復(fù)拌型就地?zé)嵩偕鸀r青混合料的配合比設(shè)計研究

王禮珍 李艷　馬慶偉　張娟

摘要：對瀝青路面的再生技術(shù)進(jìn)行了簡要分析，并對復(fù)拌熱再生瀝青混合料的配合比設(shè)計進(jìn)行研究，對最佳瀝青用量下的該配合比設(shè)計進(jìn)行了路用性能驗證。結(jié)果表明：在最佳新瀝青用量（02%）下，所設(shè)計的復(fù)拌型熱再生瀝青混合料配合比能滿足普通AC-16瀝青混凝土馬歇爾配合比設(shè)計技術(shù)要求和檢驗要求。

關(guān)鍵詞：再生機(jī)理；就地?zé)嵩偕慌浜媳仍O(shè)計；路用性能

中圖分類號：U418.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Abstract： A brief analysis on the regeneration technology of asphalt pavement was conducted， and a research on mix design of hot in-place recycling asphalt mixture by remixing was carried out. The pavement performance of asphalt mixture with optimal asphalt content was verified. The result shows that by adding 0.2% new asphalt during the remixing process， the mixture with designed mix proportion meets the technical requirements of Marshall Mix Design for ordinary AC-16 asphalt concrete.

Key words： regeneration mechanism； hot in-place recycling； mix design； pavement performance

0 引 言

交通荷載和自然因素的長期作用會使瀝青路面材料特別是瀝青膠結(jié)料的質(zhì)量發(fā)生不可逆的劣化。當(dāng)這些材料的使用性能低于規(guī)范的規(guī)定值時，就需要對路面進(jìn)行維修或改建。

瀝青路面的再生利用可節(jié)約大量瀝青、砂石等原材料，減少工程投資，利于保護(hù)環(huán)境，具有顯著的社會經(jīng)濟(jì)效益以及環(huán)境效益。近年來瀝青路面再生利用技術(shù)越來越受到重視，已成為公路工程建設(shè)中的重要實用技術(shù)[1]。瀝青混凝土路面就地?zé)嵩偕夹g(shù)作為再生技術(shù)的一種，采用專用的熱再生設(shè)備，對瀝青路面進(jìn)行加熱、銑刨，就地添加再生劑、新瀝青結(jié)合料和礦料對其進(jìn)行重新加工，形成復(fù)拌型就地?zé)嵩偕旌狭希芍苯佑眠@些再生瀝青混合料修筑面層、基層[2]。

本文首先簡要分析了瀝青再生機(jī)理，探討了復(fù)拌型就地?zé)嵩偕鸀r青混合料的組成設(shè)計方法，并在最佳瀝青用量下對其路用性能進(jìn)行驗證。

1 再生瀝青混合料的再生機(jī)理

瀝青再生是瀝青老化的逆過程，研究瀝青再生的機(jī)理應(yīng)從瀝青的老化機(jī)理入手。瀝青的老化機(jī)理目前主要有兩種理論：組分遷移理論和相容性理論[3-4]。

組分遷移理論認(rèn)為，瀝青老化主要是由于組分逐漸發(fā)生變化。以常用的分析法為例，瀝青老化的過程是芳香酚→膠質(zhì)→瀝青質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程，此化學(xué)反應(yīng)過程不可逆。隨著瀝青質(zhì)含量的增加，瀝青便會出現(xiàn)粘度增大、針入度下降等特征。相容性理論則認(rèn)為，瀝青中的溶質(zhì)為瀝青質(zhì)，溶劑為膠質(zhì)和油分，它們被統(tǒng)稱為軟瀝青質(zhì)。隨著瀝青發(fā)生脫氫、聚合和氧化等化學(xué)反應(yīng)，瀝青質(zhì)與軟瀝青質(zhì)之間的相容性被破壞，宏觀上表現(xiàn)為瀝青老化、硬化。

