廠拌熱再生瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)及質(zhì)量控制

林善偉

(福建省交通科研院有限公司，福州 350004)

0 引言

在我國(guó)已經(jīng)建成的高速公路中， 瀝青路面結(jié)構(gòu)約占80%～90%；雖然高速公路瀝青路面的設(shè)計(jì)壽命一般為15年，但從實(shí)際情況看，多數(shù)瀝青路面在運(yùn)營(yíng)后的2～3 年，就要進(jìn)行小范圍的維修，在運(yùn)營(yíng)后的4～5 年，就要進(jìn)行中等范圍的維修，在運(yùn)營(yíng)后的8～10 年，就需要進(jìn)行大范圍的維修。瀝青路面維修時(shí)，若將銑刨產(chǎn)生的大量瀝青混合料廢棄，既污染環(huán)境，又造成資源的極大浪費(fèi)。 瀝青路面再生已經(jīng)成為國(guó)際上道路維修改造的主要方法， 對(duì)比使用新材料的瀝青路面可節(jié)約成本，且節(jié)能環(huán)保效益顯著。隨著我國(guó)高速公路大規(guī)模進(jìn)入維修期， 廠拌熱再生技術(shù)引起了人們極大的關(guān)注。

本文結(jié)合工程實(shí)際， 對(duì)某高速公路瀝青路面廠拌熱再生瀝青混合料(AC-16C)目標(biāo)配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)生產(chǎn)施工過(guò)程的質(zhì)量控制作出一些分析建議。 該瀝青混合料實(shí)際應(yīng)用于瀝青路面結(jié)構(gòu)層的下面層， 所以以下涉及指標(biāo)以瀝青路面下面層技術(shù)要求為準(zhǔn)。

1 瀝青路面廠拌熱再生瀝青混合料(AC-16C)目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

1.1 原材料的選用

瀝青路面廠拌熱再生混合料(AC-16C)采用的回收瀝青路面材料(RAP)來(lái)自某段高速公路瀝青路面，粗細(xì)集料采用當(dāng)?shù)禺a(chǎn)玄武巖石料，礦粉采用石灰?guī)r礦粉，抗剝落劑采用AR-II 型抗剝落劑，瀝青采用SBS 改性瀝青。對(duì)原材料進(jìn)行檢測(cè)， 礦粉、SBS 改性瀝青、 回收瀝青路面材料(RAP)(根據(jù)實(shí)際情況分為RAP1、RAP2 兩檔)、 粗細(xì)集料各項(xiàng)指標(biāo)均符合 《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)、《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 5521-2019)規(guī)范要求，其中回收瀝青路面材料(RAP)各項(xiàng)指標(biāo)見表1。 對(duì)各礦料進(jìn)行篩分，篩分結(jié)果見表2。

表1 回收瀝青路面材料(RAP)檢測(cè)結(jié)果

表2 礦料篩分結(jié)果

1.2 設(shè)計(jì)級(jí)配與最佳瀝青用量的確定

根據(jù) 《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 5521-2019)廠拌熱再生混合料配合比設(shè)計(jì)要求，回收瀝青路面材料(RAP)摻配比例一般為15%～30%，結(jié)合工程實(shí)際回收瀝青路面材料(RAP)的含水率、礦料的級(jí)配變異情況，以及拌合設(shè)備的類型與加熱干燥能力、 新集料的性質(zhì)等，確定本次回收瀝青路面材料(RAP)和新集料的摻配比例19：81，其中回收瀝青路面材料(RAP)根據(jù)實(shí)際情況分為9.5mm～19mm(RAP1)、0mm～9.5mm(RAP2)兩檔，兩檔比例為10：9。根據(jù)礦料篩分結(jié)果，設(shè)計(jì)出三組級(jí)配，各級(jí)配每檔質(zhì)量比見表3，其級(jí)配曲線見圖1，合成級(jí)配見表4。

