SMA瀝青混合料就地?zé)嵩偕浜媳仍O(shè)計(jì)與應(yīng)用

鄒雁飛，王 玲

(1.東莞市經(jīng)緯公路工程有限公司，廣東 東莞 523837；2.東莞市路橋投資建設(shè)有限公司，廣東 東莞 523000)

0 引言

就地?zé)嵩偕墙陙?lái)國(guó)內(nèi)發(fā)展較快的一種瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)。該技術(shù)采用專用的就地?zé)嵩偕O(shè)備，對(duì)瀝青路面進(jìn)行加熱、銑刨，就地?fù)饺胍欢〝?shù)量的新瀝青、新瀝青混合料、再生劑等，經(jīng)熱拌和、攤鋪、碾壓等工序，實(shí)現(xiàn)對(duì)表面一定深度范圍內(nèi)的舊瀝青混凝土路面再生的目的。就地?zé)嵩偕夹g(shù)能夠修復(fù)瀝青路面車轍病害，恢復(fù)瀝青路面平整度、抗滑等使用性能。

莞深高速公路北起東莞市石碣鎮(zhèn)、南至深圳市龍華區(qū)觀瀾街道，已建成通車多年。由于交通量大，在大量行車荷載以及高溫多雨的氣候條件作用下，瀝青路面表層出現(xiàn)車轍、剝落、裂縫和局部坑槽等病害。然而該路段路基強(qiáng)度較高、路面質(zhì)量較好，病害主要集中在瀝青面層，采用就地?zé)嵩偕夹g(shù)能夠修復(fù)表面病害，恢復(fù)瀝青路面的物理力學(xué)性能。本文介紹了原材料及級(jí)配、配合比設(shè)計(jì)和路用性能等方面的工程應(yīng)用與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 原材料

1.1 原瀝青路面狀況

瀝青混合料就地?zé)嵩偕^程中新添加的瀝青混合料占比較少，對(duì)再生瀝青混合料只起到調(diào)節(jié)作用，大多數(shù)為原路面的瀝青混合料，因此原瀝青路面的狀況對(duì)就地?zé)嵩偕鸀r青混合料的性能有較大影響。通過按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)取樣，對(duì)芯樣進(jìn)行抽提篩分，確定原瀝青路面SMA-13的級(jí)配和油石比，同時(shí)對(duì)抽提后的舊瀝青指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試。

通過取芯獲取舊路面的級(jí)配，以芯樣和對(duì)應(yīng)的路面板多次進(jìn)行燃燒、抽提后，篩分得到原SMA-13路面級(jí)配各個(gè)篩孔通過率平均值(表1)，舊瀝青的含量及性能見表2。

表1 舊料抽提篩分結(jié)果

表2 舊料瀝青含量及性能

1.2 新瀝青和新集料

分別采用針入度、軟化點(diǎn)、延度評(píng)價(jià)新瀝青性能，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 瀝青性能試驗(yàn)結(jié)果

從料場(chǎng)直接選取粗細(xì)集料及礦粉，采用四分法對(duì)所取集料進(jìn)行水洗篩分，測(cè)定集料的級(jí)配，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 新集料篩分結(jié)果

2 SMA瀝青混合料就地?zé)嵩偕浜媳仍O(shè)計(jì)

2.1 新料摻量估算

新料添加百分率與凈截面積的關(guān)系：

A=S/Sx×100

(1)

式中：A為新料添加百分率(%)，Sx為銑刨層的斷面面積(cm2)，一般取厚度4cm、寬度375cm。

將凈截面積與斷面最大車轍的關(guān)系式代入式(1)，得到新料添加百分率與車轍的關(guān)系式：

A=0.0335m2+4.35

(2)

式中：m為車轍深度(mm)，車轍深度范圍在5～25mm之間。

在實(shí)際工程應(yīng)用階段，發(fā)現(xiàn)新料添加量比公式計(jì)算的要大一些。經(jīng)分析，可能是因?yàn)榫偷責(zé)嵩偕┕ゃ娕偌愉伜髩郝窓C(jī)的碾壓作用導(dǎo)致，并且在實(shí)際施工后，路面標(biāo)高會(huì)有略微增加。經(jīng)過修正，公式改為：

A=0.0335m2+4.35+2.5h

(3)

式中：h為路面標(biāo)高提升值(mm)，一般取2mm。

根據(jù)原路面圖紙上的車轍深度情況，確定就地?zé)嵩偕铝系膿搅糠秶鸀?%～14%，平均摻量為10%，因此采用10%新料摻量的SMA-13就地?zé)嵩偕浜媳仍O(shè)計(jì)。

2.2 再生混合料級(jí)配設(shè)計(jì)

根據(jù)RAP規(guī)格料、粗細(xì)集料、礦粉篩分試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合以往工程施工經(jīng)驗(yàn)，擬定了A、B兩個(gè)級(jí)配。礦料合成級(jí)配計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 設(shè)計(jì)配合比礦料級(jí)配組合設(shè)計(jì)

