廠拌熱再生瀝青混合料的設(shè)計(jì)及路用性能研究

陳 龍

（新疆交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，新疆 烏魯木齊 830000）

引言

瀝青路面是一種高等級路面類型，在我國公路工程中得到廣泛地應(yīng)用［1］。瀝青路面的正常使用壽命為15 a 左右。在公路工程維修擴(kuò)建項(xiàng)目中，原路面廢舊瀝青混合料如果直接丟棄，既造成了資源浪費(fèi)，又污染了環(huán)境［2-3］。選擇廠拌熱再生技術(shù)，在廢舊瀝青混合料中加入再生劑，使瀝青回收、再生，并且與新瀝青、礦料等混合制成性能良好的瀝青混合料，重新用于路面施工，既節(jié)約成本，也符合綠色施工理念［4-5］。

1 原材料組成

1.1 礦料

在瀝青混合料中，礦料承擔(dān)著“骨架”作用。在選擇礦料時，要求必須是新鮮的石灰?guī)r，不能有風(fēng)化現(xiàn)象，保證礦料質(zhì)地堅(jiān)硬。礦料的粒徑也是重點(diǎn)關(guān)注的性能指標(biāo)，按照粒徑不同，分為6 個等級，1#礦料的粒徑在19～24 mm 之間，2#礦料的粒徑在15～19 mm 之間，粒徑不足1 mm 的為礦粉。采用方孔篩對礦料進(jìn)行篩選，確定礦料規(guī)格，分類見表1。除此之外，像礦料的表面密度、吸水率以及針片狀顆粒含量等，也都是影響其使用性能的重要指標(biāo)，需要根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）進(jìn)行確定。

1.2 瀝青

基于廠拌熱再生技術(shù)的瀝青混合料，其中瀝青來源途徑有兩種：一種是新瀝青；另一種是在原路面破碎后，將廢舊瀝青混合料回收的再生瀝青。

1.2.1 新瀝青

選擇新瀝青參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）中的相關(guān)規(guī)定，對瀝青材料的性能指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)測定，以確保符合公路建設(shè)的使用要求，新瀝青選用A 級70#瀝青，性能指標(biāo)要求見表2。

表2 A 級70#瀝青的性能指標(biāo)

1.2.2 再生瀝青

基于綠色、環(huán)保施工理念，采用廠拌熱再生技術(shù)，使用熱再生機(jī)械對原瀝青路面進(jìn)行軟化、破碎，然后將廢舊瀝青混合料收集起來?？紤]到瀝青材料已經(jīng)老化，不能直接使用，因此，需要選擇再生劑讓瀝青重新恢復(fù)良好性能。再生劑的作用是改變?yōu)r青材料的微觀結(jié)構(gòu)，從最初的膠體結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)化為溶-凝膠體結(jié)構(gòu)，完成轉(zhuǎn)化后再生瀝青的針入度、軟化點(diǎn)等各項(xiàng)性能指標(biāo)也會逐漸與A 級70#新瀝青保持一致。根據(jù)再生劑摻加量的不同，再生瀝青的性能也會有明顯變化。例如，回收瀝青的針入度為27.1 mm，再生劑摻加量為2%時，針入度增加至41.6 mm；摻加量為6%時，對應(yīng)針入度為64.2 mm。合理確定再生劑摻量，使其滿足使用要求。

2 廠拌熱再生瀝青混合料的配合比

2.1 級配設(shè)計(jì)

為了選出最佳的礦料級配，設(shè)計(jì)了三種級配方案見表3。（1）方案一普通熱拌，由粒徑在10～30 mm 不等的石灰?guī)r，以及少量礦粉組成。（2）方案二摻加30%廢舊瀝青混合料的熱再生，粗細(xì)礦料按照15 比例，加入粒徑在10～20 mm 不等的石灰?guī)r，以及少量礦粉組成。（3）方案三摻加30%廢舊瀝青混合料，以及5%再生劑的熱再生，粗細(xì)集料15，以及粒徑在10～20 mm 的石灰?guī)r和少量礦粉。為了消除無關(guān)因素的影響，三種方案中，礦料、礦粉的用量盡量保持接近。

表3 級配設(shè)計(jì)方案

2.2 油石比

采用馬歇爾試驗(yàn)來測定不同方案下的油石比，從而選出最佳的瀝青混合料設(shè)計(jì)方案。根據(jù)設(shè)計(jì)的三種礦料級配方案，以0.5%間隔變化，分別以3.0%、3.5%、4.0%、4.5%和5.0%五種油石比開展試驗(yàn)。方案二、方案三礦料級配相同，區(qū)別僅在于方案三摻加了6%再生劑，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

