基于復配硬質(zhì)瀝青的大摻量高性能熱再生技術(shù)

葉 勤，鄭文波，胡 洋

（1.新型道路材料國家工程實驗室，江蘇 南京 211112；2.蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 211112；3.日照市東港區(qū)公路管理局，山東 日照 276800）

基于復配硬質(zhì)瀝青的大摻量高性能熱再生技術(shù)

葉 勤1，2，鄭文波3，胡 洋1，2

（1.新型道路材料國家工程實驗室，江蘇 南京 211112；2.蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 211112；3.日照市東港區(qū)公路管理局，山東 日照 276800）

借鑒法國耐久性高模量瀝青混合料的設計理念，充分利用瀝青路面回收材料中瀝青老化的特性和級配細化的特點，采用硬質(zhì)顆粒復配低標號瀝青，并通過豐度系數(shù)指標實現(xiàn)大摻量高性能熱再生瀝青混合料。室內(nèi)性能評價與驗證表明，熱再生瀝青混合料實現(xiàn)了大摻量，且性能滿足現(xiàn)行施工技術(shù)規(guī)范要求，同時滿足法國耐久性高模量瀝青混合料的性能指標，為熱再生瀝青混合料的設計和應用提供了新的思路，具有較好的經(jīng)濟社會效益。

熱再生瀝青混合料；法國高模量；低標號瀝青；大摻量；路用性能

1 概述

近年來，隨著高速公路大規(guī)模的建設和已建成高速公路運營時間的增加，經(jīng)濟的快速發(fā)展伴隨著交通量的大幅增加，加上氣候條件等因素的影響，導致部分高速公路提前進入了整治和改善工作，進而產(chǎn)生了大量的銑刨廢料。路面再生利用技術(shù)的應用在一定程度上減少了銑刨料的廢棄數(shù)量，有利于保護環(huán)境，減少廢舊材料占地和新材料的開采量，并能夠節(jié)約砂石、新瀝青用量，節(jié)省大量的運輸費用，大大降低了工程造價，具有顯著的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。在各種再生技術(shù)方案中熱再生技術(shù)相對應用更為廣泛，大量的試驗證明，在沒有添加劑的情況下，隨著舊瀝青混合料比例的增加，再生瀝青混合料的耐久性能逐漸變小。目前國內(nèi)使用廠拌熱再生瀝青混合料技術(shù)中RAP料用量比例一般在30%以下，當用量在30%以上時，一般是采用添加再生劑或溫拌劑等措施對瀝青性能進行改良，這些措施將明顯降低熱再生技術(shù)的經(jīng)濟效益，同時也可能在添加劑的生產(chǎn)環(huán)節(jié)增大對環(huán)境的污染。本文將引進法國耐久性高模量瀝青混合料設計理念，介紹一種性價比較高的大摻量高性能熱再生瀝青混合料［1］。

法國耐久性高模量瀝青混合料的基本設計理念是：采用低標號硬質(zhì)瀝青與連續(xù)級配碎石組成的瀝青混合料，具有高油石比、低空隙率的特征，通過瀝青本身的性質(zhì)來獲得高模量瀝青混合料，隨著法國對重載交通下路面抗車轍變形的研究逐漸發(fā)展形成的一種獨特的混合料。其特點是混合料模量提高、路面抗車轍能力和抗疲勞能力增強，延長了路面使用壽命。

本文在轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)再生技術(shù)中以降低老化瀝青黏度來換取耐久性能的再生路線，將瀝青路面的再生技術(shù)與法國耐久性高模量瀝青混合料技術(shù)相結(jié)合，因勢利導，開展以大摻量、高模量、良好經(jīng)濟性為設計目標的熱再生瀝青混合料研究，實現(xiàn)廢舊瀝青混合料的大摻量、高性能的再生利用。

2 法國耐久性高模量技術(shù)設計思路

法國在20世紀六七十年代開發(fā)了其瀝青混合料設計方法，主要考慮了3方面因素：一是組成集料的多樣性；二是氣候條件的多變性，特別是溫度的變化；三是汽車輪載作用的破壞性。該設計方法基于一個特殊的設計理念：熱拌瀝青混合料在設計和施工過程中應該壓實到最終密度，并且沒有進一步的壓實，在整個服務期內(nèi)，密度與混合料施工完成后相同，LCPC也證實在使用期車輛作用下，混合料密度僅有微小增加或沒有。

3 大摻量高性能熱再生瀝青混合料技術(shù)

瀝青路面相關(guān)的再生研究表明，回收的老化瀝青針入度一般在20～40（0.1 mm）左右，屬于硬質(zhì)瀝青的范疇，回收的瀝青路面材料因銑刨工藝而具有一定級配細化的特點。傳統(tǒng)舊瀝青混合料熱再生的研究思路是通過添加軟瀝青、輕質(zhì)油分或再生劑，使老化變硬的瀝青軟化，從而恢復其性能，通過新加集料進一步調(diào)整級配以滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。目前主要存在以下兩點不足：一是在RAP回收材料利用摻量上相對較低（一般在15%～30%），針對于較大RAP材料摻量（一般在30%以上）的情況下，則需要添加一定的再生劑等添加劑以恢復舊料中老化瀝青的性能，才能確保熱再生料的質(zhì)量，但是增加了成本；二是再生后混合料的耐久性能有待進一步驗證［2］。

