瀝青路面混合料熱再生試驗(yàn)結(jié)果及分析

劉忠根，柏麗敏，謝玉田，劉星園, 苑劍光，孫立斌

(1.吉林建筑大學(xué)，長(zhǎng)春 130118； 2.吉林省高速公路管理局； 3.吉林省交通科學(xué)研究所，長(zhǎng)春 130021)

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瀝青路面混合料熱再生試驗(yàn)結(jié)果及分析

劉忠根1，柏麗敏2，謝玉田2，劉星園1, 苑劍光2，孫立斌3

(1.吉林建筑大學(xué)，長(zhǎng)春 130118； 2.吉林省高速公路管理局； 3.吉林省交通科學(xué)研究所，長(zhǎng)春 130021)

摘要：在分析舊瀝青路面材料應(yīng)用的基礎(chǔ)上，對(duì)長(zhǎng)吉高速公路路面舊料進(jìn)行了試驗(yàn)，檢驗(yàn)了舊料中的瀝青指標(biāo)：針入度嚴(yán)重衰減，僅為39(0.1 mm)，軟化點(diǎn)和延度也有很大變化，不能達(dá)到90號(hào)瀝青標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)舊路面材料中的碎石進(jìn)行了磨耗值試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果滿足規(guī)范要求。調(diào)整了舊料中的骨料級(jí)配，對(duì)AC-16、AC-20摻加不同含量舊路面材料瀝青混合料，進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)、劈裂試驗(yàn)和車(chē)轍等路用性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，摻加一定數(shù)量舊料的瀝青混合料能夠滿足性能要求，尤其高溫性能有很大提高，可以在高速公路養(yǎng)護(hù)維修中進(jìn)行使用。

關(guān)鍵詞：瀝青混合料；熱再生；試驗(yàn)

1概述

舊路面材料瀝青再生是將舊瀝青混凝土路面經(jīng)過(guò)處理后，重新拌制形成具有設(shè)想性能的瀝青混合料，能夠滿足規(guī)范要求，然后重新攤鋪、碾壓成新路面的各種結(jié)構(gòu)層(包括基層、面層)。瀝青再生技術(shù)通過(guò)重新使用舊的瀝青混合料，達(dá)到降低工程造價(jià)、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源的目的。在國(guó)外已經(jīng)廣泛應(yīng)用瀝青路面材料再生技術(shù)，經(jīng)過(guò)多年養(yǎng)護(hù)工程建設(shè)，包括英、美、德等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)形成完整的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的體系，進(jìn)行再生使用舊瀝青路面材料。在瀝青再生技術(shù)中，由于場(chǎng)拌熱再生技術(shù)能夠較好地控制混合料的品質(zhì)，成為應(yīng)用較為成熟和廣泛的再生技術(shù)，重新生產(chǎn)的混合料，能夠滿足高速公路等高級(jí)路面的使用要求。舊瀝青路面場(chǎng)拌再生技術(shù)是先將需要養(yǎng)護(hù)破損的瀝青路面銑刨、粉碎，然后進(jìn)行收集，通過(guò)分析舊料的性能(瀝青性能、骨料級(jí)配等)，再重新拌制瀝青混合料中，摻入一定量的新集料、瀝青以及瀝青還原劑等，進(jìn)行拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓、通車(chē)使用，使混合料的高溫、低溫、水穩(wěn)定性等各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到要求。[1]

20世紀(jì)70年代，我國(guó)一些養(yǎng)護(hù)部門(mén)認(rèn)為舊瀝青路面材料重新利用，可以降低成本，自發(fā)地在路面養(yǎng)護(hù)工作中進(jìn)行廢舊瀝青材料的利用。2001年在廣東省廣佛高速公路的路面養(yǎng)護(hù)工作中，通過(guò)大量試驗(yàn)研究和慎重分析，開(kāi)始在該高速公路路面養(yǎng)護(hù)工程中使用熱再生技術(shù)，使用結(jié)果表明，熱再生技術(shù)可以明顯降低養(yǎng)護(hù)工程造價(jià)、保護(hù)環(huán)境。[1]

