破碎礫石就地?zé)嵩偕夹g(shù)在成渝高速中的應(yīng)用

劉東，徐金玉，吳昱瀚，夏永，韓超，袁夢(mèng)

1.四川成渝高速公路股份有限公司，四川 成都 610041；2.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 211112

0 引言

就地?zé)嵩偕夹g(shù)是一種快速、經(jīng)濟(jì)、綠色的瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)[1-2]。近年來(lái)，隨著路面材料資源的日益短缺和世界各國(guó)對(duì)于節(jié)能、環(huán)保等問(wèn)題的重視，瀝青路面就地?zé)嵩偕夹g(shù)受到較多關(guān)注。車(chē)法等[3]依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)熱再生的特點(diǎn)，研究不同摻配率下再生混合料的路用性能，研究結(jié)果表明：隨著摻配率的升高，再生瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和抗水損害性能力增加，低溫抗裂性減小。張清平等[4]對(duì)海南地區(qū)聚乙烯改性瀝青混合料進(jìn)行就地?zé)嵩偕穆酚眯阅茯?yàn)證，結(jié)果表明：在舊料比例使用得當(dāng)時(shí)，再生瀝青混合料具有良好的路用性能，基本能達(dá)到新瀝青混合料的指標(biāo)要求。楊彥海等[5]研究通車(chē)運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后的碎石瑪蹄脂瀝青(stone mastic asphalt，SMA)混合料路面，發(fā)現(xiàn)SMA就地?zé)嵩偕旌狭闲阅芊€(wěn)定可靠。鐘瑞文[6]認(rèn)為嚴(yán)格控制原材料、配合比設(shè)計(jì)和施工工藝各個(gè)環(huán)節(jié)后，SMA就地?zé)嵩偕访嬉材苓_(dá)到良好的路用性能。

就地?zé)嵩偕夹g(shù)在全國(guó)各地進(jìn)行了規(guī)?；耐茝V應(yīng)用，但破碎礫石表面粗糙度及潔凈度不高，SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，與瀝青黏附性較差，極少用于高等級(jí)路面面層。對(duì)于破碎礫石就地?zé)嵩偕鷳?yīng)用缺乏相應(yīng)的技術(shù)指導(dǎo)，其適用性、材料設(shè)計(jì)和施工控制等需要進(jìn)行針對(duì)性研究。本文結(jié)合成渝高速瀝青路面大、中修養(yǎng)護(hù)工程，開(kāi)展基于破碎礫石的就地?zé)嵩偕夹g(shù)研究，分析再生瀝青流變性能、破碎礫石集料的再生穩(wěn)定性能、混合料設(shè)計(jì)和路用性能等，以期實(shí)現(xiàn)舊路面材料高效循環(huán)利用。

1 原材料

1.1 破碎礫石集料

粗集料的粒徑規(guī)格為3～5 mm、>5～10 mm、>10～15 mm。粗、細(xì)集料檢測(cè)結(jié)果如表1、2所示。

表1 粗集料檢測(cè)結(jié)果

表2 細(xì)集料檢測(cè)結(jié)果

1.2 新瀝青

新瀝青采用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(styrene butadiene styrene，SBS)改性瀝青，檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

表3 SBS改性瀝青檢測(cè)結(jié)果

1.3 回收瀝青

成渝高速公路通車(chē)26 a，雙向4車(chē)道，先后進(jìn)行大規(guī)模的技改工程、大修整治及罩面工程，受地區(qū)環(huán)境限制及早期我國(guó)修建公路的政策及技術(shù)因素影響，成渝高速部分路面采用了破碎礫石作為表面層集料。經(jīng)檢測(cè)，處治路段路面結(jié)構(gòu)狀況良好，路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)(pavement structure strength index，PSSI)為100，主要以疲勞裂縫、修補(bǔ)、車(chē)轍等表層病害為主，且主車(chē)道破損較嚴(yán)重，超車(chē)道僅存在少量裂縫。

采用開(kāi)挖方式從原瀝青路面獲取回收瀝青路面(reclaimed asphalt pavement，RAP)材料，經(jīng)抽提篩分后得到RAP礦料級(jí)配和油石比，并對(duì)回收瀝青進(jìn)行了相關(guān)檢測(cè)，結(jié)果如表4、5所示，均滿足文獻(xiàn)[8]要求。RAP礦料油石比為5.1%。

