公路瀝青路面熱再生試驗(yàn)檢測(cè)探討

沈凱雷

（浙江交工交通科技發(fā)展有限公司，杭州 310000）

1 公路瀝青路面熱再生試驗(yàn)檢測(cè)的意義

公路瀝青路面熱再生試驗(yàn)的開(kāi)展，可以根據(jù)路面性能要求，科學(xué)補(bǔ)充廢舊瀝青混合料中缺失的瀝青，確保再生瀝青路面水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性均達(dá)到規(guī)范要求。特別是熱再生試驗(yàn)中添加再生劑的路用性能試驗(yàn)操作，可以確定最佳再生劑用量，解決因加熱攪拌而引發(fā)的瀝青二次老化問(wèn)題，進(jìn)一步增強(qiáng)再生瀝青路面中瀝青質(zhì)、膠質(zhì)與黏度，提高瀝青路面性能[1]。

2 公路瀝青路面熱再生試驗(yàn)檢測(cè)主要內(nèi)容

2.1 熱再生瀝青摻量試驗(yàn)

熱再生瀝青摻量試驗(yàn)主要是評(píng)價(jià)不同舊瀝青摻量下的再生瀝青混合料感溫性能、高溫穩(wěn)定性能及低溫抗裂性能[2]。其中，再生瀝青感溫性能反映瀝青隨溫度的變化程度，與瀝青黏度、針入度具有較大關(guān)系。針入度指數(shù)的決定因素是溫度變化，溫度區(qū)間通常為5~30 ℃，一般再生瀝青針入度指數(shù)大于老化瀝青與90 號(hào)瀝青。再生瀝青高溫性能指夏季高溫環(huán)境下瀝青路面抵抗變形保持一定性能的能力。一般將瀝青針入度為800（0.1 mm）時(shí)的溫度作為當(dāng)量軟化點(diǎn)，進(jìn)行再生瀝青高溫穩(wěn)定性能的評(píng)價(jià)，彌補(bǔ)瀝青軟化點(diǎn)滯后于水溫情況下內(nèi)部蠟溶解吸收的熱量。瀝青低溫抗裂性能主要根據(jù)當(dāng)量軟化點(diǎn)原理，設(shè)定瀝青當(dāng)量脆點(diǎn)為瀝青針入度為1.2（0.1 mm）時(shí)的溫度，規(guī)避以往瀝青低溫性能評(píng)價(jià)重復(fù)性差、降溫條件差異大問(wèn)題。

2.2 再生瀝青混合料級(jí)配試驗(yàn)

根據(jù)JTG E42—2005《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》中集料篩分試驗(yàn)、礦料性能的檢測(cè)方法，我國(guó)公路瀝青路面混合料級(jí)配需要先明確多種礦料級(jí)配與最大密度的關(guān)系，再確定各種礦料的摻量。但再生瀝青混合料內(nèi)的舊料集料細(xì)化引發(fā)粗集料、細(xì)集料分別呈現(xiàn)減少、增加趨勢(shì)，以往級(jí)配試驗(yàn)方法無(wú)法適用。此時(shí)，可以改用級(jí)配合成方法中的正規(guī)方程法+最大密度曲線理論（或貝雷法），對(duì)確定的再生瀝青混合料礦料級(jí)配進(jìn)行檢驗(yàn)。其中正規(guī)方程法的計(jì)算公式為：

式中，Pij為集料i在篩孔尺寸為j時(shí)的通過(guò)率，%；Xi為各集料在再生瀝青混合料中的用量，%；Mj為礦料級(jí)配中值，%[3]。

將已有數(shù)值代入式（1），可以確定礦料基本比例。如在舊料摻量為20%時(shí)，再生瀝青混合料合理級(jí)配分別為（10～20 mm）100%，（5～10 mm）100%，（0～5 mm）100%，礦粉100%，合成級(jí)配100%。在這個(gè)基礎(chǔ)上，按照一定粒徑大小配合規(guī)律，依據(jù)空隙最小、密度最大的原則，排列礦料，檢測(cè)最大密度曲線各孔徑與通過(guò)率是否滿足集料級(jí)配上下限要求。評(píng)價(jià)方法為：

式中，Pi為各礦料孔徑粒徑通過(guò)率，%；n為冪指數(shù)，在n=0.45時(shí)，再生瀝青混合料密度最大，空隙率最??；di為各孔徑粒徑，mm；D為固體顆?；旌狭系淖畲罅?，mm。

級(jí)配上限為n=0.3 時(shí)各孔徑粒徑通過(guò)率，級(jí)配下限為n=0.7 時(shí)各孔徑粒徑通過(guò)率。根據(jù)式（2）可以確定不同舊料產(chǎn)量下各孔徑粒徑通過(guò)率以及最適宜合成級(jí)配。

2.3 添加再生劑的路用性能試驗(yàn)