在1999年9月建成竣工通車(chē)的福州至泉州高速公路，是我國(guó)“九五”重點(diǎn)工程項(xiàng)目，在2007年交通量已經(jīng)達(dá)到39 000輛/日，路面使用品質(zhì)下降，公路管理部門(mén)組織多次專(zhuān)家會(huì)議論證和公路路面使用狀況考察，最后決定采用瀝青路面就地?zé)嵩偕夹g(shù)，進(jìn)行福州至泉州高速公路路面養(yǎng)護(hù)工程的大修工作。[2]

京津塘高速公路是我國(guó)最早建成通車(chē)的高速公路之一，到2002年已經(jīng)通車(chē)使用11 a，路面性能檢測(cè)結(jié)果表明，需要進(jìn)行路面中修，經(jīng)過(guò)論證，決定采用瀝青就地?zé)嵩偕夹g(shù)進(jìn)行維修。[3]

安徽省管理部門(mén)在蕪宣高速公路路面養(yǎng)護(hù)工作中，經(jīng)過(guò)研究也采用就地?zé)嵩偕夹g(shù)，對(duì)蕪宣高速公路瀝青路路面開(kāi)裂坑槽等病害進(jìn)行修復(fù)，達(dá)到降低工程造價(jià)的目的，并取得較好的社會(huì)效益。[4]

根據(jù)查閱的技術(shù)資料可知，目前國(guó)內(nèi)大部分養(yǎng)護(hù)工程項(xiàng)目，對(duì)于舊路面材料應(yīng)用，采用現(xiàn)場(chǎng)熱再生或者現(xiàn)場(chǎng)冷再生技術(shù)。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，采用場(chǎng)拌熱再生技術(shù)可以更好地控制再生混合料級(jí)配，由于能夠較好地控制各種材料比例，也可以獲得性能更好的混合料。場(chǎng)拌熱再生技術(shù)有著廣闊的前景，在吉林省高速公路養(yǎng)護(hù)工程中，使用本項(xiàng)技術(shù)具有較大的實(shí)用意義。

吉林省國(guó)、省干線公路中，瀝青路面在里程上占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，絕大部分高速公路路面結(jié)構(gòu)為瀝青路面，每年在養(yǎng)護(hù)工程中，瀝青路面銑刨產(chǎn)生的舊瀝青路面材料要達(dá)到4萬(wàn)t以上，充分利用這些舊路面材料，已經(jīng)成為管理部門(mén)關(guān)注的工作，使用這些材料可以降低高速公路路面養(yǎng)護(hù)工程成本、保護(hù)環(huán)境，將會(huì)取得較好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。早在2006年，長(zhǎng)春至營(yíng)城子高速公路，瀝青路面需要進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)，通過(guò)對(duì)該高速公路左幅K53+000～K56+000之間的路面性能狀況進(jìn)行彎沉檢測(cè)、破損調(diào)查、路面鉆孔取芯分析，在大量論證的基礎(chǔ)上，提出了就地?zé)嵩偕S修方案，進(jìn)行試驗(yàn)路修筑，取得了較好的效果，結(jié)合工程實(shí)踐總結(jié)了就地?zé)嵩偕氖┕し椒ā?/p>

根據(jù)吉林省公路建設(shè)發(fā)展歷程，隨著公路網(wǎng)中道路路面狀況及技術(shù)等級(jí)提高、交通量逐漸增大，公路路面養(yǎng)護(hù)工作越來(lái)越大，對(duì)養(yǎng)護(hù)材料(集料、填料、粘結(jié)材料)數(shù)量需求也越來(lái)越大。國(guó)家對(duì)于工程建設(shè)項(xiàng)目環(huán)保要求卻越來(lái)越嚴(yán)，由于各種規(guī)定開(kāi)采養(yǎng)護(hù)的集料難度越來(lái)越大。此時(shí)，高速公路養(yǎng)護(hù)清理舊路面得到的舊瀝青材料數(shù)量越來(lái)越多，材料質(zhì)量也很好，完全能在養(yǎng)護(hù)中使用，即加強(qiáng)了環(huán)保又節(jié)約了養(yǎng)護(hù)造價(jià)。

