1%，馬歇爾穩(wěn)定度、流值分別為14kN、29.1(0.1mm)。

3.2 水穩(wěn)定性檢驗(yàn)

按照設(shè)計(jì)要求的油石比、級(jí)配對(duì)浸水條件下的混合料做馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)，測定試件的殘留強(qiáng)度比，進(jìn)一步評(píng)價(jià)混合料的水穩(wěn)性。試件在經(jīng)歷凍融循環(huán)之后的強(qiáng)度約為0.965MPa，其原始強(qiáng)度為1.077MPa，由此得到殘留強(qiáng)度比為89.6%。以上試驗(yàn)結(jié)果顯示瀝青混合料能夠符合預(yù)期的水穩(wěn)性標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 高溫度穩(wěn)定度檢驗(yàn)

試驗(yàn)環(huán)境條件：強(qiáng)度(60±1)℃、壓強(qiáng)(0.7±0.05)MPa。對(duì)再生料做車轍試驗(yàn)，檢測在4.6%的油石比條件下混合料的高溫穩(wěn)定性，在車轍試驗(yàn)中得到三個(gè)試件穩(wěn)定度指標(biāo)分別為3545、3534、3567，其平均值為3549，顯著高于規(guī)范要求的2400 限值。由此可以認(rèn)定，原有路面舊料及再生料的高溫穩(wěn)定均符合相應(yīng)要求。

3.4 低溫抗裂性檢測

試驗(yàn)環(huán)境條件：溫度-10℃，速率50mm/min。試驗(yàn)結(jié)果表明：六個(gè)試件中的最大荷載為1.090kN，最大跨中撓度為0.587mm、最大抗彎強(qiáng)度為9.10MPa、彈性模量為3000.7MPa、最大極限破壞應(yīng)變?yōu)?041.9。這一試驗(yàn)得到試件在低溫環(huán)境下的破壞應(yīng)變遠(yuǎn)大于規(guī)范所要求的2500，符合預(yù)期的性能要求。

3.5 滲水性能檢測

借助滲水儀檢測試件的滲水性能，并基于試驗(yàn)結(jié)果判斷再生混凝土配比設(shè)計(jì)的合理性。通過試驗(yàn)得到三組試件的滲水系數(shù)分別達(dá)到了41.8、43.6 以及44.3，其平均值約為43.4mL/min，顯著小于120ml/min 的規(guī)范要求限值，因此可認(rèn)定為具有良好防滲效果。

4 結(jié)論

借助對(duì)材料性能的試驗(yàn)研究，同時(shí)采用馬歇爾試驗(yàn)優(yōu)化混合料的配比設(shè)計(jì)，以此最終得到再生瀝青的分析結(jié)果：

4.1 對(duì)材料的抽提可以得出，RAP 料整體存在級(jí)配偏細(xì)的特點(diǎn)，在其中摻加15%新料即可得到平順的級(jí)配曲線，滿足再生應(yīng)用的預(yù)期要求。

4.2 借助對(duì)關(guān)系曲線的研究，可以發(fā)現(xiàn)在5%的再生劑摻量下混合料的針入度、軟化點(diǎn)以及延度均能夠滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。

4.3 通過調(diào)查、分析發(fā)現(xiàn)RAP 料的油石比約為4.3%，在其中摻加4.6%油石比的新料進(jìn)行再生，最終得到新料的最佳油石比約為4.6%-4.9%的區(qū)間。

4.4 借助對(duì)水穩(wěn)定性、高低溫穩(wěn)定性以及滲水性能的試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)再生瀝青的各項(xiàng)基本指標(biāo)均滿足規(guī)范要求且留有足夠裕度。