就地?zé)嵩偕聻r青由新料瀝青和外加瀝青兩部分組成，其中新料瀝青占新拌料的5.0%，外加瀝青由混合料瀝青用量確定。根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)中配合比設(shè)計(jì)過程的要求，以6.55%、6.85%、7.15%、7.45%、7.75%五組瀝青用量(含再生劑)進(jìn)行再生瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)，各瀝青用量的新瀝青含量見表6。

表6 不同瀝青用量中的新瀝青用量

以外摻再生劑的方式恢復(fù)RAP料舊瀝青指標(biāo)性能，保證再生瀝青混合料的性能，再生劑用量為舊瀝青混合料質(zhì)量比4%。室內(nèi)試驗(yàn)拌和工藝為：小拌鍋溫度設(shè)定為160℃，試驗(yàn)中先將新瀝青與集料拌和至均勻狀態(tài)，然后將拌制好的瀝青混合料放置烘箱中保溫。制備再生瀝青混合料時(shí)，首先將再生劑加入RAP料中拌合90s，然后加入新拌瀝青混合料拌和90s，最后加入新瀝青拌和90s。試件成型溫度為140℃。

2.3 瀝青用量(含再生劑)的確定

根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)中配合比設(shè)計(jì)過程的要求，A、B兩種級(jí)配分別以6.55%、6.85%、7.15%、7.45%、7.75%五組瀝青用量(含再生劑)進(jìn)行再生瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

通過表7，比較分析A、B級(jí)配在不同瀝青用量(含再生劑)的各項(xiàng)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)級(jí)配B較為密實(shí)，綜合考慮再生瀝青混合料密度、空隙率、礦料間隙率、有效瀝青飽和度、穩(wěn)定度、流值等指標(biāo)，暫定級(jí)配A為本次試驗(yàn)的目標(biāo)級(jí)配。

橫向比較設(shè)計(jì)級(jí)配在不同瀝青用量(含再生劑)下的各項(xiàng)馬歇爾試驗(yàn)指標(biāo)，結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，確定設(shè)計(jì)級(jí)配的最佳瀝青用量(含再生劑)為混合料重量比的7.1%，進(jìn)行再生瀝青混合料性能驗(yàn)證試驗(yàn)。

3 就地?zé)嵩偕鸀r青混合料路用性能

3.1 低溫性能

為檢驗(yàn)SMA-13再生瀝青混合料的低溫抗裂性能，按照試驗(yàn)要求對(duì)級(jí)配A在7.1%的瀝青用量和4%再生劑用量下進(jìn)行再生瀝青混合料劈裂試驗(yàn),測(cè)得再生后的SMA-13瀝青混合料的平均劈裂抗拉強(qiáng)度為3.15MPa。

3.2 水穩(wěn)定性

采用浸水殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo),檢驗(yàn)級(jí)配A受水損害時(shí)抵抗剝落的能力。浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果見表8和表9。

表8 浸水馬歇爾試驗(yàn)

表9 凍融劈裂試驗(yàn)

從表8和表9可以看出，級(jí)配A在7.1%瀝青用量和4%再生劑用量下，滿足規(guī)范有關(guān)改性瀝青混合料浸水殘留穩(wěn)定度≥85%和改性瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度≥80%的設(shè)計(jì)要求。

3.3 高溫性能

為檢驗(yàn)SMA-13再生瀝青混合料的高溫抗車轍能力，按照試驗(yàn)要求對(duì)級(jí)配A下的再生瀝青混合料進(jìn)行車轍試驗(yàn)，測(cè)試了混合料試件的動(dòng)穩(wěn)定度。再生后的SMA-13瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度的平均值為6 594次/mm，滿足規(guī)范有關(guān)改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度≥2 800次/mm的設(shè)計(jì)要求。

綜上所述，SMA-13就地?zé)嵩偕鸀r青混合料中以新集料和舊集料的比例為1:9、在7.1%的瀝青用量和4%再生劑用量下，按照級(jí)配A成型的再生混合料空隙率為3.4%，劈裂強(qiáng)度為3.15 MPa，浸水殘留穩(wěn)定度為97.35%，凍融劈裂強(qiáng)度比為92.25%，動(dòng)穩(wěn)定度為6 594次/mm，各項(xiàng)性能試驗(yàn)結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論

本文以莞深高速公路專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)工程為例，在分析原SMA瀝青路面的基礎(chǔ)上，采用馬歇爾試驗(yàn)方法確定了SMA瀝青混合料就地?zé)嵩偕呐浜媳?。主要結(jié)論：

(1)就地?zé)嵩偕鸀r青混合料中新料的摻量與原路面車轍深度的關(guān)系式為A=0.0 335m2+4.35+2.5h，按此式計(jì)算就地?zé)嵩偕鸀r青混合料中新集料和舊集料的比例為1:9。

(2)SMA-13就地?zé)嵩偕鸀r青混合料的瀝青用量為7.1%，新料瀝青用量為0.5%，新加瀝青用量為0.6%。

(3)按照級(jí)配A成型的再生混合料體積指標(biāo)和路用性能指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，可作為工程設(shè)計(jì)級(jí)配參考借鑒。