2再生瀝青混合料室內(nèi)試驗(yàn)及分析

2.1長(zhǎng)春至營(yíng)城子高速公路舊瀝青路面材料試驗(yàn)及結(jié)果

2.1.1簡(jiǎn)況

根據(jù)課題需要，2008年5月22日，在吉林省高速公路管理局瀝青拌合場(chǎng)，將長(zhǎng)春至營(yíng)城子高速公路的路面銑刨得到的舊路面材料進(jìn)行取樣，在試驗(yàn)室開(kāi)展試驗(yàn)，取樣路段為1997年修建的路面，經(jīng)過(guò)11 a的運(yùn)營(yíng)，通過(guò)路面檢測(cè)，根據(jù)使用狀況評(píng)價(jià)結(jié)果，該路段需要進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)，經(jīng)過(guò)分析論證開(kāi)展舊料重新利用研究，提出場(chǎng)拌熱再生維修方案。

2.1.2銑刨得到的舊路面材料性能評(píng)價(jià)

為了評(píng)價(jià)舊瀝青路面材料的使用性能，對(duì)舊料取樣進(jìn)行瀝青抽提試驗(yàn)，使用回流式抽提儀法進(jìn)行瀝青抽提，按照阿布森法回收瀝青，得到的試樣進(jìn)行3組試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　瀝青試驗(yàn)結(jié)果

注：抽提中的瀝青25 ℃時(shí)的延度，能夠達(dá)到105 cm。

舊瀝青路面中石料洛杉磯磨耗值為13.4%，舊瀝青混合料篩分級(jí)配見(jiàn)表2，篩分結(jié)果如圖1所示。

表2　舊瀝青混合料篩分級(jí)配　%

注：表中“AC-20”下限等為規(guī)范中規(guī)定的集料級(jí)配下限，下同。

圖1　舊瀝青路面集料篩分結(jié)果

抽提試驗(yàn)得到的結(jié)果分析：1)舊瀝青：瀝青路面經(jīng)過(guò)11年行車(chē)荷載、自然力作用，瀝青老化明顯，針入度為3.94 mm，延度65.4 cm，軟化點(diǎn)60.1度，不能滿足90號(hào)瀝青標(biāo)準(zhǔn)。使用的新瀝青能夠滿足90號(hào)瀝青標(biāo)準(zhǔn)。2)舊路面集料級(jí)配：篩分結(jié)果表明，舊路面中集料級(jí)配接近規(guī)范AC-20級(jí)配的下限，說(shuō)明在使用過(guò)程中，路面的細(xì)集料、填料損失較大，進(jìn)行舊材料再生利用，如果不加入新礦料改善級(jí)配，拌制的混合料不能滿足使用要求。3)石料洛杉磯磨耗試驗(yàn)中，舊混合料中的石料沒(méi)有因?yàn)樾熊?chē)使碾壓強(qiáng)度降低，可以在場(chǎng)拌熱再生中利用。

2.1.3場(chǎng)拌熱再生混合料試驗(yàn)結(jié)果

1)確定再生瀝青混合料集料級(jí)配。2008年6月2日，將吉林省高速公路管理局回收的舊瀝青銑刨原材料取回，進(jìn)行篩分及密度試驗(yàn)，為了便于控制級(jí)配，將回收舊材料用19～26.5 mm、9.5～16 mm、4.75～9.5 mm、4.75 mm的方孔篩進(jìn)行震動(dòng)篩分，見(jiàn)表3，然后分別進(jìn)行抽提試驗(yàn)，確定集料級(jí)配。

表3　各級(jí)石料篩分通過(guò)率　 %

根據(jù)長(zhǎng)營(yíng)高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)工程現(xiàn)場(chǎng)情況，經(jīng)過(guò)研究，配合比試驗(yàn)用材料，采用吉林省高管局瀝青混合料攪拌廠的粗細(xì)集料和填料，舊路面材料從養(yǎng)護(hù)工地現(xiàn)場(chǎng)取樣，進(jìn)行舊料不同含量AC-25、AC-20、AC-16合成級(jí)配設(shè)計(jì)，見(jiàn)表4?；旌狭霞?jí)配圖如圖2所示。

圖2　混合料級(jí)配圖

%

注：表中括號(hào)內(nèi)的數(shù)字為舊路面材料含量，例如：AC-25(20%)，表示在AC-25中含有20%的舊路面材料。

2)再生瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5　再生混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

3)混合料劈裂試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

注：由于-10℃時(shí)試件脆性大，突然破壞，讀數(shù)誤差大，因此，劈裂模量與破壞拉應(yīng)變未在文中列出。

4)再生混合料車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7　再生混合料車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果

