廠拌熱再生AC-20在高速公路改造中的配合比設(shè)計(jì)與研究

陳東亮　吳迪 李紅星 張佳鵬 王國(guó)田

摘 要：本論文針對(duì)廠拌熱再生AC-20瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入研究。通過分析再生瀝青料的特性和影響因素以及石料的級(jí)配和物理性質(zhì)等關(guān)鍵參數(shù)，確定了合理的配合比設(shè)計(jì)方法。在實(shí)驗(yàn)室條件下，通過馬歇爾試驗(yàn)和相關(guān)測(cè)試手段，對(duì)比了不同瀝青料含量下的混合料性能。結(jié)果表明，適度控制瀝青料的添加量可以顯著提高混合料的穩(wěn)定性、抗剪強(qiáng)度和耐久性。

關(guān)鍵詞：廠拌熱再生 配合比設(shè)計(jì) 馬歇爾 瀝青混合料

隨著交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，瀝青混合料作為道路建設(shè)中重要的材料之一，受到了廣泛關(guān)注。然而，瀝青混合料的生產(chǎn)和使用也面臨著資源浪費(fèi)和環(huán)境污染等問題。為了解決這些問題，廠拌熱再生技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生[1-4]。廠拌熱再生是一種有效利用廢棄瀝青路面材料的環(huán)保技術(shù)，通過將舊瀝青混合料回收再利用，可以降低新材料的消耗量，減少對(duì)自然資源的需求，同時(shí)還能減少?gòu)U棄物的產(chǎn)生。然而，在再生瀝青料應(yīng)用于廠拌熱再生AC-20瀝青混合料時(shí)，其性能和影響因素需要充分考慮。在過去的幾十年里，許多學(xué)者和工程師對(duì)廠拌熱再生AC-20瀝青混合料進(jìn)行了廣泛研究[5-8]。其中，配合比設(shè)計(jì)是制備高性能混合料的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。合理的配合比設(shè)計(jì)可以保證混合料在使用過程中具有良好的穩(wěn)定性、抗剪強(qiáng)度和耐久性。然而，當(dāng)前的配合比設(shè)計(jì)方法主要基于新材料，對(duì)于再生瀝青料的應(yīng)用仍存在一定的局限性。再生瀝青料的特性與新材料存在差異，其添加量對(duì)混合料性能的影響還需要進(jìn)一步研究和探索。

本文結(jié)合工程實(shí)際對(duì)廠拌熱再生AC-20瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行深入研究。通過分析再生瀝青料的特性和影響因素以及石料的級(jí)配與物理性質(zhì)等關(guān)鍵參數(shù)，確定合理的配合比。通過馬歇爾試驗(yàn)和相關(guān)測(cè)試手段，對(duì)比了不同瀝青含量下的混合料性能。

1 原材料

1.1 瀝青

依據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）及《哈爾濱繞城高速公路（K0+000.000～K91+449.183）養(yǎng)護(hù)工程全長(zhǎng) 91.449km 一階段施工圖設(shè)計(jì)》[9-10]，對(duì)瀝青混合料配合比所用原材料進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)，選用遼寧盤錦SBS改性瀝青，所檢瀝青除實(shí)測(cè)值外的技術(shù)指標(biāo)均符合要求，瀝青主要指標(biāo)如表1所示。

1.2 集料

粗集料和細(xì)集料在瀝青混合料配合比中的作用互補(bǔ)而不可替代，它們共同影響瀝青混合料的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、流動(dòng)性和路用性能。合理選配粗集料和細(xì)集料的比例和質(zhì)量，對(duì)于獲得滿足設(shè)計(jì)要求的瀝青混合料至關(guān)重要。該配合比設(shè)計(jì)所選用的粗集料和細(xì)集料性能檢測(cè)結(jié)果如表2和表3所示。

1.3 填料

礦粉作為其中的一種填料被廣泛應(yīng)用。礦粉具有一定的膠結(jié)性，與瀝青膠體相互作用，在混合料中形成一定的膠結(jié)力，增加混合料的穩(wěn)定性的同時(shí)減少混合料的孔隙率，從而提高混合料的密實(shí)性和抗水性并改善其耐久性。如表4所示為混合料配比所采用的礦粉的檢測(cè)結(jié)果。

