就地?zé)嵩偕鸀r青混合料配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)及性能研究

張軍仁 張興軍 任小遇

(1 甘肅省張掖公路管理局，甘肅 張掖 734000；

2 甘肅省博士后創(chuàng)新實(shí)踐基地 甘肅恒達(dá)路橋工程集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730070；3 蘭州交通大學(xué) 甘肅省道路橋梁與地下工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730070)

就地?zé)嵩偕鸀r青混合料配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)及性能研究

張軍仁1張興軍2任小遇3

(1 甘肅省張掖公路管理局，甘肅 張掖 734000；

2 甘肅省博士后創(chuàng)新實(shí)踐基地 甘肅恒達(dá)路橋工程集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730070；3 蘭州交通大學(xué) 甘肅省道路橋梁與地下工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730070)

為了避免在瀝青路面就地?zé)嵩偕杏捎诩?jí)配設(shè)計(jì)不良導(dǎo)致的瀝青混合料出現(xiàn)離析、松散、粘接性能不佳和路用性能等問(wèn)題。通過(guò)對(duì)原路面材料進(jìn)行調(diào)查，掌握原材料級(jí)配及老化程度，根據(jù)調(diào)查結(jié)果對(duì)瀝青路面就地?zé)嵩偕牧线M(jìn)行級(jí)配優(yōu)化設(shè)計(jì)，控制再生劑用量、級(jí)配和最佳油石比，得到室內(nèi)配合比。在此基礎(chǔ)上對(duì)再生瀝青混合料進(jìn)行水穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性能檢測(cè)。試驗(yàn)結(jié)果表明通過(guò)對(duì)原有瀝青路面情況調(diào)查和就地?zé)嵩偕鸀r青混合料配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以得到路用性能優(yōu)良的再生瀝青混凝土路面。

道路工程；瀝青混合料；就地?zé)嵩偕?；配合比?yōu)化設(shè)計(jì)；性能研究

瀝青路面就地?zé)嵩偕鳛橐环N經(jīng)濟(jì)快捷的現(xiàn)代瀝青混凝土路面維修技術(shù)，它被越來(lái)越多的人所接受并廣泛應(yīng)用到淺層輕微病害的高速公路及一、二級(jí)公路瀝青路面表層的治理中。與傳統(tǒng)的瀝青路面維修方式相比，節(jié)約了大量的瀝青、砂石等原材料及運(yùn)輸費(fèi)用，大大降低了工程投資與施工費(fèi)用，同時(shí)廢料的再利用也解決了環(huán)境污染問(wèn)題，被稱(chēng)為綠色再生技術(shù)[1]。就地?zé)嵩偕夹g(shù)的節(jié)約、環(huán)保、優(yōu)質(zhì)和高效的特點(diǎn)更是符合“綠色交通”、“低碳經(jīng)濟(jì)”的發(fā)展要求[2]。由于就地?zé)嵩偕褂玫腞AP料摻量高、變異性大、不確定因素多等特點(diǎn)，會(huì)對(duì)再生的路用性能造成很大的影響，經(jīng)常出現(xiàn)級(jí)配設(shè)計(jì)不良造成的瀝青混合料離析、松散、層間連接和路用性能等問(wèn)題。

針對(duì)熱再生出現(xiàn)的問(wèn)題有必要進(jìn)行瀝青混合料的級(jí)配優(yōu)化設(shè)計(jì)和路用性能研究。 韓波等[3]研究認(rèn)為瀝青老化和級(jí)配衰變皆對(duì)地?zé)嵩偕鸀r青混合料性能產(chǎn)生影響，尤其是水穩(wěn)定性和低溫抗裂性；尤江[4]等綜合分析得出，再生瀝青混合料的各性能都與舊料摻配率和集料級(jí)配有密切關(guān)系，通過(guò)合理的級(jí)配設(shè)計(jì)的再生瀝青混合料各性能雖有所降低但都能滿(mǎn)足路面規(guī)范要求；黃曉明[5]等認(rèn)為應(yīng)充分考慮再生瀝青混合料的特點(diǎn)，針對(duì)性地提出再生瀝青和再生混合料的配合比設(shè)計(jì)方法。本文通過(guò)室內(nèi)模擬試驗(yàn)對(duì)熱再生瀝青混合料的配合比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和性能檢測(cè)，并結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行級(jí)配的驗(yàn)證和路用性能的實(shí)測(cè)，最終得到適合熱再生瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)，為工程建設(shè)提供參考依據(jù)。

