舊路面熱再生瀝青混合料綜合性能研究

徐法政，劉永利,席長友

(1.威海市公路管理局，山東威海 264200；2.濟(jì)寧市公路管理局，山東濟(jì)寧 272100)

瀝青路面再生是指通過重復(fù)利用路面材料中的瀝青和集料，最優(yōu)與最大化地利用再生資源和生態(tài)環(huán)保的一種現(xiàn)代環(huán)保技術(shù)。我國高等級公路建設(shè)已有20多a的發(fā)展歷史，至今已陸續(xù)進(jìn)入了大中養(yǎng)護(hù)期。在公路維修中銑刨或翻挖下來的廢舊瀝青混合料大多數(shù)廢棄堆放，占用耕田，既污染環(huán)境，又造成極大的浪費。廢舊瀝青混合料雖然性能惡化，但其中已老化的瀝青與大量石料仍舊能夠再生利用。廢舊瀝青混合料再生技術(shù)的研究與應(yīng)用在國外起步較早，技術(shù)也相對成熟。隨著我國對資源保護(hù)的逐年重視，目前國內(nèi)有關(guān)瀝青路面再生方面的研究亦有不少，也取得了較多成果，這些技術(shù)與成果對我國公路建設(shè)中有效利用再生資源、降低工程造價、保護(hù)生態(tài)環(huán)境都起著巨大的推動作用[1-2]。

本文以威海市舊路面熱再生瀝青混合料為例，對其綜合性能進(jìn)行研究，內(nèi)容包括廢舊瀝青混合料中老化瀝青的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、廢料礦料的級配、熱再生瀝青混凝土的配合比設(shè)計方法及其路用性能，為施工單位在現(xiàn)有儀器設(shè)備與技術(shù)水平下的熱再生瀝青混合料施工與質(zhì)量控制提供了可靠的技術(shù)資料。

1 廢舊瀝青混合料中瀝青的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和性能指標(biāo)測定

試驗采用的廢舊瀝青混合料全部來自于舊瀝青路面，路面使用年限為3～8 a，廢舊料挖掘出來呈塊狀堆放，其中廢舊礦料以花崗巖為主。

表1 廢舊瀝青混合料中瀝青的相關(guān)試驗結(jié)果

1.1 瀝青的質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定及主要技術(shù)指標(biāo)

將廢舊瀝青混合料進(jìn)行破碎與分級，通過抽提試驗，測定并分析其中瀝青的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，對殘余老化瀝青的主要技術(shù)性能進(jìn)行試驗，檢測結(jié)果見表1。

分析表1試驗結(jié)果可以看出，瀝青老化程度較為嚴(yán)重，但廢舊瀝青的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，具有較高的再生利用價值。

1.2 廢舊礦料級配試驗

路面鏟除的廢舊瀝青混合料中廢舊礦料為花崗巖，對抽提試驗后的廢舊礦質(zhì)混合料進(jìn)行級配檢驗，篩分試驗結(jié)果如表2所示。

表2 廢舊礦料的篩分試驗結(jié)果

由表2可以看出，經(jīng)篩分廢舊礦料的級配大致接近AC-16的工程級配范圍，但粗細(xì)礦料粒徑的遞減系數(shù)較大。因此，礦料設(shè)計中應(yīng)適量補充新的礦料。

2 熱再生瀝青混合料的配合比設(shè)計

本次熱再生瀝青混合料的配合比研究以實驗室目標(biāo)配合比為主。在目標(biāo)配合比設(shè)計與研究中，以AC-10瀝青混合料類型為例，確定了熱再生瀝青混凝土中新、舊礦料的摻配規(guī)格與比例，以及再生瀝青的用量。

2.1 再生礦料的級配設(shè)計

1)公式法

礦料的組配設(shè)計中，廢舊礦料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)K的計算式為

K=G1/G2×100%，

式中G1為再生瀝青混合料中廢舊礦料的質(zhì)量；G2為再生瀝青混合料總質(zhì)量，即摻加新料的再生瀝青混合料的質(zhì)量。

2)經(jīng)驗法

再生瀝青混合料中舊礦料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，應(yīng)根據(jù)公路等級和路面結(jié)構(gòu)層厚度確定。按照我國目前熱再生瀝青路面的應(yīng)用情況，通常高等級瀝青路面的上面層中舊礦料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～30%，下面層的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%～50%；其它等級公路可根據(jù)再生設(shè)備的型號確定，一般質(zhì)量分?jǐn)?shù)均大于50%。

