ATB-25再生混合料用于瀝青路面大修病害處治應(yīng)用研究

陳 飛， 席貴東

(1.招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司， 重慶 400067； 2.山區(qū)道路工程與防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室， 重慶 400067； 3.重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司， 重慶 400067)

根據(jù)交通運(yùn)輸部《2020年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報》，截至2020年末，全國公路總里程達(dá)到519.81萬km，高速公路總里程達(dá)到16.1萬km，其中，70%以上的高等級公路為瀝青路面結(jié)構(gòu)。當(dāng)前，我國瀝青路面養(yǎng)護(hù)維修產(chǎn)生的瀝青混合料回收料(RAP)高達(dá)上千萬噸/年[1-2]，且隨著養(yǎng)護(hù)維修規(guī)模不斷增加，產(chǎn)生的RAP將會越來越多，此既占用存放空間資源，又會造成環(huán)境污染[3]。隨著環(huán)保理念的深入，破山取料的難度加大，砂石骨料的價格不斷上漲，致使公路建養(yǎng)成本不斷增加。因此，如何對RAP再生利用及其全面推廣應(yīng)用，將是今后一個持續(xù)研究的熱點(diǎn)問題[3-4]。

廠拌熱再生技術(shù)是目前國內(nèi)研究和應(yīng)用最廣泛的再生技術(shù)[5-10]。郭浩等[8]研究表明，與常規(guī)熱拌瀝青混合料相比，再生ATB-25瀝青混合料再生抗車轍能力增強(qiáng)，且經(jīng)濟(jì)效益明顯。彭超杰[9]對再生ATB-25瀝青碎石混合料的研究表明，瀝青混凝土的高溫性能隨再生粗骨料摻量的增加先增后減，且對瀝青混凝土的低溫性能和抗疲勞性能有一定的負(fù)面影響。廖湘南[10]對再生ATB-25瀝青碎石混合料設(shè)計方法和路用性能的研究表明，再生粗骨料摻量的增加會引起最佳瀝青用量的增加，但對有效瀝青含量、粉膠比等沒有影響，且在一定范圍內(nèi)，增加再生粗骨料摻量對高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性具有積極作用。

黃允江、胡婷、楊博等[11-13]研究表明，采用廠拌熱再生ATB-25瀝青混合料進(jìn)行路面大修結(jié)構(gòu)調(diào)平及半剛性基層病害開挖修補(bǔ)具有以下優(yōu)勢：一是比半剛性材料修補(bǔ)效率高，無需養(yǎng)護(hù)，有利于提高路面大修效率；二是可增加瀝青層的整體厚度，有利于提高路面結(jié)構(gòu)壽命；三是與再生AC-25瀝青混合料相比，更節(jié)省瀝青用量。為此，本文基于工程實(shí)際中RAP料的特性及因軟基引起路面不均勻沉降的特征，開展廠拌熱再生ATB-25瀝青混合料用于路面結(jié)構(gòu)層大修加鋪調(diào)平，以及局部原瀝青面層與半剛性基層病害開挖修補(bǔ)處治等方面的研究，為其在路面大修工程項(xiàng)目的實(shí)施及推廣應(yīng)用提供技術(shù)支持。

1 材料技術(shù)指標(biāo)

試驗(yàn)原材料來自G15 沈海高速公路溫州段大修項(xiàng)目。RAP為原路面 AC-25(Ⅰ)型下面層粗粒式瀝青混合料；新瀝青采用殼牌70#道路石油瀝青；新集料采用當(dāng)?shù)啬規(guī)r，其規(guī)格分為 0 mm～5 mm、5 mm～10 mm、10 mm～15 mm、15 mm～30 mm四檔。

1.1 RAP技術(shù)指標(biāo)

按照J(rèn)TG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》及JTG E20—2005《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定的方法測試RAP技術(shù)性能，結(jié)果見表1。

由表1可知，RAP測試結(jié)果滿足JTG/T 5521—2019《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》中相關(guān)要求。

表1 RAP技術(shù)指標(biāo)

1.2 新料技術(shù)指標(biāo)

對新瀝青及粗、細(xì)集料主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測試，結(jié)果見表2、表3。

由表2、表3可知，測試結(jié)果符合JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中相關(guān)要求。

表2 殼牌70#石油瀝青技術(shù)指標(biāo)

表3 新集料技術(shù)指標(biāo)

2 再生ATB-25瀝青混合料設(shè)計

2.1 級配設(shè)計

由于依托工程原路面多年來采用了各類瀝青混合料加鋪調(diào)平，可能造成銑刨的RAP變異性較大，因此，配合比設(shè)計時對RAP選擇中等摻量(30%以內(nèi))，以保證ATB-25再生混合料性能相對穩(wěn)定。

