熱再生瀝青混合料在舊路改造中的試驗分析

摘要 通過研究瀝青混凝土老化試驗，運用高分子溶液理論闡述了老化瀝青再生的基本原理，為老化瀝青路面老舊瀝青回收利用提供了理論依據(jù)；根據(jù)老舊路面瀝青混合料級配結(jié)果等檢測指標，運用馬歇爾試驗等手段，確定了再生瀝青混合料油石比、再生劑摻量、新瀝青摻配比等指標。試驗結(jié)果表明：熱再生混合料具有十分優(yōu)良的路用性能指標，可廣泛應用于已老化損毀的老舊瀝青路面改造項目，節(jié)約老舊路面改造工程成本。

關鍵詞 公路工程；熱再生瀝青混合料；配合比設計；路用性能

中圖分類號 U418.8 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）14-0098-03

0 引言

瀝青路面是當前國內(nèi)各級公路的主要組成形式，隨著瀝青路面使用年限增加，受瀝青材料自身材料特性限制及道路磨損等多種因素影響，瀝青路面路用性能會不可避免出現(xiàn)不同程度的下降，甚至產(chǎn)生多種道路病害，危害道路服役性能[1-3]。

老舊瀝青路面銑刨產(chǎn)生的廢舊瀝青混合料，若直接廢棄，不僅會增加路面翻新材料采購成本，還會造成大量的資源浪費及環(huán)境污染[4]。在老舊瀝青路面改造項目，合理利用瀝青路面熱再生技術(shù)，可有效節(jié)約舊路改造項目成本，減少材料浪費和環(huán)境污染[5]。該文結(jié)合某老舊瀝青路面改造工程實際情況，運用理論研究、試驗研究等多種研究手段，確定了該路面下面層AC-20熱再生瀝青混合料新瀝青摻配比例、配合比等指標，并從施工質(zhì)量控制、路用性能、經(jīng)濟和環(huán)保效益等多個方面，綜合探討了熱再生瀝青混合料在舊路改造項目中的技術(shù)優(yōu)勢。

1 瀝青老化原理及再生機理

受瀝青自身固有特性影響，瀝青混合料在道路施工、服役階段，受施工溫度、瀝青料與空氣接觸面積改變等多重因素影響，瀝青會不斷氧化老化，致使材料整體性能下降，影響混合料路用性能?？傮w而言，瀝青老化在路面施工、道路服役階段呈現(xiàn)不同的特點[6-7]。在瀝青混合料施工階段，瀝青料加熱、瀝青混合料拌和、攤鋪施工等階段，混合料溫度都不得低于150℃，在高溫環(huán)境下，瀝青料中的輕質(zhì)油分子極易揮發(fā)氧化。道路服役階段，瀝青料作為膠結(jié)材料，可在粗細集料表面形成薄瀝青膜，顯著增加了瀝青料與環(huán)境接觸面積，加速瀝青料老化[8]。

通過研究瀝青特性，可將瀝青質(zhì)看成溶質(zhì)，軟質(zhì)瀝青看作溶劑，瀝青料的整體穩(wěn)定性受制于瀝青中瀝青質(zhì)與輕瀝青的相容性，符合高分子溶液理論特征，故可以相容性理論作為理論依據(jù)闡述老化瀝青的再生機理。根據(jù)相容性理論，瀝青老化的本質(zhì)是由于瀝青中作為溶劑的輕瀝青減少，瀝青溶液相容性改變，故可通過加入新瀝青的方式改善其相容性，降低瀝青溶液中作為溶質(zhì)的瀝青質(zhì)的含量，提升瀝青溶液的整體穩(wěn)定性，達到瀝青再生的目的[9]。以該理論作為理論依據(jù)，運用馬歇爾實驗、針入度試驗等，對比分析老化瀝青與再生瀝青的針入度、延度、軟化點等指標，實驗結(jié)果表明：再生瀝青針入度、延度、軟化點均可符合現(xiàn)行道路瀝青使用要求，該研究為熱再生瀝青應用于老舊瀝青路面改造提供了理論依據(jù)。