2.3.1 高溫穩(wěn)定性

再生劑添加下的公路路面高溫穩(wěn)定性表現(xiàn)為高溫環(huán)境下再生瀝青路面抵御移動(dòng)荷載的強(qiáng)度、剛度。根據(jù)JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中的車轍試驗(yàn)方法，需要先將不同再生劑添加量下的再生瀝青混合料分別碾壓成長(zhǎng)300 mm、寬300 mm、厚50 mm 的車轍試件，再測(cè)定其在60 ℃時(shí)的動(dòng)穩(wěn)定度。動(dòng)穩(wěn)定度與碾壓前后變形量、往返碾壓速度關(guān)系密切，計(jì)算公式如下：

式中，DS 為動(dòng)穩(wěn)定度，次/mm；t2為碾壓后時(shí)刻；t1為碾壓前時(shí)刻；N為往返碾壓速度，42 次/mm；d2為碾壓后變形量，mm；d1為碾壓前變形量，mm；C1、C2均為系數(shù)，對(duì)應(yīng)數(shù)值均為1。

2.3.2 水穩(wěn)定性

添加再生劑后的公路路面水穩(wěn)性能主要表現(xiàn)為再生瀝青混合料抵御不同狀態(tài)下水分子對(duì)瀝青混合料侵蝕的能力，直接決定再生瀝青路面運(yùn)行年限[4]。根據(jù)JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中馬歇爾穩(wěn)定度（浸水）試驗(yàn)方法，需要先將不同再生劑添加量下的再生瀝青混合料分別制備成直徑（101.6±0.2）mm、高（63.5±1.3）mm 的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，計(jì)算浸水殘留穩(wěn)定度，浸水殘留穩(wěn)定度為浸水48 h 穩(wěn)定度與設(shè)計(jì)穩(wěn)定度的比值。

3 公路瀝青路面熱再生試驗(yàn)檢測(cè)的工程案例分析

3.1 工程概況

某公路為一級(jí)公路，設(shè)計(jì)速度為100 km/h。公路位于浙江地區(qū)，對(duì)路面高溫穩(wěn)定性、浸水穩(wěn)定性具有較高要求。公路為整體式路基，路基寬度為25.0 m，最大縱坡5.5%，最小坡長(zhǎng)200 m。公路擬選用路面結(jié)構(gòu)為4 cm 瀝青混合料AC13（細(xì)粒式瀝青混凝土）+6 cm 瀝青混合料AC20（廠拌熱再生中粒式新瀝青混凝土）+8 cm 瀝青混合料AC25（廠拌熱再生粗粒式新瀝青混凝土）。

3.2 舊瀝青摻量試驗(yàn)

為確定最佳舊瀝青摻和量，根據(jù)工程情況，抽提銑刨料，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器內(nèi)回收老化瀝青。按照不同比例摻入原道路石油瀝青，進(jìn)行針入度、延度、軟化點(diǎn)試驗(yàn)，得出結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 舊瀝青摻量試驗(yàn)結(jié)果

由表1 可知，在舊瀝青摻加量在0%~50%的變化過(guò)程中，再生瀝青混合料針入度測(cè)定值先增加后減小，在舊瀝青摻加量達(dá)到20%時(shí)的再生瀝青混合料針入度最大，為90（0.1 mm）。而在舊瀝青摻加量超出40%時(shí)，再生瀝青混合料的針入度無(wú)法達(dá)到技術(shù)要求。在舊瀝青摻加量超出30%時(shí)，再生瀝青混合料延度指標(biāo)顯著下降，無(wú)法滿足案例中公路瀝青的使用標(biāo)準(zhǔn)。不同舊料摻加量下的再生瀝青混合料軟化點(diǎn)均達(dá)到技術(shù)要求[5]。

3.3 再生劑添加量變化下的瀝青路面性能

在破碎廢舊瀝青混合料烘干到恒定重量后，將已稱量的熱拌再生劑RA25 添加到烘箱內(nèi)，調(diào)整烘箱溫度為90 ℃，預(yù)熱20 min。進(jìn)而在90 ℃熱拌和鍋內(nèi)放入廢舊瀝青混合料、預(yù)熱完畢的RA25 再生劑，拌和1.5 min 后，獲得再生瀝青混合料。在室內(nèi)放置48 h 及以上后，利用馬歇爾穩(wěn)定度（浸水）試驗(yàn)方法，分別加熱再生劑摻加量為0%、0.5%、1.5%、2.0%時(shí)的再生瀝青混合料到135 ℃，獲得標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，進(jìn)行再生瀝青路面性能檢測(cè)[6]。得出結(jié)果中，再生劑摻量為0 時(shí)，瀝青含量為3.42%，浸水殘留穩(wěn)定度為68.9%，殘留穩(wěn)定度要求為≥80%。60 ℃下高溫穩(wěn)定性中45 min 變形量、60 min 變形量、動(dòng)穩(wěn)定度分別為2.72 mm、2.88 mm、3 938 次/mm，高溫穩(wěn)定性技術(shù)要求為＞1 000 次/mm。

