上面層廢舊SMA再生利用配合比設計及性能評價

徐世法，梁凌子，梁峰銘，蔡碩果，高 山，王勝男

(1.北京建筑大學 未來城市設計高精尖創新中心，北京 100044； 2.北京建筑大學，北京 100044； 3.北京市城市交通基礎設施工程技術研究中心，北京 100044； 4.河南省臺輝高速公路建設有限公司，河南 濮陽 457600; 5.北京特希達交通勘察設計院有限公司，北京 102299； 6.北京市城市道路養護管理中心，北京 100069)

SMA瀝青瑪蹄脂混合料是當前國際上公認的一種抗變形能力強、耐久性能較好的瀝青面層混合料，由于粗集料的良好嵌擠，混合料有非常好的高溫抗車轍能力[1-2]；同時由于瀝青瑪蹄脂的粘結作用，低溫變形性能和水穩定性也有較多的改善；添加纖維穩定劑，使瀝青結合料保持高粘度，其攤鋪和壓實效果較好，但造價相對較高，在北京高等級道路上面層中實用廣泛。隨著我國城市高等級瀝青道路建設由新建為主逐漸轉為養護、大修為主，頻繁地銑刨或者翻挖產生了大量的廢舊SMA瀝青混合料[3-5]。因此，回收并再生廢舊SMA瀝青混合料具有很強的經濟價值及實用意義。

本文采用實際道路大修工程產生的上面層SMA-13廢舊瀝青混合料，研究其性能衰減情況，確定再生劑最佳用量及舊料最佳摻配比，再生混合料路用性能評價等幾個方面入手系統研究了廢舊瀝青再生技術，以期為工程實踐提供參考。

1 原材料性能及其衰減情況分析

1.1 廢舊瀝青及新瀝青

根據路段原始設計文件，該SMA—13瀝青混合料采用SBS改性瀝青，其各項性能指標滿足《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40—2004)中的技術標準。本文通過離心抽提法及旋轉蒸發法，將廢舊瀝青混合料中的瀝青與集料分離，并分別測試廢舊瀝青的主要性質以及廢舊舊料的級配情況，以反映廢舊瀝青混合料的性能衰減情況。

所提取的廢舊瀝青主要技術指標見表1。

表1 廢舊SBS改性瀝青主要技術指標Table1 MaintechnicalindicatorsofwasteSBSmodifiedas-phalt廢舊瀝青5℃延度/mm軟化點/℃25℃針入度/0.1mm1組472.4632.632組570.8331.853組471.5633.73規范要求≥20≥6040～60

本文試驗中所新添的SBS改性瀝青為Ⅰ-D類改性瀝青，其各項性能指標應滿足《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)中的技術標準，主要技術指標試驗結果見表2。

表2 新添SBS改性瀝青技術指標Table2 NewSBSmodifiedasphalttechnicalindicators類別針入度(25℃,100g,5s)/0.1mm延度(5℃,5cm/min)/mm軟化點(TR&B)/℃試驗值47 34 69技術要求40～60≥20≥60試驗方法T0604T0605T0606

從表中可以看出廢舊瀝青混合料所提取的舊瀝青出現了比較嚴重的老化，針入度降低，軟化點顯著增加，延度顯著降低。因此，廢舊瀝青的性能嚴重衰減，不能滿足使用要求。

1.2 礦料及級配

對舊料抽提后，廢舊集料的篩分結果見表3。

表3 回收料礦料篩分試驗結果Table3 Recycledmineralsscreeningtestresults篩孔/mm通過百分率/%第1次第2次第3次規范要求/%16.010010010010013.292.693.192.290～1009.585.987.585.350～75 4.7554.253.453.620～34 2.3635.434.735.715～26 1.1824.823.025.314～24 0.624.122.523.612～20 0.319.319.518.910～16 0.1517.417.316.7 9～15 0.07516.115.215.3 8～12

礦物骨料粒度的精細化(細料比例提高)是RAP的重要特征[6]。這是因為在車輛載荷下的瀝青路面受到壓力碾壓使得石料破碎同時，礦物顆粒之間的摩擦也可以引起顆粒表面的磨損，從而增加了瀝青混合物的粉末[7-8]。由篩分結果可知，廢舊集料已不能滿足SMA—13級配規范通過率要求。需新摻集料，通過合成級配以滿足規范通過率要求。

2 再生劑摻量對廢舊瀝青主要技術指標影響研究

再生劑主要采用低黏度石油系的礦物油，如精制潤滑油時的抽出油、潤滑油、機油和重油等[9]，為節省成本，工程上可用上述各種油料的廢料，通過摻入，恢復老化瀝青的原有特性，以滿足路用性能要求是使用瀝青再生劑的目的。本次研究采用糠醛油作為廢舊瀝青再生劑，摻入3%、4%、5%、6%、7%后廢舊瀝青的主要技術指標見表4。