表3 各礦料比例

圖1 合成級(jí)配

表4 級(jí)配曲線表

按上述三種級(jí)配， 根據(jù) 《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 5521-2019)廠拌熱再生瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法，結(jié)合實(shí)際，估算熱再生瀝青混合料中瀝青用量4.6%，新添加瀝青用量等于估算瀝青總量減去(RAP)中的瀝青含量0.92%(通過(guò)抽提法測(cè)出瀝青含量， 通過(guò)級(jí)配比例計(jì)算瀝青比例)，即新添加瀝青含量為3.68%。 按照上述瀝青用量分別制作馬歇爾試件， 進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，結(jié)果見表5。

表5 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行參數(shù)分析， 級(jí)配2 的馬歇爾試件試驗(yàn)結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求， 因此選擇級(jí)配2 作為設(shè)計(jì)級(jí)配。以級(jí)配2 為設(shè)計(jì)級(jí)配，并按照熱再生瀝青混合料的瀝青含量4.0%、4.3%、4.6%、4.9%、5.2%，分別制作馬歇爾試件，進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，結(jié)果見表6 和圖2。

從圖2 空隙率圖、瀝青飽和度圖可以看出，選定的瀝青用量范圍覆蓋了設(shè)計(jì)空隙率的合格范圍(4%～6%)及瀝青飽和度要求范圍(65%～75%)，但從密度曲線圖看，馬歇爾試件的毛體積密度在選定的瀝青用量范圍內(nèi)未出現(xiàn)峰值。 因此，以設(shè)計(jì)目標(biāo)空隙率4.5%對(duì)應(yīng)的瀝青用量作為OAC，從空隙率曲線圖可以讀出，4.5%空隙率對(duì)應(yīng)的瀝青用量是4.56%。 除VMA 外，其余各項(xiàng)指標(biāo)符合技術(shù)要求的瀝青用量范圍如圖3 所示。 參考圖2，各項(xiàng)指標(biāo)均符合技術(shù)要求的瀝青用量共同區(qū)間是4.40%～4.76%，即OACmin～OACmax為4.40%～4.76%。 因此，OAC2計(jì)算如下：OAC2=(OACmin+OACmax)/2=(4.40%+4.76%)/2=4.58%。最佳瀝青用量取OAC1和OAC2的平均值計(jì)算如下：OAC=(OAC1+OAC2)/2=(4.56%+4.58%)/2=4.57%。 考慮到回收瀝青路面材料(RAP)瀝青老化等不利因素，因此以換算成新集料的瀝青用量4.60%(實(shí)際添加瀝青含量3.68%) 作為最佳瀝青用量。

表6 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

圖2 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

圖3 各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求的瀝青用量

1.3 設(shè)計(jì)級(jí)配與最佳瀝青用量的驗(yàn)證

按照熱再生瀝青混合料的瀝青含量4.60%(實(shí)際添加瀝青含量3.68%)制作馬歇爾試件，馬歇爾試件試驗(yàn)結(jié)果如表7 所示。對(duì)熱再生瀝青混合料路用性能進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表8 所示。

表7 最佳瀝青用量下的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表8 最佳瀝青用量下的混合料路用性能

從表7、表8 可知，該瀝青路面廠拌熱再生瀝青混合料(AC-16C)目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果滿足規(guī)范對(duì)瀝青混合料(AC-16C)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求。

2 瀝青路面廠拌熱再生瀝青混合料(AC-16C)質(zhì)量控制

2.1 生產(chǎn)配合比的確認(rèn)

