就地?zé)嵩偕鸀r青混合料配合比設(shè)計(jì)
——以太原南收費(fèi)站改造工程為例

劉小強(qiáng)

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030032）

作為一種預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)，就地?zé)嵩偕┕に俣瓤焖?，具有?jié)約材料、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)[1]。太原南收費(fèi)站改造工程時(shí)間緊、任務(wù)重，收費(fèi)站前后約6 km的路面改造采用了就地?zé)嵩偕夹g(shù)。以太原南收費(fèi)站改造工程為例闡述了就地?zé)嵩偕鸀r青混合料配合比設(shè)計(jì)及對(duì)確定混合料路用性能設(shè)計(jì)檢驗(yàn)。

1 配合比設(shè)計(jì)用材料

配合比設(shè)計(jì)用復(fù)拌型再生瀝青混合料為太長(zhǎng)高速公路K9+831下行瀝青路面上面層切取的AC-16瀝青混凝土板塊；新瀝青采用平遙生產(chǎn)的SBS（I-C型）改性瀝青；再生劑采用瀝青混凝土再生劑JP-I型；集料采用壽陽縣生產(chǎn)的9.5～16 mm、9.5～13.2 mm、4.75～9.5 mm碎石和0～4.75 mm石屑；礦粉采用太鋼生產(chǎn)的礦粉。通過試驗(yàn)，配合比設(shè)計(jì)所用材料試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果均符合《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》要求[2]。

2 配合比設(shè)計(jì)

2.1 舊瀝青路面材料級(jí)配及瀝青用量

在樣品中隨機(jī)選取塊狀瀝青混合料6份，單獨(dú)加熱后剔除邊緣混合料，剩余樣品經(jīng)完全分散后取樣進(jìn)行級(jí)配抽提試驗(yàn)，考慮到原瀝青在長(zhǎng)期使用過程中發(fā)生老化并與礦料黏附不牢固。在進(jìn)行抽提前取潔凈三氯乙烯溶劑浸泡2 h，抽提后進(jìn)行篩分分析原路面瀝青混合料級(jí)配狀況，舊瀝青路面材料抽提篩分試驗(yàn)結(jié)果及AC-16級(jí)配范圍要求見表1。

表1 舊瀝青路面材料抽提篩分試驗(yàn)結(jié)果及AC-16級(jí)配范圍要求

從圖1看出，此路段原路面瀝青混合料瀝青用量相對(duì)平穩(wěn)，所有曲線均在中值附近，全部在級(jí)配曲線范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)要求添加15%新料AC-16瀝青混合料，設(shè)計(jì)時(shí)新骨料的添加為粗集料和細(xì)骨料，原路面瀝青混合料瀝青用量按照平均值進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，但在施工過程中應(yīng)及時(shí)抽檢，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)瀝青用量做出相應(yīng)調(diào)整，及時(shí)應(yīng)對(duì)原路面存在的變異性。

圖1 抽提試驗(yàn)級(jí)配曲線與限制曲線對(duì)比

2.2 舊瀝青回收與再生劑用量的確定

按相關(guān)規(guī)范，對(duì)舊瀝青路面材料中的瀝青進(jìn)行了抽提回收、檢測(cè)，檢測(cè)的主要指標(biāo)有25℃針入度等。因原瀝青路面在自然環(huán)境使用時(shí)間較長(zhǎng)，膠結(jié)料已經(jīng)發(fā)生了老化，致使使用性能水平降低。在舊膠結(jié)料中加入部分再生劑使其性能部分恢復(fù)。在回收膠結(jié)料的基礎(chǔ)上，摻加不同比例的再生劑，進(jìn)行技術(shù)指標(biāo)檢驗(yàn)[3]。

表2 添加不同劑量再生劑的瀝青性能

瀝青膠結(jié)料經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間使用，會(huì)出現(xiàn)膠質(zhì)含量減少、瀝青質(zhì)含量增加及輕組分缺失現(xiàn)象，其造成軟化點(diǎn)升高、延度下降。通過加入再生劑，瀝青技術(shù)指標(biāo)可以部分修復(fù)。從圖2可以看出，針入度與軟化點(diǎn)隨著再生劑用量的變化而變化，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，從圖讀取再生劑合理范圍，針入與軟化點(diǎn)指標(biāo)均為12%.