表4 不同再生劑摻量廢舊瀝青主要技術指標Table4 Maintechnicalindicatorsofdifferentregenerantsusedinwasteasphalt廢舊瀝青+3%再生劑廢舊瀝青+4%再生劑廢舊瀝青+5%再生劑廢舊瀝青+6%再生劑廢舊瀝青+7%再生劑類別針入度(25℃,100g,5s)/0.1mm延度(5℃,5cm/min)/mm軟化點(TR&B)/℃針入度(25℃,100g,5s)/0.1mm延度(5℃,5cm/min)/mm軟化點(TR&B)/℃針入度(25℃,100g,5s)/0.1mm延度(5℃,5cm/min)/mm軟化點(TR&B)/℃針入度(25℃,100g,5s)/0.1mm延度(5℃,5cm/min)/mm軟化點(TR&B)/℃針入度(25℃,100g,5s)0.1mm延度(5℃,5cm/min)/mm軟化點(TR&B)/℃試驗值53.815.168.254.217.064.054.821.361.256.123.560.258.423.859.1技術要求40～60≥20≥6040～60≥20≥6040～60≥20≥6040～60≥20≥6040～60≥20≥60試驗方法T0604T0605T0606T0604T0605T0606T0604T0605T0606T0604T0605T0606T0604T0605T0606

由表4可知，隨著再生劑摻加量的提高，廢舊瀝青軟化點降低，延性和針入度提高。經比較，當再生劑摻量為5%時，針入度、延度及軟化點均可滿足規范要求。并且當摻加量提高時，軟化點將低于要求；參加量降低時，延度將低于要求。因此本次試驗選擇5%為再生劑摻加量。

3 再生瀝青混合料配合比設計方法研究

3.1 廢舊舊瀝青混合料中瀝青含量

由抽提法試驗結果得出，廢舊瀝青混合料中廢舊瀝青含量見表5。

表5 廢舊瀝青混合料提取的廢舊瀝青含量Table5 Wasteasphaltcontentextractedfromwasteasphaltmixture舊瀝青混合料的量/g提取瀝青的量/g廢舊瀝青百分比/%試驗方法3600144.04.0T06123600147.64.1T06123600154.84.3T0612平均值148.84.1T0612

通過對比設計油石比得知，廢舊瀝青混合料中的瀝青含量較之鋪筑時有一定的損失，原因如下[10-11]：

a.瀝青路面經過長時間的碾壓、雨水的浸泡使得瀝青路面發生病害，造成瀝青損失。

b.瀝青路面經過長期的熱曬、氧化，瀝青老化，內部分子發生反應致使瀝青損失。

3.2 新摻集料篩分試驗

對石灰巖10～15 mm，5～10 mm，0～5 mm集料進行了水洗篩分，結果如表6示。

表6 水洗篩分結果Table6 Washingandsievingresults篩孔尺寸/mm不同石灰巖通過篩孔百分率/%5～10mm10～15mm15～20mm16.000100.0010058.7013.200100.0097.0021.049.50099.3030.101.994.75013.201.900.632.3604.401.300.601.1803.801.300.580.6003.501.200.570.3003.101.100.550.1502.801.000.540.0752.601.000.53

3.3 摻配料礦料合成級配

本文以20%舊料摻配率為例，將銑刨舊料、新集料及礦粉進行級配合成，合成級配滿足《公路瀝青路面設計規范》(JTG D50-2006)的級配范圍要求，具體見表7及圖1。

表7 SMA-13礦料合成級配Table7 SMA-13mineralcompositegrading篩孔尺寸/mm不同礦料的百分比/%舊料0～5mm5～10mm10～15mm礦粉級配范圍級配中值合成級配1610010010010010010010010013.292.210099.284.210090～1009592.59.585.310095.313.810050～7562.565.74.7553.6994.10.710020～342733.22.3635.783.40.50.610015～2620.522.71.1825.255.10.40.610014～241922.30.623.638.90.30.610012～201616.30.318.928.60.20.690.510～161312.30.1517.720.10.10.588.99～15129.50.07515.316.40.10.580.58～12108.1配比20%28%10%38%4%

圖1 SMA-13礦料合成級配

3.4 再生瀝青混合料油石比確定

對新集料和銑刨舊料分別預熱，新集料的預熱溫度為180 ℃，銑刨舊料預熱溫度為110 ℃，加入5%的再生劑，在155 ℃～165 ℃的拌合器中拌合30 s，加入預熱的新集料干拌30 s，再加入新瀝青及礦粉繼續拌合60 s，形成熱再生瀝青再生混合料[12-13]。