按照組分遷移理論分析，在舊瀝青中加入某種組分的低粘度油料（再生劑）進(jìn)行調(diào)配，可使調(diào)配后的再生瀝青具有適合的粘度和所需的路用性質(zhì)；按照相容性理論分析，加入再生劑可降低瀝青質(zhì)的相對含量，提高瀝青質(zhì)在軟瀝青質(zhì)中的溶解度，改善瀝青的相容性。

2 原路面性質(zhì)及級配檢測

就地?zé)嵩偕鸀r青混合料中的舊料占絕大部分，舊料的級配、油石比以及瀝青的性質(zhì)等均發(fā)生了不同程度的差異。再生混合料配合比設(shè)計的任務(wù)就是消除這些差異，恢復(fù)混合料的原有性能。因此，再生混合料設(shè)計的關(guān)鍵是檢測舊料的配合比、油石比及舊瀝青性質(zhì)。

對某路面再生工程中回收的舊混合料進(jìn)行抽提，得知該瀝青混合料的瀝青含量為4.65%。同時將燃燒后得到的集料進(jìn)行篩分，確定舊料級配。級配分析結(jié)果如圖1所示。從圖1可以看出，級配曲線在2.36～95 mm的篩孔范圍內(nèi)偏向甚至超過了級配下限，級配結(jié)構(gòu)不理想。對瀝青混合料樣品進(jìn)行抽提試驗回收老化瀝青，進(jìn)行三大指標(biāo)分析，檢測結(jié)果如表1所示。從表1可知，原路面的瀝青已老化，針入度、延度和軟化點均大幅降低，遠(yuǎn)低于70#瀝青規(guī)范要求，需加入再生劑調(diào)配。

3 再生劑的選取與摻量的確定

復(fù)拌型再生瀝青混合料，是指噴灑了再生劑、熱瀝青（需要時）的原路面瀝青混合料和新添加瀝青混合料按試驗確定的比例進(jìn)行拌和的瀝青混合料。因此，在進(jìn)行復(fù)拌型再生混合料的配合比設(shè)計時，應(yīng)對添加的再生劑以及新料分別進(jìn)行研究。

分別添加7%（以與舊瀝青百分比計）的吉林嘉鵬和江蘇RA-100兩種再生劑到回收的舊瀝青中，測定再生瀝青三大指標(biāo)，結(jié)果見表2。

再生劑添加量以使舊瀝青性能恢復(fù)至原路面所使用瀝青標(biāo)號（70#）的下一等級（即50#）為目標(biāo)。表2的試驗結(jié)果表明，在針入度及軟化點均滿足規(guī)范要求時，添加江蘇RA-100再生劑后，再生瀝青的針入度接近規(guī)范中值，且軟化點較低。故決定采用江蘇RA-100作為再生劑，但添加7%的再生劑不能滿足規(guī)范50#瀝青的延度指標(biāo)要求，因此還要對再生劑的摻量進(jìn)行確定。

在回收的老化瀝青中添加不同劑量（以與舊瀝青百分比計）的江蘇RA-100再生劑，通過瀝青三大指標(biāo)試驗確定各種劑量下瀝青性能恢復(fù)程度，試驗結(jié)果見表3。

從表3可知，當(dāng)再生劑添加量為9%時，瀝青性能滿足A-50#瀝青的三大指標(biāo)及要求，因而初步確定該路面的再生劑添加量為9%。endprint

4 新拌瀝青混合料的確定

4.1 新添加混合料級配的確定

以復(fù)拌方式進(jìn)行混合料再生時，需摻入一定比例的新混合料，以達(dá)到綜合有效地改善原路面材料級配的目的。原路面部分細(xì)集料流失且局部抽樣板塊存在較大空隙，設(shè)計采用AC-10型瀝青混合料對原級配予以微調(diào)修正。依據(jù)原材料篩分結(jié)果進(jìn)行瀝青礦料級配曲線設(shè)計，經(jīng)試配，AC-10型瀝青混合料生產(chǎn)配合比為：4.75～9.5 mm∶2.36～475 mm∶0～2.36 mm∶礦粉=47∶8∶40∶5。其級配曲線見圖2。

