就地?zé)嵩偕鶶MA路面路用性能試驗研究

周志剛 劉宇 段躍華 李聰

摘要：為了充分利用既有SMA瀝青路面，文章通過就地?zé)嵩偕夹g(shù)，在研究既有SMA路面的原材料組成、瀝青老化現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，添加新材料確定再生混合料級配，并基于骨架最緊密狀態(tài)，優(yōu)化設(shè)計了SMA-13瀝青混合料配合比。研究結(jié)果表明：SMA再生瀝青混合料各項路用性能均滿足相關(guān)規(guī)范要求，且有更好的高溫穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：SMA-13;就地?zé)嵩偕?最緊密狀態(tài);路用性能

中圖分類號：U416.26 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.08.001

文章編號：1673-4874（2019）08-0001-04

0引言

我國目前擁有高速公路總里程已超過13萬km，居世界第一位。經(jīng)過近30年的快速發(fā)展，我國高速公路已進(jìn)入大規(guī)模的維修養(yǎng)護(hù)時期。隨著資源不斷枯竭，充分利用廢舊瀝青路面材料的再生技術(shù)，已成為公路養(yǎng)護(hù)工作的重要研究方向。SMA瀝青路面以較好的表面抗滑性能、優(yōu)良的耐久性和高溫抗車轍能力成為國內(nèi)外普遍使用的高速公路路面層結(jié)構(gòu)。鐘瑞文等在沈大高速公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中，應(yīng)用就地?zé)嵩偕夹g(shù)處理了既有SMA路面的車轍問題。趙博等在連徐高速公路實(shí)體工程應(yīng)用中，采用就地?zé)嵩偕夹g(shù)處理SMA路面，提高了路面的行車舒適性和安全性。由于SMA瀝青路面結(jié)構(gòu)和材料的特殊性，在就地?zé)嵩偕鷷r，其技術(shù)難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通熱拌瀝青混合料路面的就地?zé)嵩偕夹g(shù)。對性能退化的SMA瀝青路面進(jìn)行就地?zé)嵩偕哂辛己玫纳鐣б婧徒?jīng)濟(jì)效益，符合綠色公路的發(fā)展理念。

本文以柳州（鹿寨）至南寧段高速公路改擴(kuò)建工程作為依托，優(yōu)化了SMA-13瀝青混合料配合比，并成功用于就地?zé)嵩偕鷮?shí)際工程中，取得了良好的效果。

1舊路材料分析

1.1原路面瀝青及瀝青混合料性能分析

本文試驗所使用的原路面瀝青混合料為柳南高速現(xiàn)場取樣材料，混合料類型為SMA-13，混合料粗集料為英安巖，英安巖密度較小。依據(jù)相關(guān)規(guī)范，分別對其級配、油石比、瀝青老化現(xiàn)狀以及混合料體積指標(biāo)四個方面進(jìn)行試驗并對其性能進(jìn)行評價。原路面瀝青混合料的級配試驗結(jié)果見表1、瀝青試驗結(jié)果見表2、混合料試驗結(jié)果見表3。

通過表1抽提篩分試驗得出，瀝青混合料油石比為6.0%，含量稍低于原設(shè)計值6.2%。粗集料9.5mm、4.75mm篩孔的通過率偏高，即比設(shè)計值偏細(xì)，主要是由于經(jīng)過多年的運(yùn)營，路面經(jīng)過反復(fù)的重載碾壓，集料被壓碎，導(dǎo)致路面級配細(xì)化。2.36mm及以下篩孔通過率偏高，也與路面集料細(xì)化相關(guān)。因此，若要恢復(fù)路面性能，就需要通過添加新瀝青和新集料來優(yōu)化原路面瀝青混合料的油石比和級配。

從表2中瀝青老化試驗結(jié)果可以看出，瀝青的針入度由原來的55下降到21，軟化點(diǎn)由原來的78下降到68.5，延度由原來的56.5下降到0。由于經(jīng)過10年左右的運(yùn)營，路面在陽光、空氣、雨水以及車輛荷載作用下，瀝青出現(xiàn)嚴(yán)重的老化，導(dǎo)致路面針入度降低、延度嚴(yán)重下降。此外，瀝青軟化點(diǎn)也降低，這是因為原瀝青為SBS改性瀝青，在運(yùn)營過程中改性瀝青中的SBS出現(xiàn)老化降解，降低了瀝青黏性。表3可以看到，將原瀝青混合料重新成型后得到的馬歇爾試件空隙率偏大，這也說明原路面瀝青混合料老化較為嚴(yán)重，需要通過添加再生劑還原老化瀝青的性能，改善原路面瀝青混合料的力學(xué)性能。

1.2再生試驗分析

將回收后的瀝青分別加入不同比例的再生劑，分析瀝青性能恢復(fù)情況，結(jié)果見表4。

由表4可以看出，添加再生劑后，瀝青的性能得到了恢復(fù)。當(dāng)添加3%的再生劑時，瀝青性能恢復(fù)得較差，針入度只有32（0.1mm）;添加8%再生劑后，雖然針入度指標(biāo)符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，但是軟化點(diǎn)只有49℃，不能滿足重載交通道路的需求;添加5%再生劑的瀝青針入度為45（0.1mm），軟化點(diǎn)為55.5℃，得到的瀝青指標(biāo)適合路面再生。

對原路面瀝青混合料摻加不同比例再生劑和新SBS改性瀝青進(jìn)行馬歇爾試驗，根據(jù)經(jīng)驗，摻加的新SBS改性瀝青按油石比0.3%計，試驗結(jié)果見表5。