1 原材料調(diào)查

試驗(yàn)段配合比設(shè)計(jì)使用的原材料有：SBS I-C改性瀝青、碎石、機(jī)制砂、某品牌的高性能再生劑等。

首先對(duì)回收后的舊瀝青進(jìn)行三大指標(biāo)的評(píng)價(jià)，以此為基準(zhǔn)在再生劑添加后進(jìn)行指標(biāo)對(duì)比。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。根據(jù)三大指標(biāo)測(cè)定結(jié)果綜合判定RAP中瀝青老化較嚴(yán)重。

由表1試驗(yàn)結(jié)果可知，老化后的瀝青針入度為26.0（0.1mm）、延度為1.2（5℃）/cm，兩個(gè)指標(biāo)變化非常大遠(yuǎn)低于技術(shù)要求。根據(jù)黃曉明，江瑞齡[6]的《瀝青路面就地?zé)嵩偕┕ぜ夹g(shù)指南》一書(shū)所述，當(dāng)針入度不低于20（0.1mm）時(shí)，經(jīng)過(guò)再生處理后，仍能滿(mǎn)足技術(shù)要求。

按T0722-1993中試驗(yàn)方法抽提后取得礦料級(jí)配，為拌制新混合料提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，原路面舊瀝青混合料部分粗集料破碎，致使既有混合料級(jí)配偏細(xì)。為了彌補(bǔ)混合料粒徑的細(xì)化，達(dá)到增大路面強(qiáng)度的目的，采用添加15%新料的方法進(jìn)行再生混合料配合比設(shè)計(jì)[7]。

2 地?zé)嵩偕鸀r青混合料級(jí)配的控制

2.1 再生劑摻量的控制

再生劑是瀝青路面再生工程中一項(xiàng)重要的外摻原材料，其作用是恢復(fù)已經(jīng)老化瀝青的各項(xiàng)技術(shù)使其接近至新瀝青水平。根據(jù)RAP中瀝青針入度測(cè)定值測(cè)算，再生劑摻量以2%的步長(zhǎng)上下浮動(dòng)，測(cè)定再生后瀝青的三大技術(shù)指標(biāo)，繪出曲線，綜合得出最佳摻量。

圖1 外摻瀝青混合料合成級(jí)配曲線圖

圖2 再生瀝青混合料合成級(jí)配圖

再生劑對(duì)老化瀝青性能有一定程度上的改善，隨著再生劑摻配比率的增大針入度增大，軟化點(diǎn)降低，延度增長(zhǎng)。當(dāng)再生劑摻入量為4%時(shí)，針入度和軟化點(diǎn)已達(dá)到SBS類(lèi)I-D瀝青指標(biāo)，并滿(mǎn)足《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》JTG F41-2008要求。

表2 再生瀝青技術(shù)指標(biāo)

2.2 再生混合料級(jí)配控制

依照AC-16級(jí)配要求，試配得到的外摻瀝青混合料合成級(jí)配曲線圖見(jiàn)圖1。外摻新瀝青混合料摻量為15%，RAP摻量為85%。再生瀝青混合料合成級(jí)配曲線圖見(jiàn)圖2。

外摻新瀝青混合料的油石比采用試拌的方法確定為4.0%，按設(shè)計(jì)礦料比例配料，采用4種油石比進(jìn)行體積指標(biāo)試驗(yàn)[8]。