4.2 新料添加比例的確定

在確定新添加料AC-10的級配后，需要對新料添加比例進(jìn)行確定。考慮在滿足《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG F41—2008）中關(guān)于復(fù)拌型

熱再生新?lián)郊恿媳壤?0%內(nèi)的條件下，盡可能提高舊料的利用率，故選取30%、20%、10%（按舊瀝青混合料的質(zhì)量百分比計）作為摻加新料的比例。不同摻加比例下得到的再生混合料級配曲線如圖3。

由圖3可知，根據(jù)目標(biāo)配合比設(shè)計結(jié)果，隨新料添加比例的增加，再生混合料的級配曲線整體趨近規(guī)范規(guī)定AC-16的級配中值，且光滑平順。由此確定新瀝青混合料的添加比例為舊瀝青混合料的30%，即復(fù)拌型瀝青混合料中新舊瀝青混合料的含量分別為23%和77%。按該比例得到的復(fù)拌型瀝青混合料合成級配見表4。

4.3 新瀝青添加量的確定

在舊混合料中添加9%的再生劑后與新AC-10的礦料按比例混合。添加新的基質(zhì)瀝青，新瀝青用量以合成后的混合料礦料總質(zhì)量為基準(zhǔn)，按油石比0、02%、04%、06%的量分別進(jìn)行添加并進(jìn)行復(fù)拌型就地?zé)嵩偕浜媳锐R歇爾新瀝青用量試驗。

依據(jù)AC-16馬歇爾配合比設(shè)計要求和《公路瀝青路面施工規(guī)范》（JTG F40—2004）中要求的熱拌瀝青混合料的配合比設(shè)計方法，建議的新瀝青用量（油石比）的范圍為0～0.2%，初步確定最佳新瀝青添加量（油石比）為02%。

即復(fù)拌型就地?zé)嵩偕浜媳瘸砑?%再生劑（按舊瀝青質(zhì)量的百分比計）和30%的新AC-10（按舊瀝青混合料的質(zhì)量百分比計）外還應(yīng)再添加02%的新瀝青（按總礦料質(zhì)量的百分比計）。

5 熱再生瀝青混合料性能評價

計算出瀝青最佳用量并成型試件，分別做瀝青混合料的車轍試驗、低溫彎曲試驗、浸水馬歇爾試驗及凍融劈裂試驗，以此檢驗在最佳瀝青含量下的再生瀝青混合料的高、低溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性，通過檢驗瀝青最佳用量的合理性來評價復(fù)拌型再生混合料路用性能。試驗結(jié)果如表5所示。

由表5可以看出，所設(shè)計的復(fù)拌型熱再生瀝青混合料的配合比能滿足普通AC-16瀝青混凝土馬歇爾配合比設(shè)計技術(shù)要求和檢驗要求，說明以上復(fù)拌型再生混合料的配合比設(shè)計合理可行。

6 結(jié) 語

（1） 再生劑的添加可提高瀝青質(zhì)在軟瀝青質(zhì)中的溶解度，改善了舊瀝青的性能，調(diào)配后的再生瀝青具有合適的粘度和所需要的路用性質(zhì)。

（2） 本文提出的復(fù)拌型就地?zé)嵩偕浜媳仍O(shè)計為：9%再生劑（按舊瀝青質(zhì)量的百分比計）+30%的新AC-10（按舊瀝青混合料的質(zhì)量百分比計）+02%的新瀝青（按總礦料質(zhì)量的百分比計）。經(jīng)路用性能驗證，所設(shè)計的料配合比能滿足普通AC-16瀝青混凝土馬歇爾配合比設(shè)計技術(shù)要求和檢驗要求，該配合比設(shè)計合理可行。

參考文獻(xiàn)：

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[4] 董澤蛟.再生瀝青混合料路用性能研究[D].吉林：哈爾濱上業(yè)大學(xué)，2004.

[責(zé)任編輯：杜衛(wèi)華]endprint