作者針對傳統(tǒng)熱再生技術(shù)的不足，基于法國耐久性高模量瀝青混合料技術(shù)，采用70#道路石油瀝青與低價格的硬質(zhì)瀝青顆粒進行一定比例復配制出的低標號瀝青，與舊瀝青路面回收材料（RAP料）及新集料進行混合，借鑒法國耐久性高模量瀝青混合料（EME）設計方法，進行大摻量高性能廠拌熱再生瀝青混合料的技術(shù)研究。提出將硬質(zhì)瀝青顆粒復配的低標號瀝青摻配到瀝青質(zhì)含量相對較高的老化瀝青中，產(chǎn)生了相當于硬質(zhì)瀝青生產(chǎn)過程中的氧化和調(diào)和工藝的效果，充分利用瀝青路面回收材料中舊瀝青固有的老化性能，滿足耐久性高模量瀝青混合料中對低標號瀝青的使用要求，從而實現(xiàn)瀝青路面回收材料大摻量熱再生回收利用技術(shù)；與傳統(tǒng)以70#道路石油瀝青、90#道路石油瀝青以及更高標號的道路石油瀝青或添加劑混合以降低老化瀝青黏度設計理念相比，通過使用較大的低標號瀝青用量，進而彌補大摻量熱再生瀝青混合料使用相對較硬的瀝青引起抗水損害性能、抗低溫性能、耐久性能的不足，并采用耐久性高模量瀝青混合料較細的設計級配，進一步充分利用瀝青路面回收材料的級配細化特點提高瀝青路面回收材料的摻量，設計符合法國耐久性高模量理念（本文采用3級水平）的熱再生瀝青混合料，提高瀝青路面回收材料摻量的同時提高熱再生瀝青混合料的性能［3-4］。

4 原材料要求

4.1 瀝青

（1）針對瀝青路面回收材料進行室內(nèi)舊瀝青回收后檢測，結(jié)果見表1?？梢姙r青路面回收材料中的舊瀝青具有一定的低標號瀝青特征。

表1　 回收瀝青試驗檢測結(jié)果

（2）采用70#道路石油瀝青與硬質(zhì)瀝青顆粒按照瀝青與硬質(zhì)瀝青顆粒比為85%∶15%比例進行復配，并對復配后的低標號瀝青進行了性能檢測，檢測結(jié)果見表2，表明經(jīng)硬質(zhì)瀝青顆粒復配的70#道路石油瀝青達到硬質(zhì)瀝青的技術(shù)標準。

表2　 復配前后瀝青試驗檢測結(jié)果

4.2集料

對于大摻量熱再生瀝青混合料來說，新加集料的好壞也是至關(guān)重要的。因此，宜采用石質(zhì)堅硬、干凈、不含風化顆粒的碎石，嚴格控制針片狀的含量，對各種礦料和銑刨料的密度及性能進行檢測，礦料篩分采用國標標準篩進行篩分。試驗結(jié)果見表3、表4。

表3　 礦料相對密度試驗結(jié)果

表4　 集料試驗結(jié)果

5 大摻量高性能熱再生混合料設計

5.1 級配要求

結(jié)合法國耐久性高模量瀝青混合料技術(shù)設計思路，采用40%瀝青路面回收材料的摻量對大摻量高性能熱再生瀝青混合料進行設計，其技術(shù)指標見表5、表6。

表5　 高模量瀝青混合料級配要求（NF P98-140）

表6　 瀝青混合料性能要求

5.2 級配設計

依據(jù)法國耐久性高模量瀝青混合料設計理念，采用旋轉(zhuǎn)壓實方法對瀝青混合料進行設計，確定混合料的壓實特性。級配的礦料比例見表7。

表7　 礦料比例明細

5.3 最佳瀝青用量確定

瀝青混合料膠結(jié)料用量通過豐度系數(shù)K控制，要求豐度系數(shù)K＞3.4，K根據(jù)下式計算：

式中：TLext為油石比；100∑=0.25G+2.3S+12s+135f，G為粒徑大于6.3 mm的集料占總集料的百分率，G=35.8%，S為粒徑在0.25～6.3 mm的集料占總集料的百分率，S=55.6%，s為粒徑在0.063～0.25 mm的集料占總集料的百分率，s=2.9%，f為粒徑小于0.063 mm的集料占總的集料的百分率，f =5.7%；α=2.65/ρG，其中，ρG為集料的有效密度，ρG=2.814 g·cm-3。