分析AC-16設(shè)計(jì)級(jí)配體積指標(biāo)及穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果可得，當(dāng)油石比從4.6%～5.5%變化時(shí)，飽和度和流值隨油石比增大而增大，油石比為5.5%時(shí)飽和度超過(guò)65%～75%的技術(shù)要求。綜合分析最佳油石比應(yīng)在4.6%～5.2%

2.3 最佳油石比的控制

采用4.6%、4.9%、5.2%和5.5%這四種油石比，制成馬歇爾試件，對(duì)試件進(jìn)行穩(wěn)定度和空隙率試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 礦料配比、油石比、瀝青摻量和再生劑摻量

作圖分析可知，試件最大毛體積相對(duì)密度、最大穩(wěn)定度、目標(biāo)空隙率中值及飽和度范圍中值所對(duì)應(yīng)的油石比分別為5.2%、4.9%、4.75%和4.9%，四者均值為4.94%，即OAC1為4.94%。由各項(xiàng)指標(biāo)與油石比的關(guān)系圖可得符合各指標(biāo)要求的油石比范圍為4.6%～5.05%，其中值為4.83%，即為OAC2，OAC1與OAC2的平均值為4.88%，且OAC1在OACmin與OACmax之間，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和項(xiàng)目所在地區(qū)氣候條件取油石比4.9%為設(shè)計(jì)油石比。

表4 瀝青混合料體積性質(zhì)表

2.4 配合比設(shè)計(jì)結(jié)果

結(jié)合前期的理論分析和后期的工程實(shí)踐對(duì)AC-16型就地?zé)嵩偕鸀r青混合料進(jìn)行目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3。

切割取樣進(jìn)行AC-16型就地?zé)嵩偕鸀r青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)，外摻瀝青混合料占再生瀝青混合料的比例為15%，再生劑的摻量為RAP瀝青的4%；外摻新瀝青為RAP瀝青的4.8%。

根據(jù)上述試驗(yàn)分析，選擇設(shè)計(jì)油石比為4.9%，相對(duì)應(yīng)的瀝青混合料性質(zhì)如表4所示。

3 瀝青混合料性能檢測(cè)

3.1 水穩(wěn)定性檢測(cè)

根據(jù)浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果可知?dú)埩舴€(wěn)定度MSO為87.9%，大于80%的技術(shù)要求；同樣凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果TSR為84.7%，遠(yuǎn)大于75%的技術(shù)要求。綜合浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果可得再生瀝青混合料滿(mǎn)足水穩(wěn)定性要求。

3.2 高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)

在溫度為60.0±1℃，壓強(qiáng)為0.7±0.05MPa的試驗(yàn)條件下進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)。從車(chē)轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定結(jié)果來(lái)看，三組試件的動(dòng)穩(wěn)定度平均值為3452（次/mm）大于2400（次/mm）的要求，且變異系數(shù)為8.1%，低于20%的要求。綜上所述設(shè)計(jì)的再生瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性能良好，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

試驗(yàn)結(jié)論如下：

1）回收RAP中瀝青油石比為4.6%，回收瀝青的針入度為25.0（0.1mm），軟化點(diǎn)為69.0℃，15℃延度為2.6cm。綜合以上結(jié)果判定RAP中瀝青老化較嚴(yán)重。

2）切割取樣進(jìn)行AC-16型就地?zé)嵩偕鸀r青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)，外摻瀝青混合料占再生瀝青混合料的比例為15%，再生劑的摻量為RAP瀝青的4%；外摻SBS I-C改性新瀝青為RAP瀝青的4.8%。通過(guò)對(duì)四種油石比的馬歇爾試件進(jìn)行穩(wěn)定度和空隙率試驗(yàn)，得出4.9%為最佳油石比。

3）再生的瀝青混合料經(jīng)浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)和車(chē)轍試驗(yàn)檢測(cè)，得出所設(shè)計(jì)的再生混凝土配合比滿(mǎn)足規(guī)范要求且水穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性能良好。

[1]李波，楊小龍，李曉輝.瀝青超薄磨耗層材料回收再利用及其性能評(píng)價(jià)[J].中外公路, 2014,34(3):283-286.

