瀝青路面就地熱再生拌和分散性評價方法

馬 濤，王 真，趙永利，黃曉明

(東南大學 交通學院，210096南京，mataoseu@163.com)

2008年我國推出第1部公路瀝青路面再生技術規(guī)范[1]，標志著瀝青路面再生利用在我國受到越來越廣泛的重視和應用.針對我國瀝青路面的使用狀況和病害特點，就地熱再生技術能夠直接就地一次性完成路面修復，不僅達到了舊料的全部利用，無需舊料的廢棄運輸，具有節(jié)約成本，環(huán)保的特點，同時還具有施工速度快，工期短，開放交通早，交通干擾小等優(yōu)勢，因此，是路表功能性病害修復的最直接有效的技術方式[2－3].目前，關于就地熱再生技術的研究與應用越來越廣泛[4－5]，但是相比于新鋪瀝青路面，其施工質(zhì)量仍然存在很大的不穩(wěn)定性[6].而影響其質(zhì)量不穩(wěn)定的關鍵因素之一就是其工藝拌和效果.瀝青路面就地熱再生過程中原路面混合料的良好拌和分散性是保障整個就地熱再生施工工藝質(zhì)量的最關鍵前提條件[7]，因此，急需一種簡單可行的室內(nèi)試驗方法能夠對其進行評價分析，從而為就地熱再生技術的優(yōu)化設計與成功實施提供基礎保障.

1 就熱再生拌和質(zhì)量問題分析

集料在與瀝青拌和后，在瀝青的膠結作用下會產(chǎn)生一定的粘結聚集現(xiàn)象，從而形成不同大小的瀝青混合料膠團，并以一種特定的內(nèi)在分散狀態(tài)而存在，可以稱為瀝青混合料的分散性[8].在施工過程中，混合料必須具有良好的分散性，才能夠保證混合料均勻順暢地攤鋪壓實，形成質(zhì)地均勻的連續(xù)相瀝青路面[9].但是這種分散性在混合料生產(chǎn)過程中是很難測試獲得的，目前還沒有相關的測試分析方法.

相比于新拌瀝青混合料的工廠拌和生產(chǎn)，就地熱再生是就地將路面進行加熱，破碎后補充再生劑及新瀝青混合料等新材料，進而拌和獲取再生瀝青混合料[10].可以看出，加熱破碎拌和后的原路面材料能否達到合理的分散狀態(tài)是影響再生混合料質(zhì)量的首要因素.如果就地熱再生過程中舊路面材料無法拌和達到良好的分散狀態(tài)，不僅會導致原瀝青路面材料分布不均勻，還會使得新老材料的拌和不均勻，最終導致形成的再生路面質(zhì)量不良.瀝青路面就地熱再生過程中容易產(chǎn)生的表面質(zhì)量缺陷，如圖1所示.舊路面瀝青混合料由于無法達到良好的拌和分散狀態(tài)，導致再生瀝青混合料中出現(xiàn)明顯的混合料塊狀結團現(xiàn)象，如圖2所示.

圖1 再生混合料拌和分散不良造成的路表缺陷

2 試驗方法設計

圖2 再生混合料拌和分散不良造成的混合料結塊

由于新拌瀝青混合料已經(jīng)形成了非常成熟的拌和生產(chǎn)技術，其應用性也已經(jīng)得到了工程實踐驗證，因此以新拌瀝青混合料的分散性作為理想的對比基準，將就地熱再生拌和工藝獲得的舊瀝青混合料分散狀態(tài)與其進行對比，若二者能夠達到相同或近似的分散狀態(tài)，則表明就地熱再生過程中原瀝青路面混合料具有良好的分散性.因此，本文基于大量室內(nèi)試驗設計了一種室內(nèi)拌和篩分試驗，重點解決熱拌松散狀態(tài)下的再生瀝青混合料的分散狀態(tài)的評價指標問題，其基本技術方案如下.

