淺析廠拌熱再生瀝青混合料配合比設計

(福建省高速公路達通檢測有限公司，福州350001)

淺析廠拌熱再生瀝青混合料配合比設計

■沈穗娜

(福建省高速公路達通檢測有限公司，福州350001)

本文通過對廢舊瀝青路面混合料(以下簡稱RAP)進行分析、評價的基礎上，對RAP按不同比例摻配后進行廠拌熱再生混合料配合比設計。通過對混合料性能分析及比較，以此推薦在不添加再生劑的情況下RAP在廠拌熱再生瀝青混合料中合適的摻配比例。

熱再生混合料配合比設計

至2016年我省高速公路通車里程已達5000km，早期所建成的高速公路瀝青路面陸續(xù)進入大中修階段。目前，熱再生瀝青路面施工工藝已得到廣泛的推廣和使用，熱再生工藝的應用不僅減少了因路面維修所產(chǎn)生的舊料廢棄對環(huán)境所帶來的污染及石料的大量開采對生態(tài)環(huán)境的破壞，同時也緩解了大面積維修所帶來的經(jīng)濟負擔。按照再生瀝青路面材料的拌和及加工特點，瀝青路面熱再生分為廠拌熱再生和就地熱再生。就地熱再生因其施工簡單方便，對于原有路面材料可完全利用，有效減少環(huán)境污染，多用于對瀝青路面表面層不同程度的性能修復；廠拌熱再生因其級配、溫度、混合料性能的可控制性較好，可糾正表面層和基層的變形問題，顯著提高路面的整體結構性能而適用于高等級公路。本文以我省某高速公路大中修為例，分析AC-16C廠拌熱再生配合比的設計過程。

1 原材料試驗及選用

廠拌熱再生混合料原材料試驗除新的集料、瀝青、填料、抗剝落劑等材料外還包括RAP材料的檢測。

1.1 RAP的性能分析

RAP作為熱再生混合料的重要組成部分，其材料性能、級配及瀝青老化程度對熱再生混合料的性能將產(chǎn)生直接的影響。因此，在進行熱再生配合比設計之前最為基礎的是對RAP中的礦料及瀝青性能進行有效分析。通過RAP的分析結果以確定所摻配的比例范圍及熱再生混合料中是否添加再生劑。針對計劃進行大中修的瀝青混凝土路面抽取多處RAP經(jīng)銑刨分粗細兩檔(即9.5～19mm、0～9.5mm)，銑刨破碎后的粗細料比例約為3∶7，取代表性樣品進行瀝青回收，以檢測瀝青及礦料性能、級配情況。

(1)RAP指標檢測及RAP回收瀝青指標檢測結果如下表1、表2所示。

表1 RAP檢測結果

表2 RAP回收瀝青檢測結果

由RAP瀝青檢測結果可見，針入度及延度有所降低，軟化點及粘度值升高，回收瀝青性能雖在一定程度上產(chǎn)生老化，但其老化后技術指標與SBS(I-D)改性瀝青技術要求相近。

(2)RAP礦料的級配分析。

現(xiàn)場抽取破碎后的代表性RAP經(jīng)抽提后進行礦料性能及級配分析，經(jīng)檢測礦料壓碎值、針片狀含量、砂當量等指標均符合路用性能要求。同時經(jīng)多次抽提篩分取各檔通過率平均值見下表3。

表3 RAP礦料級配

1.2 新集料性能

新集料性能如下表4所示。

表4 集料檢測結果

1.3 新瀝青的選定

根據(jù)《公路瀝青路面再生技術規(guī)范》JTG F41-2008中再生混合料對新瀝青的選擇，考慮RAP中回收瀝青老化程度較輕，瀝青標號仍采用SBS(I-D)改性瀝青。檢測結果見表5。

表5 SBS(I-D)改性瀝青檢測結果

1.4 填料及抗剝落劑的選擇

選定AMR抗剝落劑以0.3%的摻量黏附性為5級；熱再生混合料配合比選用的填料為礦粉，其視密度、粒度范圍、含水量、親水系數(shù)及加熱安定性檢測結果見表6。

表6 礦粉檢測結果

2 配合比設計

2.1 配合比試驗

為探索熱再生瀝青混合料在不同比例RAP摻配情況下的混合料性能，為選定合理的RAP摻配比例提供依據(jù)，確保熱再生瀝青路面的質量控制，本次配合比以0%、10%、20%、30%、40%五個比例的RAP摻量分別進行配合比試驗。