按照經(jīng)驗確定再生瀝青混合料中舊礦料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，還應(yīng)考慮瀝青路面的老化程度。如果瀝青路面老化程度較高，可適當(dāng)減少舊礦料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，相反則可加大其質(zhì)量分?jǐn)?shù)。此外，再生鏟除設(shè)備的類型對舊礦料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也有影響。

3)再生礦料的配合比

按照以上設(shè)計原則，對于AC-10再生瀝青混合料，采用0～10mm舊碎石，摻配部分新料(5～10 mm碎石、0～5 mm石屑和礦粉)的組配方案。經(jīng)設(shè)計計算，AC-10再生瀝青混合料的配合比為：m(0～10 mm舊碎石)：m(5～10 mm新碎石)：m(0～5 mm石屑)：m(礦粉)=25：38：36：1，級配如表3所示。

表3 AC-10再生瀝青混合料的級配設(shè)計

2.2 最佳瀝青的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

1)預(yù)估瀝青的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

瀝青用量受礦料級配的影響較大。對較粗級配類型的礦質(zhì)混合料，瀝青用量較少；對較細(xì)級配類型的礦料，瀝青用量則較高。按照設(shè)計的合成級配顆粒，可將礦料分為>13.2，13.2～4.75，4.75～0.6，0.6～0.075，<0.075mm 5擋粒級，再生瀝青混合料中瀝青的質(zhì)量分?jǐn)?shù)P的預(yù)估公式為

P=0.024A+0.036B+0.054C+0.081D+0.122E，

(1)

式中A，B，C，D，E分別為>13.2，13.2～4.75，4.75～0.6，0.6～0.075，<0.075 mm的顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

根據(jù)式(1)和表3，計算得到AC-10再生瀝青混合料預(yù)估瀝青的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.74%。

2)確定再生劑

試驗研究中采用了2種舊瀝青的再生方法：①采用90#軟瀝青(新)與舊瀝青按照一定的比例混合。②采用再生劑與70#新瀝青共同摻配再生舊瀝青[3]。再生后瀝青的性能指標(biāo)試驗結(jié)果見表4。

表4 新舊瀝青與再生瀝青的技術(shù)指標(biāo)

圖1 再生劑與舊瀝青混合料中瀝青的質(zhì)量比與再生瀝青的針入度關(guān)系

通過試驗驗證，兩種改性方法均可使再生瀝青達(dá)到70#等級，并且滿足威海地區(qū)70#瀝青的技術(shù)要求。考慮到再生工藝特性與再生成本，研究中主要采用了再生劑的再生方案，并對再生劑與舊瀝青混合料中瀝青的質(zhì)量比為0,0.05，0.08，0.10，0.15的再生瀝青(以舊料瀝青含量計)進(jìn)行比對試驗，試驗曲線如圖1所示。

由圖1可知，隨著再生劑質(zhì)量的增加，再生瀝青的針入度逐漸增大。再生劑與舊瀝青混合料中瀝青的質(zhì)量比為0.08～0.10時，基本可以摻配得到70#瀝青。本研究采用再生劑與舊瀝青混合料中瀝青的質(zhì)量比為0.08，再生瀝青的針入度約為60～80(0.1 mm)。

3 綜合路用性能研究

3.1 馬歇爾試驗與高溫性能研究

試驗采用摻加再生劑的細(xì)粒式AC-10瀝青混合料，對再生瀝青混合料的技術(shù)性能進(jìn)行研究。通過馬歇爾試驗，確定AC-10再生瀝青混合料的瀝青用量，并與未摻加再生劑的普通瀝青混合料的技術(shù)性能進(jìn)行對比，試驗結(jié)果如表5所示。