1)首先利用室內(nèi)混合料拌和機，模擬新拌瀝青混合料的生產(chǎn)條件拌和生產(chǎn)新拌瀝青混合料，充分拌和后的新拌瀝青混合料的分散性可以認為是一種理想的基準分散狀態(tài).

2)采用以上方法獲取的新拌瀝青混合料根據(jù)T0734－2000熱拌瀝青混合料加速老化方法[11]獲取老化瀝青混合料，并成型車轍板用以模擬舊瀝青路面.

3)利用室內(nèi)混合料拌和機模擬就地熱再生拌和工藝條件對車轍板進行拌和，獲取反應具體就地熱再生拌和工藝分散效果的就地熱再生混合料.拌和溫度和拌和時間均按照就地熱再生實際工藝條件選取，并視需要確定是否添加再生劑.

4)為了能夠通過篩分試驗來確定處于熱拌狀態(tài)的瀝青混合料的膠團的分散狀態(tài)，向處于熱拌狀態(tài)的瀝青混合料中加入礦粉，礦粉與混合料質(zhì)量比為1∶1，沒有粘附性的礦粉可以迅速包裹處于分散狀態(tài)的不同大小的瀝青混合料膠團，從而將其分散成類似于集料的不同粒徑大小的組成部分，待其冷卻后，即可進行篩分試驗以獲取此時的瀝青混合料膠團級配，而這一篩分級配即可在一定程度上反映瀝青混合料熱拌狀態(tài)下的分散性.

5)由于新拌瀝青混合料和就地熱再生混合料具有相同的初始集料級配，因此若就地熱再生工藝能夠達到與新拌瀝青混合料生產(chǎn)工藝相同的拌和效果，其拌和后的再生混合料分散狀態(tài)應與新拌瀝青混合料相同，也就意味著二者的篩分級配應較為接近，因此將模擬就地熱再生拌和工藝獲取的就地熱再生混合料篩分級配與新拌瀝青混合料篩分級配進行對比，即可以評估其分散性，進而評價就地熱再生工藝的合理性.

6)為了能夠量化瀝青混合料的分散性評價指標，借鑒瀝青路面施工技術規(guī)范對新拌瀝青混合料生產(chǎn)時，相同設計礦料級配變異性檢驗的規(guī)定[12]:當篩孔i≤2.36 mm 時，應滿足ΔP≤5% ，當篩孔i≥4.75 mm時，應滿足ΔP≤6%，以此作為原路面瀝青混合料進行就地熱再生生產(chǎn)時應達到的拌和分散性量化指標標準.其中ΔP為相同集料設計級配的瀝青混合料不同批次生產(chǎn)時，各篩孔篩余百分率與設計值之間的差值.

3 試驗結果分析

選擇AC13混合料進行上述設計試驗.影響就地熱再生拌和質(zhì)量的3個關鍵工藝條件為:舊瀝青混合料預熱溫度θ，舊瀝青混合料拌和時間t，以及有利于拌和分散的再生劑(R)的使用.目前的就地熱再生工藝，其通常的預熱溫度一般為100～120 ℃，拌和時間通常在 1 ～2 min[12].因此，為對比分析不同的就地熱再生施工工藝條件，在室內(nèi)模擬就地熱再生拌和工藝時設計了5種不同的工藝條件以進行對比分析.1)110－1:θ=110℃，t=1 min，無 R;2)120－1:θ=120℃，t=1 min，無 R;3)120－2:θ=120 ℃，t=2 min，無R;4)120－1－R:θ=120℃，t=1 min，使用R;5)120－2－R:θ=120℃，t=2 min，使用R.經(jīng)過滿足前述試驗條件的設計試驗后獲取的再生瀝青混合料篩分級配分別記為:110－1;120－1;120－2;120－1－R;120－2－R，并與新拌瀝青混合料試樣在標準拌和生產(chǎn)條件下獲取的篩分級配(記為新料)進行對比分析.不同瀝青混合料試樣的篩分級配(對應于不同粒徑i的篩余百分率P)以及就地熱再生混合料各試樣的篩分級配與新料篩分級配的差值(對應于不同粒徑i的篩余百分率差值ΔP)如表1和圖2所示.