按照上述目標(biāo)配合比各檔料進(jìn)料比例， 通過(guò)瀝青拌合樓生產(chǎn)熱倉(cāng)料，進(jìn)行生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)，并在生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)后進(jìn)行瀝青混合料試拌與試鋪， 根據(jù)試驗(yàn)路的檢測(cè)結(jié)果與施工效果，進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，確定生產(chǎn)用的標(biāo)準(zhǔn)配合比。 在材料確定后，不能在生產(chǎn)過(guò)程中隨意調(diào)整，應(yīng)保持材料的穩(wěn)定性， 在檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)材料發(fā)生變化并且瀝青混合料的馬歇爾、礦料級(jí)配等指標(biāo)不符合要求時(shí)，應(yīng)對(duì)配合比進(jìn)行及時(shí)調(diào)整驗(yàn)證， 使瀝青混合料的質(zhì)量符合要求并保持相對(duì)穩(wěn)定。若回收瀝青路面材料(RAP)質(zhì)量或新材料質(zhì)量變動(dòng)過(guò)大時(shí)，則須重新進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。

2.2 對(duì)原材料的質(zhì)量控制

在原材料方面，必須對(duì)回收瀝青路面材料(RAP)的含水率進(jìn)行控制，切不可過(guò)高，否則會(huì)影響回收瀝青路面材料(RAP)的加熱效率，從而影響瀝青混合料的性能。 回收瀝青路面材料(RAP)在回收和存放時(shí)不得混入水泥混凝土廢料、 底基層廢料等雜物。 在對(duì)回收瀝青路面材料(RAP)破碎時(shí)，應(yīng)將料堆的回收瀝青路面材料(RAP)通過(guò)裝載機(jī)等工具進(jìn)行充分混合， 再通過(guò)柔性破碎技術(shù)對(duì)回收瀝青路面材料(RAP)進(jìn)行破碎篩分，并按設(shè)定的規(guī)格9.5mm～19mm、0mm～9.5mm 分別進(jìn)行堆放。 同時(shí)，對(duì)其他材料也應(yīng)加強(qiáng)生產(chǎn)過(guò)程中的檢測(cè)， 嚴(yán)格控制進(jìn)場(chǎng)材料的質(zhì)量。

2.3 對(duì)拌合樓的拌和質(zhì)量和施工過(guò)程控制

在瀝青拌合樓方面，正式生產(chǎn)前，應(yīng)確保拌合樓的生產(chǎn)能力與回收瀝青路面材料(RAP)烘干滾筒的生產(chǎn)能力相匹配，回收瀝青路面材料(RAP)嚴(yán)禁與火直接接觸，兩者應(yīng)保持至少450mm 以上距離，同時(shí)加熱溫度應(yīng)保持在120℃左右。 烘干滾筒內(nèi)必須設(shè)置有防粘貼設(shè)備，以避免烘干滾筒筒壁與回收瀝青路面材料(RAP)在烘干過(guò)程中發(fā)生粘貼。相較于未使用回收瀝青路面材料(RAP)的瀝青混合料，使用回收瀝青路面材料(RAP)的瀝青混合料在拌合站的拌和時(shí)間應(yīng)延長(zhǎng)10～30s 左右，其中干拌時(shí)間延長(zhǎng)5～10s，出料溫度宜高10℃左右。在運(yùn)輸、攤鋪、碾壓方面，回收瀝青路面材料(RAP)的瀝青混合料與未使用回收瀝青路面材料(RAP)的瀝青混合料相似，可參照?qǐng)?zhí)行。 當(dāng)采用廠拌熱再生瀝青混合料進(jìn)行瀝青路面施工時(shí)， 應(yīng)遵循“分階段、抓重點(diǎn)、強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)”原則，加強(qiáng)質(zhì)量控制。

3 結(jié)語(yǔ)

回收瀝青路面材料(RAP)的摻量及新瀝青的摻量對(duì)于廠拌熱再生瀝青混合料(AC-16C)目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵， 而質(zhì)量控制的重點(diǎn)則在于對(duì)回收瀝青路面材料(RAP)、原材料以及瀝青混合料的質(zhì)量控制以及施工現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程控制。通過(guò)選擇合適的原材料與合理的級(jí)配設(shè)計(jì)，廠拌熱再生瀝青混合料的各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)都可以達(dá)到普通瀝青混合料的技術(shù)指標(biāo)要求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)， 具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和推廣價(jià)值。