[2]劉振興.海南省現(xiàn)場(chǎng)熱再生瀝青路面施工工藝及質(zhì)量控制研究[D].長(zhǎng)沙理工大學(xué),2009.

[3]韓波,劉強(qiáng),于斌,張利東,倪富健.就地?zé)嵩偕匣癁r青混合料性能評(píng)價(jià)[J].公路,2016,（07）:274-280.

[4]尤江.再生瀝青混合料的設(shè)計(jì)及路用性能試驗(yàn)研究[D].重慶交通大學(xué),2015.

[5]黃曉明,趙永利,江臣.瀝青路面再生利用試驗(yàn)分析[J].巖土工程學(xué)報(bào),2001,23（04）:468-471.

[6]黃曉明，江瑞齡.瀝青路面就地?zé)嵩偕┕ぜ夹g(shù)指南[M].北京：人民交通出版社，2007.

[7]李波，李曉輝，楊小龍.瀝青路面回收材料再生性能評(píng)價(jià)[J].中外公路,2014,34(5):267-269.

[8]叢卓紅,鄭南翔.瀝青混合料級(jí)配優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2007,27(3):15-19.

國(guó)檢集團(tuán)入選首批“國(guó)家級(jí)標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證檢驗(yàn)檢測(cè)點(diǎn)”試點(diǎn)單位

為貫徹落實(shí)《國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》（國(guó)辦發(fā)〔2015〕89號(hào)）中關(guān)于加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證能力建設(shè)、建設(shè)國(guó)家級(jí)標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證點(diǎn)的相關(guān)要求，做好標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證點(diǎn)建設(shè)工作，進(jìn)一步探索標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證點(diǎn)工作模式和機(jī)制，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)委于2017年7月17日下發(fā)了《國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委辦公室關(guān)于下達(dá)第一批國(guó)家級(jí)標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證檢驗(yàn)檢測(cè)點(diǎn)試點(diǎn)的通知》（標(biāo)委辦綜合〔2017〕122號(hào)），批準(zhǔn)了第一批20家國(guó)家級(jí)標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證檢驗(yàn)檢測(cè)點(diǎn)試點(diǎn)單位，覆蓋電子、皮革、紡織、化工等領(lǐng)域，國(guó)檢集團(tuán)負(fù)責(zé)建筑材料和無(wú)機(jī)非金屬新材料領(lǐng)域的驗(yàn)證試點(diǎn)工作，將為相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制修訂提供標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證服務(wù)。

獲批后，CTC將積極開(kāi)展試點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證工作，細(xì)化試點(diǎn)實(shí)施方案，分解試點(diǎn)工作任務(wù)，在標(biāo)準(zhǔn)制修訂和實(shí)施過(guò)程中為標(biāo)準(zhǔn)的核心內(nèi)容、關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)提供實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證服務(wù)，逐步探索形成標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證點(diǎn)的運(yùn)行模式，規(guī)范產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和方法標(biāo)準(zhǔn)的驗(yàn)證流程，不斷完善標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證工作機(jī)制和服務(wù)模式，為標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證工作在全國(guó)推廣打好基礎(chǔ)。

Optimum design and performance study on mix proportion of hot in-place recycling asphalt mixture

In order to avoid the problems of segregation,loosening,poor bonding performance and road performance of asphalt mixture due to poor design of gradation in the process of hot in-place recycling mixture for asphalt pavement,In this paper,the gradation and the aging degree of raw material are researched.Based on the survey results,optimization design is done for the the gradation on the material of hot in-place recycling asphalt pavements,including control the amount of the regenerant and gradation and the optimum ratio of the whey,finally the indoor proportion is obtained.On the basis,the performances,including water stability,high temperature stability are tested.The experimental results show that the recycled asphalt concrete pavement with excellent road performance can be obtained by researching the original asphalt pavement and proportion optimizing design for the hot in-place recycling asphalt mixture.

road engineering；asphalt mixture；hot in-place recycling；proportion optimizing design；performance study

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1003-8965(2017)04-0040-03