當油石比為5.4%時，豐度系數(shù)K=3.66＞3.4，即5.4%的油石比滿足豐度系數(shù)K的要求，可作為設計油石比。

根據(jù)法國瀝青混合料旋轉(zhuǎn)壓實技術(shù)要求進行旋轉(zhuǎn)壓實試驗，旋轉(zhuǎn)壓實設備要求見表8。試驗結(jié)果匯總見表9。

表8　 旋轉(zhuǎn)壓實設備要求

表9　 旋轉(zhuǎn)壓實試驗結(jié)果

5.4 混合料性能試驗

室內(nèi)采用條件最為苛刻的AASHTO T283代替法國耐久性高模量評價的Duriez試驗和國標的凍融劈裂試驗，同時增加了國標車轍和低溫彎曲試驗。并根據(jù)我國瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范要求，補充了浸水馬歇爾試驗數(shù)據(jù)［5］。分別對熱再生瀝青混合料進行了性能驗證，驗證結(jié)果見表10。

通過混合料設計和性能試驗驗證，表明所設計的基于低標號瀝青的大摻量高性能熱再生瀝青混合料的抗水損害性能、高溫穩(wěn)定性能、低溫抗裂性能都滿足現(xiàn)行施工技術(shù)規(guī)范要求，其中法國車轍試驗的高溫性能同時滿足法國耐久性高模量瀝青混合料標準。

表10　 熱再生瀝青混合料性能試驗結(jié)果

6 模量試驗

法國規(guī)范中通過兩點彎曲試驗（在梯形試塊上加正弦式應力）來測定混合料的復數(shù)模量。試驗試件的制作：用LCPC輪胎壓實機壓實成型瀝青混合料板，將成型的試件通過切割得到長250 mm、寬25 mm、上底25 mm、下底56 mm的梯形梁（見圖1），先測試試件的空隙率，然后在15 ℃儀器中，保溫24 h開始進行試驗。室內(nèi)采用兩點梯形梁對再生瀝青混合料進行復數(shù)模量試驗驗證，試驗結(jié)果見表11，滿足法國耐久性高模量瀝青混合料的技術(shù)要求。

圖1　 梯形梁試件尺寸（單位：cm）

7 結(jié)論

本文借鑒法國耐久性高模量瀝青混合料(EME)的設計方法，充分利用瀝青路面回收材料中瀝青老化的特性和級配細化的特點，對硬質(zhì)瀝青顆粒復配的低標號瀝青的大摻量高性能熱再生混合料進行了設計與性能驗證。結(jié)果表明，大摻量高性能熱再生瀝青混合料的抗水損害性能、低溫抗裂性能及高溫抗車轍性能均滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。

同時，高溫抗車轍性能滿足法國耐久性高模量瀝青混合料車轍指標的要求，梯形梁復數(shù)模量滿足法國耐久性高模量瀝青混合料模量技術(shù)指標要求，實現(xiàn)了大摻量的高性價比熱再生瀝青混合料，較傳統(tǒng)的再生瀝青混合料具有更高的模量和耐久性能。

［1］JTG F40—2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］馬明宏，葉勤.大摻量廠拌熱再生瀝青混合料技術(shù)研究及應用［J］.現(xiàn)代交通技術(shù)，2014（5）:1-4.

［3］江蘇省交通科學研究院.熱拌再生瀝青混合料耐久性試驗研究總報告［R］.2011.

［4］南京市江寧區(qū)交通運輸局，江蘇省交通科學研究院，南京昊天路橋工程有限公司.耐久性高模量廠拌熱再生瀝青混合料技術(shù)研究［R］.南京，2014.

［5］ JTJ 050—2000公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程［S］.

Hot Recycled Technology of Asphalt Mixture Based on Low Grade Asphalt with High Performance and High Dosage of Reclaimed Asphalt Pavement

Ye Qin1, Zheng Wenbo2, Hu Yang1
（1. National Engineering Laboratory For Advanced Road Materials, Nanjing 211112, China; 2. JSTI Group, Nanjing 211112, China; 3. Rizhao Donggang District Highway Administration Bureau, Rizhao 276800, China）

In this paper,the design concept of EME is used for reference, and the characteristics of aging and gradation of RAP are used to make the low grade asphalt, and the high dosage of high performance hot recycled asphalt mixture is achieved by the abundance coefficient index.The indoor performance evaluation and verification show that the hot recycled asphalt mixture can achieve a high dosage, and the performance meets the requirements of the current construction technology, and also meets the performance index of the French high modulus asphalt mixture.This research provides a new idea for the design and application of hot recycled asphalt mixture and also has good economic and social benefits.

hot recycled asphalt mixture; EME; low grade asphalt; high dosage; pavement performance

U414

A

1672-9889（2016）04-0004-04

葉勤（1977-），男，江蘇東海人，高級工程師，主要從事瀝青路面方面的科研、技術(shù)咨詢和檢測評估等工作。

2015-11-10）