2.2混合料試驗(yàn)結(jié)果分析

1)舊料性能及馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果分析：根據(jù)舊路面材料抽提后進(jìn)行石料篩分可知，完全使用舊瀝青路面材料拌制混合料不能滿足路用性能要求，而且會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定度小、空隙率大等問(wèn)題，舊料再生使用時(shí)，必須添加新的集料和粘結(jié)材料才能滿足規(guī)范要求。根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果，新拌制再生瀝青混合料空隙率在3%～6%之間，不透水，抗水損害能力強(qiáng)。

2)低溫性能分析：采用劈裂試驗(yàn)(-10 ℃、15 ℃)來(lái)分析再生瀝青混合料的低溫性能，試驗(yàn)結(jié)果表明，同一溫度(-10 ℃或者15 ℃)舊瀝青用量(舊料含量在增加)增加,劈裂強(qiáng)度沒(méi)有顯著增大，尤其是-10 ℃時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果，說(shuō)明再生瀝青混合料低溫柔韌性沒(méi)有隨著舊瀝青的增加而變差。

3)高溫性能分析：車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果表明，再生瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度較高，說(shuō)明再生混合料具有較好的高溫穩(wěn)定性和抗車(chē)轍性能。

根據(jù)馬歇爾、劈裂和車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果，摻加舊路面材料的再生瀝青混合料能夠滿足規(guī)范要求，可以在長(zhǎng)營(yíng)高速公路路面養(yǎng)護(hù)工程中使用場(chǎng)拌熱再生技術(shù)進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)。

3結(jié)語(yǔ)

本次試驗(yàn)表明，舊瀝青混合料是一種資源，具有重新利用價(jià)值，能夠用于各個(gè)路面結(jié)構(gòu)層，路用性能與新建瀝青混合料路面相比相差無(wú)幾。截至2015年末吉林省高速公路里程超過(guò)2 600 km，每年養(yǎng)護(hù)維修產(chǎn)生的舊瀝青路面銑刨材料數(shù)量更加巨大，舊路面材料的再生利用，將節(jié)約道路建筑材料的用量，減少開(kāi)采石料造成的環(huán)境破壞，具有環(huán)境保護(hù)作用。隨著高速公路瀝青路面維修數(shù)量的不斷增加，可供再生使用的舊路面材料也越來(lái)越多，為了更好地利用這些舊路面材料，對(duì)瀝青混合料場(chǎng)拌熱再生技術(shù)有必要進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究，本項(xiàng)研究結(jié)果對(duì)建設(shè)環(huán)保綠色交通具有意義。

需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題：1)摻加舊路面材料的瀝青混合料性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該不同于新瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn)，有待進(jìn)一步的研究，并結(jié)合不同地區(qū)特點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的制定；2)應(yīng)建立摻加舊路面材料的場(chǎng)拌熱再生路面耐久性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行深入研究；3)對(duì)摻加舊路面材料的瀝青混合料施工工藝應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)。

參考文獻(xiàn)

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The Experimental Results and Analysis to the Hot Recycling of Asphalt Mixture

LIU Zhong-gen, etc.

(JilinJianzhuUniversity,Changchun130118,China)

Abstract：In this paper, on the base of analyzing the application of old asphalt pavement materials, the test to Changying Freeway old pavement material has been made to check the indexes of asphalt old material. The penetration result is only 39 (0.1 mm), softening point and ductility also varies greatly. The results can not reach No.90 asphalt standard. In the old pavement materials, the Los Angles test has been carried out, and the test results meets the requirements of the specification. Aggregate gradation in the old material also has been certainly readjusted. The asphalt mixture AC-16, AC-20 are added with different content of old material for the Marshall test, split test and rutting test. The experimental results show that adding a certain quantity of old material of asphalt mixture, can meet the performance requirements, especially high temperature performance has been improved a lot, which can be used in highway maintenance.

Key words：asphalt mixture; hot recycling; experiment

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-8984(2016)01-0010-05

中圖分類(lèi)號(hào)：U416

作者簡(jiǎn)介：劉忠根(1965-)，男(漢),吉林德惠，教授

基金項(xiàng)目：吉林省交通科技項(xiàng)目(2008-1-28)

收稿日期：2016-01-27

doi:10.3969/j.issn.1009-8984.2016.01.003

主要研究公路路面結(jié)構(gòu)和材料。