2 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)上述篩分結(jié)果以及AC-20瀝青混合料工程級(jí)配設(shè)計(jì)范圍，AC-20瀝青混合料料初步確定級(jí)配要求如表5所示。

根據(jù)幾種礦質(zhì)材料的篩分結(jié)果，按現(xiàn)行規(guī)范《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40-2004）中對(duì)密級(jí)配瀝青混合料礦料級(jí)配范圍的要求，按圖解法進(jìn)行礦料組成設(shè)計(jì)[11-12]。通過調(diào)整，由級(jí)配類型相對(duì)密度（表6所示），最后確定礦料合成級(jí)配組成，其配合比設(shè)計(jì)級(jí)配曲線如圖1所示。

根據(jù)礦料級(jí)配組成，瀝青用量初步設(shè)定為4.4%，以上下浮動(dòng)0.5%五種瀝青含量制備馬歇爾試件，拌和溫度為170℃，擊實(shí)溫度為165℃，雙面各擊實(shí)次數(shù)75次。馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，五種瀝青含量馬歇爾試驗(yàn)具體結(jié)果如表7所示。

根據(jù)五個(gè)瀝青用量馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果，按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTGF40-2004的要求，確定最佳瀝青用量：OAC=4.4%[13-15]。對(duì)確定的最佳瀝青用量進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTGF40-2004標(biāo)準(zhǔn)要求，其最佳瀝青用量各項(xiàng)指標(biāo)檢驗(yàn)參數(shù)如表8所示。

3 瀝青混合料性能檢驗(yàn)

3.1 水穩(wěn)定性檢驗(yàn)

為防止路面出現(xiàn)松散、麻面以及坑槽等病害，水穩(wěn)定性是路用性能關(guān)鍵指標(biāo)之一。根據(jù)最佳瀝青含量進(jìn)行浸水馬歇爾、凍融劈裂試驗(yàn)檢驗(yàn)瀝青混合料的水穩(wěn)定性能。馬歇爾水穩(wěn)試驗(yàn)采用雙面擊實(shí)50次，如表9所示為瀝青混合料的水穩(wěn)試驗(yàn)和滲水試驗(yàn)，從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，AC-20混合料殘留穩(wěn)定度為86.2%大于規(guī)范要求的85%。

3.2 凍融劈裂試驗(yàn)

如表10所示為混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果，AC-20混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比為81.7%，符合凍融劈裂強(qiáng)度比不小于80%的規(guī)范要求。

3.3 高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)

制備的AC-20混合料抗車轍試驗(yàn)結(jié)果如表11所示，高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)試驗(yàn)在60±1℃，0.7±0.05MPa條件下進(jìn)行車轍試驗(yàn)，檢驗(yàn)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，動(dòng)穩(wěn)定度平均值為3347次/mm，符合技術(shù)要求。

由以上試驗(yàn)結(jié)果，按照馬歇爾配合比設(shè)計(jì)方法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，通過試驗(yàn)結(jié)果表明AC-20瀝青混合料最佳瀝青用量為4.4%時(shí)，其抗水損害性能、高溫穩(wěn)定性能等路用性能滿足要求。配合比設(shè)計(jì)結(jié)果如表12所示。

4 結(jié)語(yǔ)

廠拌熱再生技術(shù)利用回收路面材料（RAP）舊料和廢瀝青能夠大大節(jié)約成本，本文通過廠拌熱再生（AC-20）瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)，對(duì)其施工工藝進(jìn)行了總結(jié)分析，通過30%的RAP摻量，與4.4%的最佳瀝青用量配合比設(shè)計(jì)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)分析驗(yàn)證，瀝青混合料的浸水殘留穩(wěn)定度達(dá)86.185%、凍融劈裂比達(dá)81.7%，高溫穩(wěn)定性動(dòng)穩(wěn)定度平均值3347次/mm，高溫性能優(yōu)異，各項(xiàng)性能均達(dá)到普通瀝青混合料相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求和路用性能指標(biāo)，具有優(yōu)異的經(jīng)濟(jì)效益與推廣價(jià)值。

基金項(xiàng)目：橫向課題（2023017H，2023008H）。