由表5可知，在原路面瀝青混合料中摻加不同比例的再生劑和新SBS瀝青試驗中，加入瀝青用量5%的再生劑的同時添加集料質(zhì)量0.3%的SBS改性瀝青的舊瀝青混合料馬歇爾試件空隙率較為適合，其馬歇爾穩(wěn)定度、流值也滿足規(guī)范要求，初步確定SMA-13瀝青路面舊料添加的再生劑用量為原路面瀝青用量的5%，添加新瀝青用量為瀝青混合料的0.3%。

2SMA再生瀝青混合料配合比分析

2.1級配調(diào)整及優(yōu)化

由于舊路面在使用過程出現(xiàn)集料細(xì)化現(xiàn)象，需要在舊路面中添加新集料，并適當(dāng)增加粗集料的比例。根據(jù)經(jīng)驗，就地?zé)嵩偕x擇的新集料比例一般≤30%。在選擇級配結(jié)構(gòu)時，根據(jù)原路面瀝青混合料抽提后篩分結(jié)果，再結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗，本項目新料摻配比例定為25%，原路面瀝青混合料比例定為75%，以改善原路面礦料級配。新集料粗骨料為輝綠巖，細(xì)集料為石灰?guī)r，篩分和密度如表6所示。

由表6可以看到，新集料合成級配4.75mm通過率較低，主要目的就是為再生瀝青混合料創(chuàng)造骨架結(jié)構(gòu)。

按照新集料摻量為25%、舊料為75%的合成比例，優(yōu)化改善再生瀝青混合料的級配。最終確認(rèn)的合成級配表見表7。

由表7可知，考慮到新料的添加量有限及就地?zé)嵩偕目刹僮餍?，通過級配調(diào)整，調(diào)整優(yōu)化后的級配組成更合理，更能滿足道路使用要求。

2.2最佳油石比的確定

2.2.1骨架最緊密狀態(tài)設(shè)計

在級配基本確定并已形成骨架之后，按骨料的最緊密狀態(tài)確定相應(yīng)的再生瀝青混合料瀝青用量，骨料之間的緊密程度可以用礦料間隙（VMA）來表征。本節(jié)對不同油石比的再生瀝青混合料進(jìn)行了馬歇爾試驗，從體積指標(biāo)出發(fā)選擇骨架最緊密狀態(tài)下的油石比，試驗結(jié)果如表8所示。

由表8可以看到，當(dāng)新料油石比為5.6%，即合成的再生瀝青混合料的油石比為6.1%時，再生SMA-13瀝青混合料的空隙率為3.7%，符合設(shè)計的3.0%～4.0%的要求。同時也可以看到，隨著再生混合料油石比的增加，礦料間隙率先減小后增大。這是因為當(dāng)油石比較小時增加油石比，會使瀝青在一定程度上填充混合料中的空隙，導(dǎo)致混合料的礦料間隙率減小;但當(dāng)油石為6.1%時繼續(xù)增加油石比，過多的瀝青在混合料中充當(dāng)“潤滑劑”的角色，使得原來接觸的骨料被撐開，破壞了原來的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)。由此可以確認(rèn)，再生混合料油石比為6.1%是為骨架最緊密狀態(tài)下的油石比。

2.2.2SMA再生瀝青混合料性能驗證

本節(jié)對不同油石比的瀝青混合料進(jìn)行浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗、車轍試驗、小梁彎曲試驗，以驗證不同油石比再生瀝青混合料的路用性能，試驗結(jié)果見表9。

由表9可以看到，再生混合料的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度隨著油石比的增加而增大，且都符合規(guī)范要求，這說明恰當(dāng)?shù)卦黾佑褪瓤梢栽黾踊旌狭系目顾畵p害性能。另外從動穩(wěn)定度的結(jié)果可以看出，隨著油石比的增加，DS隨之先增加后減小，這和表8中礦料間隙率的變化規(guī)律一致，可以說明在最緊密狀態(tài)的油石比下再生混合料有著更好的高溫穩(wěn)定性。

3工程應(yīng)用

按照上述的再生配合比，以柳南高速改擴(kuò)建項目為工程依托，進(jìn)行了SMA瀝青路面就地?zé)嵩偕囼灺蜂佒?，對鋪筑之后路面的?gòu)造深度、滲水系數(shù)、平整度、彎沉值等指標(biāo)進(jìn)行檢測，并鉆芯取樣檢測壓實(shí)度。檢測數(shù)據(jù)見表10。

由表10可知，設(shè)計的再生SMA瀝青路面各項性能滿足相關(guān)規(guī)范要求，施TT藝合理，就地?zé)嵩偕夹g(shù)可以成功應(yīng)用于既有SMA瀝青路面。

4結(jié)語

通過對既有SMA-13瀝青路面的原材料分析，基于最緊密狀態(tài)優(yōu)化設(shè)計了SMA-13再生瀝青混合料，并將優(yōu)化后的配合比運(yùn)用于實(shí)際工程，取得良好的效果。主要結(jié)論如下：

（1）既有SMA-13瀝青路面在運(yùn)營一段時間后，級配出現(xiàn)較為嚴(yán)重的細(xì)化現(xiàn)象，應(yīng)添加以粗骨料為主體的新集料改善混合料級配。

（2）既有路面瀝青老化嚴(yán)重，應(yīng)在再生瀝青混合料配合比設(shè)計中重點(diǎn)改善。

（3）對于不同油石比下的再生瀝青混合料，其中最緊密狀態(tài)的SMA-13瀝青混合料具有更好的高溫穩(wěn)定性，且其他各項性能均達(dá)到了規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

（4）實(shí)際工程應(yīng)用表明，最緊密狀態(tài)下的再生瀝青混合料可以形成良好的骨架，其各項檢測指標(biāo)都符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。