表4 RAP礦料抽提篩分試驗(yàn)結(jié)果

表5 回收瀝青檢測(cè)結(jié)果

1.4 瀝青再生劑

瀝青再生劑選用某公司RA1型再生劑，檢測(cè)結(jié)果如表6所示。

表6 瀝青再生劑檢測(cè)結(jié)果

2 AC-13C瀝青混合料設(shè)計(jì)

2.1 再生劑用量

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和RAP礦料瀝青含量，擬添加的新瀝青與回收瀝青的質(zhì)量比為1:4，初選再生劑與回收瀝青的質(zhì)量比為5%，再生瀝青在標(biāo)準(zhǔn)針入度試驗(yàn)條件(25 ℃，100 g，5 s)下所測(cè)得的針入度為39(0.1 mm)，軟化點(diǎn)為59.5 ℃，延度(15 ℃)為21 cm。

2.2 基于流變特性的再生瀝青性能評(píng)價(jià)

為評(píng)價(jià)再生劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的合理性，基于瀝青流變特性，分別采用動(dòng)態(tài)剪切流變儀(dynamic shear rheometer，DSR)和彎曲梁流變儀(bending beam rheometer，BBR)對(duì)回收瀝青與再生瀝青進(jìn)行性能分級(jí)(performance grade，PG)測(cè)試[9-13]，評(píng)價(jià)再生瀝青的性能恢復(fù)狀況?？蓪r青分為PG52、PG58、PG64、PG70四個(gè)等級(jí)和21個(gè)亞級(jí)。PG52表示該級(jí)瀝青適用于最高設(shè)計(jì)溫度不超過(guò)52 ℃的地區(qū)。

高溫性能分級(jí)主要溫度范圍為>46～88 ℃，每級(jí)6 ℃。低溫性能分級(jí)主要溫度范圍為>-10～46 ℃，每級(jí)6 ℃。瀝青高溫分級(jí)要求所分級(jí)溫度下原樣瀝青的車(chē)轍因子(G*/sinδ，G*為復(fù)合模量，δ為相位角)不小于1.0 kPa，短期老化后瀝青的車(chē)轍因子不小于2.2 kPa；瀝青低溫分級(jí)要求所分級(jí)溫度下瀝青的蠕變勁度S≤300 MPa，蠕變速率m≥0.300 mm/min。同時(shí)，中溫下瀝青的車(chē)轍因子不大于5000 kPa。再生瀝青由回收瀝青、新瀝青與再生劑組成，再生劑質(zhì)量占回收瀝青和新瀝青總質(zhì)量的5%。試驗(yàn)結(jié)果如表7～9所示。

表7 旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱加熱試驗(yàn)后殘留瀝青DSR試驗(yàn)結(jié)果

表8 瀝青加速老化試驗(yàn)后殘留瀝青BBR試驗(yàn)結(jié)果

表9 瀝青加速老化試驗(yàn)后殘留瀝青DSR試驗(yàn)結(jié)果

由表7～9可知：回收瀝青處于高彈性狀態(tài)，高溫等級(jí)為PG76，添加再生劑及新瀝青后，再生瀝青彈性下降，黏性增加，高溫等級(jí)降為PG70，即高溫性能有所降低?；厥諡r青經(jīng)過(guò)外界環(huán)境長(zhǎng)期老化后，其抗裂性能有一定衰減，其低溫等級(jí)為PG16，添加再生劑及新瀝青后，低溫抗裂性有所改善，低溫等級(jí)為PG22。

再生瀝青的疲勞溫度由34 ℃降至28 ℃，其抵抗反復(fù)荷載作用下的變形恢復(fù)能力有所提高，抗疲勞特性得到了明顯改善，再生瀝青性能恢復(fù)到與新瀝青相同的等級(jí)。這主要是由于瀝青在老化過(guò)程中芳香分逐漸變?yōu)闉r青質(zhì)，芳香分含量下降，瀝青質(zhì)的含量增大。根據(jù)組分調(diào)和原理，再生劑富含芳香分，與老化瀝青進(jìn)行了復(fù)合調(diào)配，使老化瀝青的路用性能得到恢復(fù)。

2.3 破碎礫石高溫性能評(píng)價(jià)