2 廢舊瀝青混合料原材料檢測

2.1 廢舊瀝青混合料級配檢測

老舊路面舊瀝青混合料銑刨清理后，必須檢測瀝青含量、混合料級配、回收瀝青性能指標，為廢舊瀝青混合料熱再生提供數(shù)據(jù)支撐，確保熱再生混合料各項性能符合要求。其中廢舊瀝青混合料級配檢測是瀝青混合料原材料檢測的重要項目，會直接影響再生混合料體積指標、再生瀝青穩(wěn)定性、再生瀝青混合料力學性能等指標。舊瀝青混合料級配結(jié)果見表1：

2.2 回收瀝青原材料檢測

回收瀝青主要檢測項目檢測結(jié)果見表2：

由表2可知，回收瀝青針入度、延度已無法滿足當前路用瀝青指標要求，無法直接用于拌和瀝青混合料，需根據(jù)其老化程度，適量添加新瀝青或再生劑，改善瀝青料路用性能。

2.3 再生劑的選擇和用量確定

根據(jù)回收瀝青性能指標，確定舊瀝青老化程度，為瀝青再生選擇再生劑和用量提供依據(jù)。再生劑用量計算公式如下：

式中：X1為新瀝青用量（%）；η1為再生瀝青黏度（%）；η2為新瀝青黏度（%）；η3為回收瀝青黏度（%）。

2.4 新瀝青的摻配比例

新瀝青添加比例計算公式如下：

式中：X2為新瀝青摻配比例（%）；α1為再生料的設計油石比（%）；α2為舊瀝青混合料的油石比（%）；P為舊瀝青混合料的配比（%）。

3 配合比設計

3.1 廢舊瀝青混合料摻量計算

舊瀝青混合料將用于該路面下面層，該結(jié)構(gòu)層采用AC-20混合料，根據(jù)舊瀝青混合料破碎情況，再生混合料中舊瀝青混合料摻配比例為10～20 mm∶10～15 mm∶5～10 mm∶0～5 mm∶礦粉∶RAP1#∶RAP2#=21∶13∶20∶25∶1∶7∶13，混合料級配過率見表3和圖1：

3.2 熱再生混合料油石比的預估

再生混合料油石比預估值，需根據(jù)舊瀝青混合料摻量、工程所在地氣候特點、集料特性、道路等級、交通量等綜合確定，若不具備以上參考條件或無有效參考信息，可按下式預估再生混合料油石比：

式中：P為再生混合料總油石比的估值；ɑ為2.36 mm篩孔以上集料的比例，%；b為0.075～2.36 mm篩孔集料的比例，%；c為0.075 mm篩孔以下集料的比例，%；F取值由集料吸水率確定，取值范圍為0～2.0，若無有效參考資料，可暫取為0.7；K為常數(shù)，由0.075 mm通過率決定，當小于等于5%時，可取為0.20，通過率范圍為6%～10%時，取0.18。

根據(jù)圖1再生混合料級配曲線，預估熱再生混合料油石比P=5.2。

3.3 瀝青混合料馬歇爾試驗

運用馬歇爾試驗確定再生混合料最佳油石比，試驗油石比取值為P-1、P-0.5、P、P+0.5、P+1.0，分別以P-1、P-0.5、P、P+0.5、P+1.0共5組油石比，按照上述確定的合成級配制作混合料，運用馬歇爾試驗確定最佳油石比，并通過最佳油石比下混合料VV和VMA值范圍，校驗試驗所得最佳油石比。結(jié)果顯示，當P=5.2%時，混合料孔隙率偏低，飽和度偏高，表明P取值偏高，根據(jù)校驗結(jié)果，取P=4.8%再按照上述步驟進行馬歇爾試驗，混合料空隙率、飽和度等均符合規(guī)范要求[10]。

運用馬歇爾試驗確定各指標數(shù)據(jù)，并繪制出反映各指標變化趨勢的特征曲線，確定再生混合料最佳油石比，分析、穩(wěn)定度最大值、VV、VMA、VFA所對應的油石比，確定最佳油石比為4.7%，按照該油石比拌制混合料，試驗檢測結(jié)果顯示，熱再生瀝青混合料各項性能指標均符合瀝青路面施工規(guī)范要求。