結合表1的試驗數(shù)據(jù)，就地熱再生瀝青混合料試樣篩分結果(110－1，120－1，120－2，120－1－R，120－2－R)與新拌瀝青混合料試樣篩分結果(新料)相比，篩分曲線明顯偏粗，也即粗集料篩余百分率偏大，細集料篩余百分率偏小，說明就地熱再生拌和工藝分散效果弱于新拌瀝青混合料拌和生產(chǎn)效果，與實體工程經(jīng)驗基本相符.就地熱再生拌和工藝是將已經(jīng)成型的瀝青路面混合料翻松拌和，且其拌和溫度相對偏低，因此，容易出現(xiàn)較大的瀝青混合料膠團無法分散的現(xiàn)象，驗證了本文設計方法的可行性.

表1 不同瀝青混合料試樣的拌和篩分試驗結果

從110－1再生混合料試樣和120－1再生混合料試樣與新料的篩余級配差值對比可以看出，當舊料加熱溫度從110℃提高到120℃時，再生混合料試樣與新料的篩余級配差值明顯減小，說明舊料加熱溫度的提高有助于提高舊料和就地熱再生混合料的拌和分散性.

從120－1再生混合料試樣和120－2再生混合料試樣與新料的篩余級配差值對比可以看出，當拌和時間從1 min提高至2 min時，120－2再生混合料試樣與新料的級配差值相比于120－1再生混合料試樣明顯降低，說明延長拌和時間有助于改善舊料和就地熱再生混合料的拌和分散性.

從120－1再生混合料試樣和120－1－R再生混合料試樣與新料的篩余級配差值對比可以看出，當使用再生劑時，120－1－R再生混合料試樣與新料的級配差值相比于120－1再生混合料試樣同樣明顯降低，從而有力說明，再生劑的使用能夠良好地改善舊料和就地熱再生混合料的拌和分散性.

從110－1再生混合料試樣和120－2－R再生混合料試樣與新料篩余級配差值的對比可以看出，目前就地熱再生工藝所能達到的最佳工藝條件(拌和溫度120℃，拌和時間2 min，使用再生劑)獲取的120－2－R再生瀝青混合料試樣與新料的最大級配差值低于3%，滿足之前方法設計中提出的最大級配差值標準，可以認為就地熱再生混合料已經(jīng)達到了良好的分散性.也再次解釋了目前實體工程中當就地熱再生達到理想運行條件時能夠取得良好的再生效果的重要原因.

上述試驗結果驗證了就地熱再生技術的成功實施應盡量保障3個有利施工條件:較高的施工溫度，較長的拌和時間以及具有良好降粘分散作用的再生劑的使用.本文設計的試驗方法不僅一定程度上解釋了就地熱再生工藝效果出現(xiàn)波動的原因，同時也為檢驗就地熱再生工藝效果，進行合理的就地熱再生施工工藝條件選擇和優(yōu)化設計提供了簡便可行的檢驗方法.

4 結論

1)就地熱再生施工過程中，舊路面瀝青混合料的拌和分散性是影響就地再生瀝青混合料質(zhì)量的重要因素.而舊料加熱溫度，拌和時間以及再生劑的使用與否是影響舊瀝青混合料拌和分散性的關鍵因素.提高舊料的加熱溫度，延長舊料的拌和時間，添加能夠良好軟化舊料的再生劑是提高舊料分散性，保障就地熱再生瀝青混合料施工質(zhì)量的重要措施.

2)設計的室內(nèi)拌和篩分方法能夠有效地評價舊料與就地熱再生瀝青混合料的拌和分散性，以及各種施工因素對舊料拌和分散性的影響.

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