采用馬歇爾設(shè)計方法，對4檔凝灰?guī)r集料、石灰?guī)r礦粉以及回收的RAP進(jìn)行再生瀝青混合料級配設(shè)計，確定各檔礦料的摻配比例為15 mm～30 mm∶10 mm～15 mm∶0 mm～5 mm∶礦粉∶RAP=40∶8.6∶17.4∶4∶30，因RAP中5 mm～10 mm規(guī)格集料含量較多，故未摻加此規(guī)格新集料，合成級配見表4。

表4 ATB-25再生瀝青混合料級配設(shè)計

從表4可知，ATB-25再生混合料合成級配處于級配的上下限范圍內(nèi)。

2.2 油石比確定及路用性能驗(yàn)證

采用馬歇爾方法進(jìn)行油石比設(shè)計，總油石比選用3.0%、3.3%、3.6%、3.9%、4.2%，與此對應(yīng)的新瀝青油石比為1.8%、2.1%、2.4%、2.7%、3.0%。馬歇爾試驗(yàn)條件:RAP加熱溫度為120 ℃，新集料加熱為200 ℃，瀝青加熱為150 ℃，拌和溫度為180 ℃，出料溫度為175 ℃～185 ℃。測試不同油石比馬歇爾試件的理論最大相對密度、毛體積相對密度、空隙率(VV)、礦料間隙率(VMA)、瀝青飽和度(VFA)以及穩(wěn)定度與流值，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 ATB-25再生瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

由表5試驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定的油石比確定方法，確定最佳ATB-25再生混合料總油石比為3.6%，新瀝青油石比為2.4%。

按照J(rèn)TG 20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中規(guī)定的試驗(yàn)方法，制備總油石比為3.6%的ATB-25再生瀝青混合料試件，通過浸水馬歇爾試驗(yàn)、60 ℃車轍試驗(yàn)及滲水試驗(yàn)，驗(yàn)證ATB-25再生瀝青混合料的高溫及水穩(wěn)定性能，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 ATB-25再生瀝青混合料性能試驗(yàn)結(jié)果

由表6試驗(yàn)結(jié)果可知，ATB-25再生瀝青混合料的高溫性能指標(biāo)動穩(wěn)定度、水穩(wěn)性能指標(biāo)浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度及滲水系數(shù)均滿足技術(shù)要求。

2.3 施工工藝驗(yàn)證

為進(jìn)一步對比確定ATB-25再生瀝青混合料的施工工藝，采取新瀝青加熱溫度為150 ℃，RAP預(yù)熱溫度為120 ℃，分別測試180 ℃、200 ℃、220 ℃新集料加熱溫度條件下，ATB-25再生瀝青混合料的高溫與水穩(wěn)性能，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 集料不同加熱溫度ATB-25再生混合料性能試驗(yàn)結(jié)果

從表7試驗(yàn)結(jié)果可知，隨集料加熱溫度的升高，再生ATB-25瀝青混合料動穩(wěn)定度與浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度均先增加后減小。這表明，提高新集料的加熱溫度有利于RAP料中舊瀝青的吸收與融合，能夠較好地提升再生瀝青混合料的抗高溫變形與抗水損害性能；但若新集料加熱溫度過高，則與RAP拌和時，易造成RAP的硬化，反而對再生混合料性能不利。為此，確定再生ATB-25瀝青混合料生產(chǎn)中RAP加熱溫度宜為(120±5)℃，新集料的加熱溫度宜為(200±5)℃，新瀝青加熱溫度宜為150 ℃。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

G15 沈海高速公路溫州段大修項(xiàng)目，為雙向4車道，設(shè)計速度120 km/h，整體式路基寬度為 28.0 m，分離式路基寬度為 13.75 m。原路面結(jié)構(gòu)為4 cm AK-13(A)上面層+5 cm AC-16(I)中面層+6 cm AC-25(I)下面層+30 cm水泥穩(wěn)定碎石基層+18 cm水泥穩(wěn)定碎石基層。該項(xiàng)目通車運(yùn)營至今已超過 15 年，在交通流量大、重載交通多、降雨量較大及深厚軟基等影響下，路面開裂、坑槽及不均勻沉降等病害較為嚴(yán)重[14-15]。