為評(píng)估就地?zé)嵩偕┕じ邷丶訜釛l件下，破碎礫石集料在再生機(jī)械銑刨、耙松工作時(shí)是否發(fā)生二次破碎，造成瀝青混合料級(jí)配發(fā)生較大變異，本文通過(guò)模擬現(xiàn)場(chǎng)高溫，對(duì)瀝青混合料進(jìn)行高溫壓碎值試驗(yàn),評(píng)估高溫性能[14-16]。

常溫下，新添加的破碎礫石粗集料壓碎值為12.1%，RAP礦料壓碎值為13.7%，表明成渝高速所用破碎礫石集料具有較好的物理抗壓碎能力，其指標(biāo)明顯優(yōu)于文獻(xiàn)[8]。高溫狀態(tài)下，新添加的破碎礫石壓碎值比常溫增加2%，RAP礦料增加1.7%，物理抗壓碎性能較佳，表明該破碎礫石具有有效抵抗就地?zé)嵩偕┕p傷的性能。

2.4 AC-13C瀝青混合料設(shè)計(jì)

AC-13C瀝青混合料由破碎礫石集料、SBS改性瀝青、回收瀝青、瀝青再生劑組成，AC-13C瀝青混合料的合成級(jí)配如表10所示，其中新添破碎礫石礦料質(zhì)量占回收瀝青的19.9%，油石比為5.3。AC-13C瀝青混合料性能如表11所示[17-18]。

表10 就地?zé)嵩偕鶤C-13C瀝青混合料設(shè)計(jì)合成級(jí)配

表11 就地?zé)嵩偕旌狭闲阅茉u(píng)價(jià)結(jié)果

由表11可知：就地?zé)嵩偕旌狭细黜?xiàng)性能均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，具有良好的水穩(wěn)定性、高溫性能及低溫性能。

3 工程實(shí)踐

采用再生深度為4 cm的就地?zé)嵩偕夹g(shù)對(duì)成渝高速公路部分路段進(jìn)行維修處治，溫度是影響就地?zé)嵩偕┕ばЧ闹匾蛩?，現(xiàn)場(chǎng)施工中引入信息化監(jiān)控技術(shù)，對(duì)就地?zé)嵩偕鱾€(gè)施工環(huán)節(jié)進(jìn)行輔助控制，以提高施工質(zhì)量[19-21]。施工后，對(duì)壓實(shí)度和路面滲水進(jìn)行了檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)，以驗(yàn)證破碎礫石就地?zé)嵩偕膶?shí)際鋪筑效果[22-24]。壓實(shí)度和滲水系數(shù)檢測(cè)結(jié)果如圖1、2所示，施工完成后檢測(cè)數(shù)據(jù)如表12所示。

圖1 壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果

圖2 滲水系數(shù)檢測(cè)結(jié)果

表12 成渝高速就地?zé)嵩偕范谓还z測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果

由圖1、2可知：絕大部分檢測(cè)點(diǎn)的壓實(shí)度為92%～98%(基于理論最大相對(duì)密度)；94.12%檢測(cè)點(diǎn)的滲水系數(shù)為0～100 mL/min。

由表12可知：路面鋪筑效果良好，工程質(zhì)量滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，破碎礫石就地?zé)嵩偕夹g(shù)可進(jìn)行規(guī)?；茝V應(yīng)用。

4 結(jié)論

1)瀝青流變性能試驗(yàn)表明：由新瀝青、再生劑及回收瀝青等組成的再生瀝青高溫等級(jí)降低，低溫抗裂性和疲勞特性得到改善，再生瀝青性能恢復(fù)到與新瀝青相同的等級(jí)。

2)破碎礫石高溫壓碎值相比常溫增加2%，但仍具有較佳的物理抗壓碎性能，可有效抵抗就地?zé)嵩偕┕r(shí)的機(jī)械損傷。就地?zé)嵩偕旌狭细黜?xiàng)性能均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，具有良好的水穩(wěn)定性、高溫及低溫性能。

3)工后檢測(cè)結(jié)果表明，破碎礫石就地?zé)嵩偕访鏉B水系數(shù)和壓實(shí)度均滿足規(guī)范要求，路面鋪筑效果良好，可進(jìn)行規(guī)?；茝V。