3 廠拌熱再生瀝青混合料路用性能分析

采用廠拌熱再生技術(shù)對公路進(jìn)行改建、擴(kuò)建或者維修、翻新，應(yīng)保證施工后新的路面在水穩(wěn)定、熱穩(wěn)定、耐磨損等性能方面達(dá)到施工要求，進(jìn)而保證公路使用質(zhì)量。因此，在嚴(yán)格篩選基礎(chǔ)材料和科學(xué)設(shè)計(jì)配合比，以及完成瀝青混合料攤鋪、碾壓等施工任務(wù)的基礎(chǔ)上，還要對路用性能進(jìn)行試驗(yàn)測定，對于不符合要求的及時采取處理措施，提高公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 水穩(wěn)定性

通過浸水馬歇爾試驗(yàn)?zāi)軌驕y得路面在不同條件下的穩(wěn)定度，三種方案的試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 不同方案的浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

由表5 可知，三種方案的穩(wěn)定度、殘留穩(wěn)定度均滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）的要求。其中方案二的穩(wěn)定度最高，為12.45 kN；方案三的殘留穩(wěn)定度最高，為93.5%。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，相比于普通熱拌，摻加了30% RAP 的熱再生方案，以及摻加了30% RAP+6%再生劑的熱再生方案，水穩(wěn)定性更好。

3.2 高溫穩(wěn)定性

夏季炎熱天氣下，瀝青路面的溫度可達(dá)50 ℃甚至更高，良好的高溫穩(wěn)定性能夠使瀝青路面保持較強(qiáng)的剛度，尤其是在路面有大噸位貨車行駛的情況下，降低出現(xiàn)車轍病害的概率。因此，在使用廠拌熱再生瀝青混合料生成的路面，要進(jìn)行高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)。三種方案分別進(jìn)行了45 min 與60 min 車轍深度測定和動穩(wěn)定度測定，結(jié)果見表3。

結(jié)合表6，方案一的車轍深度明顯高于方案二、方案三。其中，未添加再生劑的方案二中，車轍深度略低于添加了再生劑的方案三。在動穩(wěn)定度方面，方案二的試驗(yàn)結(jié)果為6 587 次/mm，約為方案一的3倍。因此，從高溫穩(wěn)定性指標(biāo)來看，方案二、方案三均有明顯優(yōu)勢。

表6 三種方案高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)

3.3 低溫抗裂性

低溫會導(dǎo)致瀝青材料的脆性增加，彈性應(yīng)變能力下降，具有良好低溫抗裂性能的路面，環(huán)境適應(yīng)能力更好，對延長路面使用壽命有明顯效果。對三種方案進(jìn)行低溫抗裂性試驗(yàn)，環(huán)境為-15 ℃，速率為60 mm/min，結(jié)果見表7。

表7 三種方案的低溫抗裂性試驗(yàn)

結(jié)合表7，相比于普通熱拌方案，加入了30% RAP熱再生的方案二和方案三，在最大荷載、破壞應(yīng)變、抗彎拉強(qiáng)度等指標(biāo)上均有所下降，這與瀝青混合料中瀝青比例較高有關(guān)。對比均添加了30%RAP 熱再生的方案二、方案三可以發(fā)現(xiàn)，加入6%再生劑后，瀝青混合料的破壞應(yīng)變有較為明顯的增強(qiáng)。說明再生劑對改善瀝青混合料的低溫抗裂性有一定幫助。

3.4 耐疲勞性能

耐疲勞性能與瀝青路面的使用壽命直接相關(guān)。采用重復(fù)加載法對三種方案進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。試驗(yàn)溫度為20 ℃，選擇標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)馬歇爾試件進(jìn)行間接拉伸試驗(yàn)，荷載頻率為14 Hz，在應(yīng)力比為0.3、0.4、0.5、0.6 四種條件下分別獲取試驗(yàn)結(jié)果，見表8。

表8 三種方案的疲勞試驗(yàn)結(jié)果

由表8 可知，相同應(yīng)力比下，瀝青混合料的疲勞壽命符合方案一＞方案三＞方案二規(guī)律，說明加入6%再生劑后有助于提升瀝青混合料的疲勞壽命。

4 結(jié)語

在運(yùn)用廠拌熱再生技術(shù)實(shí)現(xiàn)廢舊瀝青混合料中瀝青的回收、再生利用時，要重點(diǎn)關(guān)注針入度、軟化點(diǎn)等指標(biāo)，確保符合使用要求。同時，加入適量的再生劑，對改善瀝青混合料的多種性能有明顯作用，對提高新路面性能與延長其壽命也有積極幫助。