瀝青路面再生的原理

鄭 濤，肖 燕

(湖南文理學(xué)院,湖南 常德 415000)

0 前 言

瀝青路面的再生利用，既能夠節(jié)約大量的原材料，同時也保護(hù)了環(huán)境，符合我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。伴隨著瀝青路面的老化，路面開始出現(xiàn)各種病害，導(dǎo)致不能滿足交通荷載的正常需要，需要進(jìn)行保養(yǎng)，恢復(fù)路面的性能。了解瀝青路面老化的基本原理以及瀝青老化后的性能，有助于解決進(jìn)一步了解瀝青路面再生的原理。如何恢復(fù)舊瀝青路面的路用性能，是舊瀝青路面再生的關(guān)鍵，國際上已有的解決方案是可以通過添加再生劑來恢復(fù)舊瀝青混合料各方面的性能，滿足荷載需求。其中再生瀝青混合料的級配和最佳油石比設(shè)計(jì)影響著再生瀝青混合料的各方面性能，例如：抗剪強(qiáng)度、蠕變速率、破壞應(yīng)變、疲勞壽命以及其他馬歇爾技術(shù)指標(biāo)。

1 舊瀝青的性能評價(jià)

舊瀝青的物理性能主要可以用延度、軟化點(diǎn)、粘度以及針入度來表示，相關(guān)規(guī)范對瀝青這四項(xiàng)指標(biāo)有著明確的規(guī)定。表1為調(diào)查相關(guān)再生路段的老化瀝青性能指標(biāo)和瀝青性能的規(guī)范數(shù)值。

表1 再生路段的老化瀝青性能參數(shù)

舊瀝青相比于新瀝青，延度下降，軟化點(diǎn)升高，粘度增大，針入度下降。其中陜西西戶高速瀝青的15℃延度、軟化點(diǎn)、25℃針入度均偏離兩大國內(nèi)常用的瀝青品牌的技術(shù)要求，但程度不大，表明該公路自上一次養(yǎng)護(hù)完后，投入運(yùn)營時間較短。瀝青作為瀝青混合料中的主要粘結(jié)劑，當(dāng)延度不能滿足正常需要，易造成路面表面集料脫落，路面易出現(xiàn)裂縫。舊瀝青的性能越低，舊瀝青路面就越容易被損壞，導(dǎo)致路面出現(xiàn)不同程度、不同類型的破壞，以致不能正常使用。

2 水泥用量對瀝青混合料的影響

為了提高瀝青再生混合料的早期強(qiáng)度和水穩(wěn)定性，縮短工期，盡早通車，以及保證再生路面的承載能力，應(yīng)該向再生劑中添加一定量的水泥。實(shí)驗(yàn)證明，一般情況下，瀝青再生混合料的水泥添加劑量為5%～7%比較合適。如果需要進(jìn)一步提高冷再生瀝青混合料的早期強(qiáng)度，可以用相應(yīng)量的早強(qiáng)型硅酸鹽水泥代替普通鹽水泥。水泥的含量會極大地影響瀝青再生混合料的性能，影響再生路面的路用性能。

本實(shí)驗(yàn)將某路段銑刨料添加不同量的水泥，制作成馬歇爾試件和靜壓法成型的直徑為15 cm、高為15 cm的圓柱形試件，瀝青路面再生混合料中添加2.5%的泡沫瀝青，并且在相關(guān)規(guī)定的條件下保養(yǎng)60 h。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2(且根據(jù)規(guī)范要求，瀝青路面的劈裂強(qiáng)度不小于0.5 MPa)。

表2 不同水泥含量下的瀝青混合料的性能

數(shù)據(jù)表明：舊瀝青路面再生混合料中水泥的添加量增大，再生路面的強(qiáng)度和水穩(wěn)定性更好，但成本也會更高。表1中數(shù)據(jù)表明該再生瀝青路面在泡沫瀝青添加量為2.5%的情況下，該水泥添加量為2.0%最為合適。瀝青添加量的不同，達(dá)到規(guī)范所需要的水泥量也會不同，最經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方案就是添加水泥和瀝青的成本最小，且路面符合規(guī)范。

3 瀝青混合料級配的設(shè)計(jì)