3.2 實(shí)施方案

1) 沉降路段加鋪調(diào)平

本項(xiàng)目K1789+720～K1789+969、K1790+008～K1790+807、K1791+116～K1791+226路段軟基沉降較為連續(xù)，路面不均勻沉降深度最高達(dá)20 cm ～30 cm，故選擇本路段進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)加鋪調(diào)平。加鋪調(diào)平總方案為：加鋪 4 cm 改性瀝青SMA-13+6 cm 改性瀝青Sup20+再生 ATB-25調(diào)平結(jié)構(gòu)。再生ATB-25 單層加鋪厚度需滿足7 cm～12 cm，如達(dá)不到最小厚度7 cm，需銑刨至最小厚度；如超過12 cm，需分層攤鋪碾壓。不同加鋪厚度的實(shí)施方案見表8。

表8 不同加鋪厚度實(shí)施方案

2) 局部維修

為縮短封閉時間及提高施工效率，局部維修全部采用再生ATB-25瀝青混合料。由于原路面結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，不同路段經(jīng)過多次加鋪，原路面維修開挖回填再生ATB-25混合料時，應(yīng)根據(jù)病害類型及影響程度制定實(shí)施方案，具體方案見表9。

表9 局部開挖處治方案

為保證路面局部維修質(zhì)量，須嚴(yán)格控制以下工藝：

1) 開挖深度h′>12 cm時，須分層開挖處治，單層開挖處治深度控制在7 cm～12 cm；

2) 開挖層之間沿行車方向形成25 cm～50 cm 寬臺階，便于碾壓；

3) 開挖后，在工作面潔凈干燥的條件下灑布改性乳化瀝青粘層，包括開挖后原路面及側(cè)壁，灑布量為純?yōu)r青含量(0.2～0.3)kg/m2；

4) 依次分層鋪筑再生ATB-25瀝青混合料至與原路面齊平, 各瀝青層之間灑布改性乳化瀝青粘層，用量同上；每層碾壓結(jié)束后均在新舊接縫處騎縫鋪貼寬度為50 cm 的防水卷材；

5) 面積小的修補(bǔ)面可用小型夯機(jī)先四周后中間均勻夯實(shí)；面積較大的采用壓路機(jī)壓實(shí)。

3.3 質(zhì)量檢測

按照J(rèn)TG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中施工過程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)要求，對沉降路段加鋪調(diào)平處治與較大面積的局部維修結(jié)構(gòu)進(jìn)行壓實(shí)度、平整度及滲水系數(shù)指標(biāo)檢測。壓實(shí)度采用鉆孔法，按照每2 000 m2檢查1組(3個鉆孔試件)逐一評定并計算平均值；平整度采用連續(xù)式平整度儀每層連續(xù)測定；滲水系數(shù)按照J(rèn)TG 3450—2019《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》中規(guī)定方法測定，每km測定5點(diǎn)，每點(diǎn)3處取平均值。根據(jù)檢測結(jié)果，調(diào)平加鋪層與局部維修結(jié)構(gòu)的壓實(shí)度均大于97%，加鋪表面層平整度標(biāo)準(zhǔn)差小于1.2 mm，再生ATB-25調(diào)平層與局部維修結(jié)構(gòu)滲水系數(shù)均小于300 mL/min，其他加鋪結(jié)構(gòu)滲水系數(shù)均小于200 mL/min，上述檢測結(jié)果均滿足技術(shù)要求。

4 結(jié)論

1) 用于瀝青路面大修調(diào)平與局部結(jié)構(gòu)維修的廠拌熱再生ATB-25瀝青混合料最佳總油石比為3.6%，新瀝青油石比為2.4%，礦料級配組成為15 mm～30 mm∶10 mm～15 mm∶0～5 mm∶礦粉∶RAP=40∶8.6∶17.4∶4∶30，高溫及水穩(wěn)定性能滿足技術(shù)要求。

2) 為提高RAP瀝青的利用效果，兼顧再生ATB-25瀝青混合料的高溫性能與水穩(wěn)性能，同時減少RAP瀝青的二次老化，RAP加熱溫度宜為(120±5)℃，新集料加熱溫度宜為(200±5)℃，新瀝青加熱溫度宜為150 ℃。

3) 再生ATB-25瀝青混合料用于軟基沉降段路面結(jié)構(gòu)調(diào)平時的總方案為：4 cm 改性瀝青SMA-13+6 cm 改性瀝青Sup20+再生ATB-25調(diào)平結(jié)構(gòu)；再生ATB-25 單層調(diào)平厚度為7 cm～12 cm，如達(dá)不到最小厚度，需銑刨至最小厚度；如超過12 cm，需分層攤鋪碾壓。

4) 為提高再生ATB-25瀝青混合料用于路面局部病害開挖修補(bǔ)的質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)病害類型與影響程度確定開挖深度與回填鋪筑方案，且須嚴(yán)格控制開挖、工作面清理、粘層噴灑、攤鋪碾壓及接縫處理等工藝。