根據(jù)《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》JTG F40-2004密級配瀝青混凝土混合料礦料級配范圍要求，選定中粒式AC-16C級配范圍。RAP以10%、20%、30%、40%等比例與新礦料摻配，各規(guī)格的礦料摻配比例經(jīng)多次調整后選擇相對較優(yōu)的摻配比例為準，以下為各RAP摻量與新礦料合成級配表7。

表7 礦料組成比例及合成級配

圖1 RAP摻量10%級配曲線

圖2 RAP摻量20%級配曲線

圖3 RAP摻量30%級配曲線

圖4 RAP摻量40%級配曲線

由圖1至圖4可知，不同RAP摻量的礦料級配通過各篩孔礦料比例的調整均可滿足所選定的AC-16C混合料礦料級配范圍。

2.2 新瀝青用量的估算以RAP摻量為30%為例，按下列估算瀝青總用量：

式中，Pb為估計的混合料中的總瀝青用量(%)；a為2.36mm篩孔以上集料的比例(%)；b為通過2.36mm篩孔且留在0.075mm篩孔上集料的比例(%)；c為通過0.075mm篩孔礦料的比例(%)；F為常數(shù)，F(xiàn)=0-2.0，取決于集料的吸水率。K為系數(shù)，K=0.18，當0.075mm篩孔通過率為6%-10%時；K=0.20，當0.075mm篩孔通過率等于或小于5%時。

計算所得總瀝青用量為5.2%，再按下式計算新瀝青用量：

即瀝青總用量減除RAP中瀝青含量為新瀝青用量。

式中，Pnd為再生混合料的新瀝青用量；Pb為熱再生混合料總瀝青用量；Pob為RAP中的瀝青含量(%)；n為RAP摻配比例(%)。

以添加30%的RAP料為例以估算所得新瀝青用量4.06%為中值，選擇3.06%、3.56%、4.06%、4.56%、5.06%等五個新瀝青用量成型馬歇爾試件。通過五組馬歇爾試驗，確定最佳瀝青用量為4.06%。RAP摻量為10%、20%、40%以同樣估算及計算方法選定瀝青含量并分別成型馬歇爾試件。

2.3 馬歇爾試驗

根據(jù)表6礦料組成比例及合成級配表，按2.2中式1及式2計算各組熱再生混合料新瀝青用量，分別選定五組瀝青用量進行馬歇爾試件制作，各摻量瀝青混合料經(jīng)試驗選定最佳瀝青用量及混合料性能如表8所示。

表8 新礦料與RAP料各摻量混合料性能表

由以上試驗結果可知：

⑴RAP不同摻量的混合料密度與空隙率數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定，無明顯變化規(guī)律。表明各RAP摻量的混合料通過級配比例的調整與新混合料性能接近；

⑵通過車轍試驗可見動穩(wěn)定度隨著RAP摻量的增加而明顯呈增大趨勢，其高溫穩(wěn)定性能在不同RAP摻量情況下均可滿足要求；

⑶穩(wěn)定度隨著RAP摻量的增大呈上升趨勢，根據(jù)《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》JTG F40-2004技術標準只規(guī)定了穩(wěn)定度的下限而無上限控制。穩(wěn)定度的增大雖表明混合料力學強度的提高，但并不說明穩(wěn)定度值越高混合料性能就越好。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗分析，在流值無明顯變化規(guī)律的情況下，穩(wěn)定度過高也可能導致瀝青路面過早產(chǎn)生龜裂；

⑷隨著RAP摻量的增加混合料48h殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂強度比呈減弱趨勢，表明當RAP控制在30%以內(nèi)時，混合料水穩(wěn)定性能可滿足要求，RAP摻量增加至40%以上時，其水穩(wěn)性明顯下降。

3 結論

廠拌熱再生瀝青混合料配合比設計通過對RAP回收瀝青老化程度及礦料級配等方面的分析后進行優(yōu)化摻配比例、瀝青標號及用量的選擇及估算、確定各RAP摻量熱再生混合料最佳瀝青用量、混合料路用性能分析等基礎上，各地區(qū)及路段根據(jù)回收瀝青及礦料性能，推薦控制RAP摻配為30%的范圍內(nèi)進行熱再生瀝青混合料配合比設計及施工應用。而一旦回收瀝青出現(xiàn)明顯或嚴重老化則需要通過采用再生劑進行調整其熱再生混合料性能以達到理想的施工及技術要求。

[1]中華人民共和國交通部.JTGF40-2004,公路瀝青路面施工技術規(guī)范.

[2]中華人民共和國交通部.JTGF41-2008,公路瀝青路面再生技術規(guī)范.

[3]中華人民共和國交通部.JTG E20-2011,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程.