瀝青老化嚴(yán)重，導(dǎo)致路面表面一些集料的自然脫落，以及車輛荷載和自然條件的影響下等原因造成路面一部分集料的損失。導(dǎo)致瀝青混合料的級配不符合要求，需要重新調(diào)整瀝青混合料的級配。瀝青混合料的級配在理論上反映了瀝青路面是否符合規(guī)定，并且也決定著再生瀝青路面混合料中舊瀝青路面混合料和新集料的相對添加量。選取中大粒徑集料含量分為高中低三檔制作試件級配3、級配2、級配1，進(jìn)行瀝青混合料路用性能實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3。

表3 不同級配瀝青混合料路面的性能

從表3的數(shù)據(jù)可以得出：瀝青混合料試件級配中較大粒徑集料較多時，試件的抗剪強(qiáng)度，破壞應(yīng)變明顯大于級配中細(xì)集料較多的試件，蠕變速率明顯小于級配中細(xì)集料較多的試件。這表明，級配中粗集料較多時，瀝青混合料試件的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂變形會更好；而級配中細(xì)集料較多的試件的疲勞性能較好。

再生瀝青混合料的級配設(shè)計(jì)需要符合實(shí)際情況，以舊料為依據(jù)。按照相關(guān)規(guī)定，然后再根據(jù)配合比添加新集料。

4 再生混合料的瀝青含量

瀝青的老化伴隨著瀝青中芳香分的緩慢氧化，芳香分減少，且瀝青中的不飽和鍵、不穩(wěn)定官能團(tuán)逐漸發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致分子間的作用力增大，從而使瀝青各方面物理性質(zhì)發(fā)生變化。想要重新將瀝青路面投入正常使用，就得使瀝青各組分之間的配比達(dá)到平衡，使瀝青各方面的性能恢復(fù)到正常水平。實(shí)驗(yàn)表明：只要恢復(fù)舊瀝青的粘度，將其調(diào)節(jié)到正常的范圍，就能恢復(fù)瀝青的其他各方面的性能。

用低粘度的油分來中和舊瀝青是非常簡便有效的方法，其中低粘度油分中要含有較高的芳香分，性能優(yōu)良的瀝青中芳香分為32%～60%。但是，需要注意的是，輕質(zhì)油既具有粘度低的特點(diǎn)，又容易揮發(fā)，所以不宜添加太多，易導(dǎo)致再生瀝青路面快速老化。

瀝青混合料中瀝青的含量可以用油石比來表示。研究表明油石比如果過大，會增加工程的成本，還可能使瀝青路面的路用性能下降，容易造成車轍等高溫病害；油石比如果偏小，導(dǎo)致集料之間的粘度不夠，易造成路面水損害等，造成瀝青路面的正常使用年限下降。因此，要確定一個合適的油石比。

測取油石比分比為5.7%、5.9%、6.1%、6.3%進(jìn)行瀝青混合料的性能研究。測得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明在一定程度內(nèi)，隨著油石比的增加，毛體積密度和穩(wěn)定度先增大后減少；集料間隙率先減小后增大；瀝青飽和度與油石比成正相關(guān)關(guān)系；孔隙率和流值與油石比成負(fù)相關(guān)關(guān)系。并且可以得出普通SMA_13瀝青混合料的最佳油石比為5.9%。

5 結(jié) 論

以往的研究表明，舊瀝青路面再生的原理基本可以分為這四部分，恢復(fù)舊瀝青的各項(xiàng)性能，確定瀝青再生混合料中水泥的添加量，調(diào)整舊瀝青混合料的級配，并設(shè)計(jì)合適的油石比。

1)舊瀝青路面的路面性能不能滿足需要時，要求對該路面進(jìn)行大修。并且大修前應(yīng)該對舊瀝青路面的瀝青性能進(jìn)行評價(jià)和測試，給路面再生提供一個原始數(shù)據(jù)，便于再生路面的設(shè)計(jì)和施工。

2)降低舊瀝青的粘度是恢復(fù)舊瀝青性能的有效方法，瀝青的粘度改變，瀝青的其他性能會發(fā)生相應(yīng)的變化。得出某舊瀝青路面泡沫瀝青添加量為2.5%時，水泥最佳用量為2.0%。水泥含量對瀝青混合料的影響很大，需要通過實(shí)驗(yàn)來確定最佳水泥添加量。

3)瀝青混合料的級配對瀝青路面的路面性能有很大影響。級配中粗集料較多時，瀝青混合料試件的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂變形會更好；而級配中細(xì)集料較多的試件的疲勞性能較好。

4)瀝青路面的油石比是瀝青路面的一個重要性能指標(biāo)。當(dāng)瀝青混合料的油石比為最佳時，能夠最好地發(fā)揮瀝青的作用。

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