再生劑摻量為0.5%時(shí)，瀝青含量為4.35%，浸水殘留穩(wěn)定度為85.2%，殘留穩(wěn)定度要求為≥80%。60 ℃下高溫穩(wěn)定性中45 min 變形量、60 min 變形量、動(dòng)穩(wěn)定度分別為3.52 mm、3.72 mm、3 375 次/mm，高溫穩(wěn)定性技術(shù)要求為＞1000 次/mm。

再生劑摻量為1.5%時(shí)，瀝青含量為5.00%，浸水殘留穩(wěn)定度為92.3%，殘留穩(wěn)定度要求為≥80%。60 ℃下高溫穩(wěn)定性中45 min 變形量、60 min 變形量、動(dòng)穩(wěn)定度分別為5.38 mm、6.20 mm、768 次/mm，高溫穩(wěn)定性技術(shù)要求為＞1 000 次/mm。

再生劑摻量為2.0%時(shí)，瀝青含量為5.50%，浸水殘留穩(wěn)定度為89.5%，殘留穩(wěn)定度要求為≥80%。60 ℃下高溫穩(wěn)定性中45 min 變形量、60 min 變形量、動(dòng)穩(wěn)定度分別為6.58 mm、7.51 mm、677 次/mm，高溫穩(wěn)定性技術(shù)要求為＞1 000 次/mm。

綜合上述試驗(yàn)結(jié)果可知，RA25 再生劑摻入量在0%~2.0%變化過(guò)程中，再生瀝青路面浸水殘留穩(wěn)定度先增加后減小，RA25 再生劑摻量達(dá)到5.00%時(shí)，瀝青路面浸水殘留穩(wěn)定度達(dá)到最高，滿足殘留穩(wěn)定度要求。同時(shí)，分析60 ℃下不同再生劑RA25 摻量時(shí)的再生瀝青路面高溫穩(wěn)定性，得出在RA25 再生劑摻入量由0%上升到2.0%的過(guò)程中，再生瀝青路面高溫穩(wěn)定性不斷下降，動(dòng)穩(wěn)定性最高為3 938 次/mm，達(dá)到規(guī)范要求。綜合考慮高溫動(dòng)穩(wěn)定性與浸水殘留穩(wěn)定度，可以設(shè)定再生劑RA25 摻量為0.5%。

3.4 再生瀝青混合料級(jí)配

在再生瀝青混合料中，舊料摻加量為20%、再生劑RA25摻加量為0.5%的情況下，根據(jù)數(shù)解級(jí)配合成方法中的正規(guī)方程法+最大密度曲線理論，結(jié)合式（1）和式（2），檢測(cè)再生瀝青混合料級(jí)配，得出結(jié)果：集料10～15 mm 時(shí)，16 mm 孔通過(guò)百分率為100%，13.2 mm 孔通過(guò)百分率為66.50%，9.5 mm 孔通過(guò)百分率為14.75%，4.75 mm 孔通過(guò)百分率為0.53%，2.36 mm孔通過(guò)百分率為0.48%，1.18mm 孔通過(guò)百分率為0.46%，0.60 mm孔通過(guò)百分率為0.45%，0.30mm 孔通過(guò)百分率為0.44%，0.15 mm孔通過(guò)百分率為0.43%，0.075 mm 孔通過(guò)百分率為0.43%。

規(guī)范要求中值、上限、下限均為100%；集料5～10 mm 時(shí)，16 mm 孔通過(guò)百分率為100%，13.2 mm 孔通過(guò)百分率為96.88%，9.5 mm 孔通過(guò)百分率為3%，4.75 mm 孔通過(guò)百分率為0.65%，2.36 mm 孔通過(guò)百分率為0.56%，1.18 mm 孔通過(guò)百分率為0.54%，0.60 mm 孔通過(guò)百分率為0.51%，0.30 mm 孔通過(guò)百分率為0.48%，0.15 mm 孔通過(guò)百分率為0.46%，0.075 mm孔通過(guò)百分率為0.39%；規(guī)范要求中值、上限、下限分別為95%、100%、100%。

從舊料摻加下的再生瀝青混合料級(jí)配可得出，在舊料摻加調(diào)整再生瀝青混合料級(jí)配過(guò)程中，新添加粗集料逐漸朝著低水平發(fā)展，極易對(duì)再生瀝青混合料高溫性能造成負(fù)面影響[7]。但20%舊料摻加下的瀝青混合料均在設(shè)計(jì)最大密度上限、下限內(nèi)，滿足公路施工要求。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，廢舊瀝青路面的再生利用降低了公路瀝青路面施工維修成本，實(shí)現(xiàn)了瀝青與礦料資源的循環(huán)利用，經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益較為突出。因此，試驗(yàn)檢測(cè)人員可以根據(jù)公路瀝青路面熱再生過(guò)程，科學(xué)策劃、實(shí)施路面熱再生試驗(yàn)檢測(cè)方案。根據(jù)試驗(yàn)檢測(cè)中得出的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性結(jié)果，確定最佳舊料摻量，為公路瀝青路面熱再生技術(shù)的應(yīng)用提供充足參考。