表5表明，摻加與未摻加再生劑的AC-10瀝青混合料中瀝青的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為5.9%，設(shè)計空隙率均達(dá)到4.0%。摻加改性劑后再生瀝青混合料的穩(wěn)定度較普通瀝青混合料稍低，但其馬氏模數(shù)有較大提高，預(yù)計再生瀝青混合料的抗車轍能力有所提高。車轍試驗進(jìn)一步驗證了再生劑與瀝青的質(zhì)量比為0.08時，AC-10再生瀝青混合料的動穩(wěn)定度達(dá)到1 520次/mm，比未加改性劑的普通瀝青混合料提高了55.7%，高出規(guī)范要求指標(biāo)的2～3倍。可見，摻加再生劑后，再生瀝青混合料的抗車轍能力大大提高。

表5 AC-10再生瀝青混合料的馬歇爾試驗結(jié)果

3.2 水穩(wěn)定性試驗

對再生瀝青混合料進(jìn)行水穩(wěn)性能檢驗，考慮威海地區(qū)受雨雪天氣影響較大，比較2種瀝青混合料的浸水馬歇爾試驗與凍融劈裂試驗，試驗結(jié)果見表6。

表6 再生瀝青混合料水穩(wěn)性試驗結(jié)果

由表6可知，摻加再生劑的AC-10瀝青混合料與普通瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比十分接近，均能達(dá)到規(guī)范要求，水穩(wěn)性較好。

3.3 低溫和疲勞性能試驗

進(jìn)行AC-10再生瀝青混合料低溫性能和彎拉疲勞性能的試驗研究[4]，比對分析采用3種組配材料的AC-10瀝青混合料：1#為普通瀝青混合料全部采用新礦料；2#為未摻加再生劑的再生瀝青混合料，舊料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%；3#為加入再生劑的再生瀝青混合料，舊料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%，再生劑質(zhì)量與舊料瀝青質(zhì)量比為0.08。低溫彎曲試驗和常溫疲勞試驗參照我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的方法進(jìn)行，試驗結(jié)果見表7。

表7 AC-10瀝青混合料低溫性能和彎拉疲勞試驗結(jié)果

由表7可知：1)低溫抗裂性。1#混合料的低溫彎拉破壞應(yīng)變小于規(guī)范規(guī)定值，不滿足規(guī)范要求；2#混合料的低溫彎拉破壞應(yīng)變滿足規(guī)范規(guī)定要求，且比1#混合料的彎拉應(yīng)變大19.0%；3#混合料的低溫彎拉破壞應(yīng)變是1#混合料的1.3倍，比2#混合料提高了10.0%。2)疲勞性能。2#混合料與3#混合料的彎拉破壞疲勞次數(shù)接近，均是1#混合料的1.6倍。可見，添加再生劑的再生瀝青混合料的低溫抗裂性和疲勞特性明顯優(yōu)于普通瀝青混合料。

4 結(jié)語

為合理有效地利用廢舊材料，對廢舊瀝青混合料中的瀝青的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及廢舊礦料級配進(jìn)行了全面分析。對再生瀝青混合料進(jìn)行了合理的配比設(shè)計，確定出熱再生瀝青混合料中新、舊礦料的摻配規(guī)格與摻配比例，并給出合理的再生瀝青用量。對再生瀝青混合料的路用性能進(jìn)行了綜合研究。試驗結(jié)果表明，添加再生劑的再生瀝青混合料具有良好的水穩(wěn)定性和較高的車轍性能，同時明顯提高了低溫抗裂性和疲勞性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]侯睿，李海軍，黃曉明.高等級路面舊瀝青混合料熱再生分析[J].中外公路,2005，25(4):155-159.

[2]王東.舊瀝青混合料熱再生技術(shù)應(yīng)用研究[M].吉林：吉林大學(xué)，2007.

[3]盛興躍，熊巍，文海.瀝青熱再生劑路用性能的試驗分析[J].公路交通技術(shù),2007，25(4):47-50.

[4]交通運輸部公路科學(xué)研究院.JTJ 052—2011 公路工程瀝青基瀝青混合料試驗規(guī)程[S].北京：人民交通出版社，2011.