圖2 瀝青膠結(jié)材料技術(shù)指標(biāo)變化圖示

2.3 級(jí)配設(shè)計(jì)

從瀝青銑刨料（RAP）級(jí)配結(jié)果得出該路段原級(jí)配屬AC-16瀝青混合料，設(shè)計(jì)增加新骨料使合成級(jí)配符合AC-16混合料關(guān)于級(jí)配范圍的要求[4]，新礦料篩分情況見表3。

表3 礦料篩分結(jié)果

根據(jù)RAP級(jí)配情況及新礦料篩分分析，如要改變級(jí) 配 需 添 加 9.5～16 mm、9.5～13.2 mm、4.75～9.5 mm、0～4.75 mm、礦粉，總量為再生混合料的15%，以保證目前新料添加工藝下瀝青混合料的均勻性，參照AC-16瀝青混合料規(guī)范要求，新礦料比例為9.5～16 mm∶9.5～13.2 mm∶4.75～9.5 mm∶0～4.75 mm∶礦粉為4∶2∶3∶5∶1，級(jí)配計(jì)算見表4。

表4 再生混合料級(jí)配范圍

圖3 再生混合料級(jí)配曲線圖

2.4 確定最佳瀝青用量

再生瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)中以膠結(jié)料總量作為總的瀝青用量，包含以下3個(gè)部分：舊瀝青混合料膠結(jié)料部分、再生劑部分（以占舊瀝青膠結(jié)料質(zhì)量百分比計(jì)）和新加入瀝青部分。該次確定最佳瀝青用量試驗(yàn)以總礦料質(zhì)量為基數(shù)，以總油石比為4.5%、4.8%、5.1%、5.4%、5.7%分別進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)（擊實(shí)溫度為146℃）。依據(jù)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果繪制最佳瀝青油石比曲線見圖4。

圖4 最佳瀝青油石比曲線圖

根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果，得出a1=5.10，a2=5.10，a3=5.15，a4=5.35，OAC1=5.18，OACmin=5.18，OACmax=5.18，OAC2=5.18，得出最佳油石比為5.18%，最佳瀝青用量為4.92%.

2.5 新瀝青添加量的確定

原路面RAP材料油石比4.86%，根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)及相關(guān)技術(shù)規(guī)范，擬定復(fù)拌型就地?zé)嵩偕浜媳取Ｅf瀝青路面混合料、再生劑及新AC-16配合比為85%∶12%∶15%.

3 再生瀝青混合料設(shè)計(jì)檢驗(yàn)

3.1 水穩(wěn)定性檢驗(yàn)

3.1.1 殘留馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)

采用舊瀝青路面混合料、再生劑及新AC-16配合比為85%∶12%∶15%的材料制備試驗(yàn)試件。按試驗(yàn)結(jié)果，殘留穩(wěn)定度為91.1，滿足規(guī)范要求。

3.1.2 凍融劈裂試驗(yàn)

采用舊瀝青路面混合料、再生劑及新AC-16配合比為85%∶12%∶15%的材料制備試驗(yàn)試件。按試驗(yàn)結(jié)果，凍融劈裂強(qiáng)度比為85.3%，滿足規(guī)范要求。

表5 凍融循環(huán)劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)表

3.2 高溫穩(wěn)定性檢驗(yàn)

按技術(shù)要求，在最佳瀝青含量制備車轍試件，按試驗(yàn)結(jié)果，動(dòng)穩(wěn)定度DS=5339次/mm，滿足規(guī)范要求。

表6 動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)表

4 結(jié)論與建議

本文以太原南收費(fèi)站改造工程為依托，通過對(duì)確定級(jí)配進(jìn)行的路用性能分析，得出設(shè)計(jì)配合比條件下再生瀝青混合料相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。

a）通過抽提試驗(yàn)分析了既有路瀝青混合料級(jí)配范圍，確定了舊瀝青回收與再生劑用量。

b）通過添加不同劑量再生劑的瀝青性能試驗(yàn)，分析了瀝青膠結(jié)材料技術(shù)指標(biāo)變化情況。

c）再生瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)中以膠結(jié)料總量作為總的瀝青用量，通過馬歇爾試驗(yàn)得出瀝青混合料各項(xiàng)路用性能指標(biāo)，進(jìn)而得出最佳油石比及最佳瀝青用量。

d）通過劈裂試驗(yàn)、高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)，對(duì)確定的最佳油石比及瀝青用量情況下的瀝青混合料進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果滿足規(guī)范要求。