選用5.0%，5.5%，6.0%，6.5%，7%的5組遞增的油石比(即新瀝青摻配率分別為0.9%、1.4%、1.9%、2.4%、3.9%)按上述方法制備再生瀝青混合料，測定不同油石比下的再生瀝青混合料性能指標，結果見表8～表11及圖2～圖5。

表8 不同油石比下再生瀝青混合料的動穩定度Table8 Dynamicstabilityofrecycledasphaltmixtureatdif-ferentoil-stoneratios瀝青含量/%動穩定度/(次·mm-1)技術要求/(次·mm-1)5.03156>30005.53269>30006.03668>30006.53989>30007.04005>3000

圖2 不同油石比下再生瀝青混合料的動穩定度

表9 不同油石比下再生瀝青混合料的凍融劈裂強度比Table9 Freeze-thawsplittingstrengthratioofrecycledas-phaltmixtureatdifferentoil-stoneratios瀝青含量/%凍融劈裂強度比/%技術指標/%5.076.65>80.005.580.23>80.006.083.33>80.006.583.62>80.007.083.97>80.00

圖3 不同油石比下再生瀝青混合料的凍融劈裂強度比

表10 不同油石比下再生瀝青混合料的馬歇爾殘留穩定度Table10 Marshallresidualstabilityofrecycledasphaltmix-turesatdifferentratiosofoiltostone瀝青含量/%殘留穩定度/%技術標準/%5.081.1>80.05.584.2>80.06.085.5>80.06.585.8>80.07.086.1>80.0

圖4 不同油石比下再生瀝青混合料的馬歇爾殘留穩定度

表11 不同油石比下再生瀝青混合料的彎拉破壞應變Table11 Bendingandstrainingstrainofrecycledasphaltmixtureunderdifferentoil-stoneratios油石比/%彎拉破壞應變/με技術標準/με52249>25005.52349>250062636>25006.52688>250072715>2500

圖5 不同油石比下再生瀝青混合料的彎拉應變

由不同油石比下再生SMA—13瀝青混合料的性能指標變化曲線可知，當油石比大于6.0%(新瀝青摻配率為1.9%)時，各指標均滿足規范技術要求，且當油石比繼續提高時，各指標提高速度放緩。考慮實用性和經濟性，選取6.0%(新瀝青摻配率為1.9%)為本次試驗油石比。

4.4 舊料最大摻配率確定

舊料摻配率很大程度上決定了混合料生產成本[14]，前文中以20%舊料摻配率為例研究再生SMA—13瀝青混合料設計方法，本節采用前文確定的油石比(6%)及再生劑摻配比，在10%舊料摻配率的基礎上逐步提高，并對再生料分別進行路用性能測試，以確定舊料最大摻配率，得到的結果見表12～表15。

表12 不同廢料摻配比下再生瀝青混合料的動穩定度Table12 Dynamicstabilityofrecycledasphaltmixturesatdifferentwastemixratios舊料摻配率/%動穩定度/(次·mm-1)技術標準/(次·mm-1)104154>3000203668>3000393432>3000403355>3000503221>3000

表13 不同摻配比下再生瀝青混合料的凍融劈裂強度比Table13 Freeze-thawsplittingstrengthratioofreclaimedasphaltmixturewithdifferentblendingratios舊料摻配率/%凍融劈裂/%技術標準/%1085.19>80.002083.33>80.003082.23>80.004080.42>80.005079.51>80.00

表14 不同摻配比下再生瀝青混合料的殘留穩定度Table14 Residualstabilityofrecycledasphaltmixtureun-derdifferentblendingratios舊料摻配率/%殘留穩定度/%技術標準/%1087.3>80.02085.5>80.03083.2>80.04081.6>80.05078.8>80.0

表15 不同摻配比下再生瀝青混合料的彎拉破壞應變Table15 Bendingfailurestrainofrecycledasphaltmixtureunderdifferentblendingratios舊料摻配率/%彎拉破壞應變/με技術標準/με102881>2500202636>2500302599>2500402558>2500502521>2500

由表12～表15可知，當舊料摻配率提高時，再生瀝青混合料各指標呈下降趨勢，當舊料摻配率大于40時將出現個別指標不滿足規范技術要求的情況。因此，本次舊料所生產的再生SMA-13瀝青混合料最大舊料摻配率為40%。

4 結論

本文利用實際道路大修工程銑刨的上面層SMA—13廢舊瀝青混合料，抽提廢舊瀝青并測試其性能衰減情況，確定了再生劑摻量為廢舊瀝青的5%；以20%舊料摻配率為例，對不同油石比下路用性能結果進行分析，確定了此條件下最佳油石比為6%(新摻1.9%)；最后，通過逐步提高舊料摻配率，判斷該再生SMA-13混合料各路用性能在滿足規范要求的最大舊料摻配率為40%。本文所開發的再生SMA設計方法能夠保證瀝青混合料路用性能并盡量提高舊料摻配比率，具備很強的工程指導意義。