4 配合比設計檢驗

按規(guī)范要求，檢驗最佳油石比下熱再生混合料高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、凍融劈裂強度性能、滲水性等指標，進一步檢驗熱再生混合料配合比設計合理性。

各項試驗結(jié)果表明：設計配合比下熱再生混合料各項性能指標，均能夠滿足該地區(qū)瀝青混凝土路面路用性能要求，驗證了配合比設計的合理性和可行性。

5 施工過程中的質(zhì)量控制

施工階段，混合料拌和階段須嚴格按照設計配比取料拌和，各拌和施工批次及時取料送檢，從源頭控制再生混合料拌和質(zhì)量。

試驗的施工現(xiàn)場，根據(jù)場地實際情況，合理確定施工分段，確定施工數(shù)據(jù)采集點，根據(jù)各分段松鋪系數(shù)、壓實溫度等施工數(shù)據(jù)，優(yōu)化施工工藝。經(jīng)多次試驗施工段優(yōu)化調(diào)整，確定松鋪系數(shù)為1.20、初壓溫度為165℃，混合料運輸、施工等過程中，必須做好溫度控制。

施工各階段、各環(huán)節(jié)實時監(jiān)控施工質(zhì)量。工程完畢后，根據(jù)規(guī)范要求檢測道路各項指標，試驗結(jié)果顯示，各項指標均達到設計要求，由此說明了混合料匹配比的合理性及施工質(zhì)量控制的有效性。

6 施工質(zhì)量評價

施工階段，經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理及第三方檢驗，工程各項質(zhì)量指標均符合設計及規(guī)范要求，其中第三方檢驗合格率為100%，工程質(zhì)量評分達95.5分，驗證了熱再生瀝青混合料的合理性，以及熱再生瀝青混合料工藝在老舊瀝青路面翻新項目的可行性。該工程于2020年完工，根據(jù)三年的跟蹤調(diào)查檢測，在較大車流及車輛荷載持續(xù)作用下，路面平整度完好，無開裂、車轍、起皮等病害，表明熱再生瀝青混合料工藝可滿足大荷載、大交通量路面翻新施工要求。

7 經(jīng)濟和環(huán)保價值

瀝青路面是我國各級道路的主要構(gòu)成形式，老舊路面翻修需要大量的工程材料，若老舊材料不能合理加以利用，新材料開采、老舊材料廢棄都將對環(huán)境造成沉重負擔。在老舊道路翻新項目中，充分利用廢料，不僅可以有效減少新材料的開采、運輸成本，還能夠有效保護自然資源，節(jié)約優(yōu)良的建筑石料，同時還能夠有效壓縮施工成本，節(jié)約材料開支?？梢娫谂f瀝青路面改造項目中，積極推廣應用熱再生瀝青混合料工藝，可在有效保護環(huán)境的同時，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益。

8 結(jié)語

該文結(jié)合實體工程，運用理論研究、試驗分析的研究方法，展開了熱再生瀝青混合料的在舊路改造中的應用研究，結(jié)論如下：

（1）根據(jù)相容性理論，通過添加新瀝青的方式，可有效改善舊瀝青材料性能，試驗結(jié)果顯示，在廢舊瀝青針入度、延度不符合施工規(guī)范的條件下，通過添加新瀝青，可有效改善老舊回收瀝青性能指標。

（2）運用馬歇爾試驗，可以得到再生混合料在穩(wěn)定度最大值等指標范圍內(nèi)的油石比，從而確定熱再生混合料最佳油石比。在試驗室最佳配比條件下，可通過檢驗混合料水穩(wěn)性能、高溫性能等，驗證設計配比在工程所在地的合理性。

（3）經(jīng)該文所依托舊路改造項目各項檢測結(jié)果及后續(xù)監(jiān)測分析，結(jié)果表明：經(jīng)熱再生處理的廢舊瀝青混凝土材料，可用于大荷載、大流量路段老舊道路改造翻新項目，且可獲得客觀的環(huán)境和經(jīng)濟效益。

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收稿日期：2024-04-08

作者簡介：黃宇（1990—），男，本科，助理工程師，主要從事公路工程施工及養(yǎng)護安全管理工作。