兩種RAP 摻量下泡沫瀝青冷再生材料組成設計研究

郭海洋

（河南省交通規劃設計研究院股份有限公司，河南鄭州 450018）

0 引言

道路維修過程中，由于銑刨、翻挖等工序，產生了大量廢舊路面材料，通過瀝青路面再生技術可實現廢舊料再生利用，是循環經濟發展的需求。自“十二五”后，交通運輸部對公路養護廢舊路面材料循環利用提出了較高的要求，在我國新建道路及道路大中修工程中使用高RAP 摻量冷再生混合料十分重要[1]。基于再生層道路結構設計與材料設計一體化的原則，需優化含有冷再生層路面結構的設計，重點分析材料組成設計，在材料配合比設計中，含水量、瀝青穩定劑用量的最佳狀態，對瀝青混合料的力學性能影響較大。因此，通過對100%、80%兩種高摻量泡沫瀝青混合料的材料組成設計進行分析研究，希望能夠保證混合料組成設計的合理性、可行性[2]。

1 原材料選擇

基于工程經濟效益與環境效益的多方面考慮，在本地瀝青廠現存的兩檔大型火力發電廠脫硫廢水零排放技術路線研究和80%摻量條件下，分析泡沫瀝青冷再生材料的組成設計，在設計中，采用新的集料，即石灰巖（10 ～30mm）、機制砂。為保證混合料配合比設計的合理性，需提前檢驗所有原材料的技術指標，保證技術指標滿足規定要求[3]。

（1）瀝青。本地區四季分明，位于華北平原，在基質瀝青選擇中，可采用70#瀝青材料。技術指標檢測時，重點檢測瀝青材料的針入度、軟化點、延度（10℃、15℃）、閃點、殘留針入度等，經檢測各項指標均滿足規定要求[4]。

（2）RAP。在RAP 舊料選擇時，采用了本地區的道路銑刨舊料，根據粒徑大小分為兩檔材料，篩分結果如表1 所示。

表1 RAP篩分結果

在冷再生混合料路用性能分析中，0 ～4.75mm 細銑刨舊料的砂當量影響較大。因此，在使用前，需作砂當量試驗，重點對細銑刨舊料當中雜質及黏性土的含量進行檢測，并對舊料的潔凈情況進行準確的評價與分析。根據現行集料試驗相關規定及試驗結果顯示，87%為細銑刨舊料的砂當量實際檢測值，可滿足施工規定（＞60%）。

（3）新集料。采用了新集料，即石灰巖（10 ～30mm）、機制砂，同時對新集料的技術指標進行了檢測，檢測結果顯示滿足規定要求。

（4）水泥。為保證冷再生混合料的使用性能良好，在混合料內可摻加適量水泥。42.5 普通硅酸鹽水泥為試驗水泥材料。檢測時，重點檢測水泥的比表面積、凝結時間、安定性、抗折強度及抗壓強度。經檢測，均可滿足規定要求[5]。

（5）水。選擇無污染、無雜質的普通飲用水，可利用土工擊實試驗確定具體的含水量。

2 泡沫瀝青冷再生混合料級配設計

按照現行技術規范要求，在泡沫瀝青冷再生混合料級配設計中，可根據粒徑大小分為3 種不同的類型，具體如表2 所示。

表2 泡沫瀝青混合料級配設計范圍

篩分結果顯示，兩種高RAP 摻量下，泡沫瀝青冷再生混合料級配與中粒式級配范圍規定基本一致。由表3 可知，在舊銑刨料內，細料含量不多，與0.075mm 篩孔通過率要求不符。因此，可通過內摻法，保證0.075mm篩孔通過率盡可能與級配下限相同，可得出原材料摻配比例，100%RAP 摻量配比為20（＞12mm 舊料）:78.5（＜12mm 舊料）:0（機制砂）:1.5（水泥）；80%RAP 摻量配比為25（＞12mm 舊料）:53.5（＜12mm 舊料）:20（機制砂）:1.5（水泥）。同時，可獲取兩種高RAP 摻量泡沫瀝青混合料合成級配，如表3 所示。

表3 兩種高RAP摻量泡沫瀝青混合料合成級配

3 發泡試驗研究

泡沫瀝青混合料需進行發泡試驗分析[6]，采用維特根發泡設備，發泡試驗時為了確定最佳發泡溫度及用水量，所采用的技術指標包括膨脹率、半衰期。試驗中發泡用水量控制在1%～4%，發泡溫度分為3 個層別，即155℃、165℃、175℃。所得試驗結果如表4 所示。

表4 基質瀝青發泡試驗結果

經上述分析，當發泡用水量為2%～4%的情況下，3 種不同溫度環境中膨脹率偏大，溫度不同，其相對應的半衰期卻很小，與規定要求（8s）不符。采用70#基質瀝青是否可以確保冷再生混合料具有較好的性能存在很大爭議。因此，，需通過劈裂試驗進一步檢驗與證明。基于半衰期與膨脹率最大原則，最終確定發泡用水量和發泡溫度分別為3%、165℃，以此作為70#基質瀝青最佳發泡條件。

4 最佳含水量和泡沫瀝青含量分析

4.1 最佳含水量

根據級配組成設計分析，均勻拌合泡沫瀝青冷再生混合料，拌合用水量控制在9%以內，作重型擊實試驗，并由此獲取兩種高RAP 摻量泡沫瀝青混合料的最佳含水量和最大干密度，具體如表5 所示。

表5 兩種 RAP 摻量下泡沫瀝青冷再生混合料最佳含水量和最大干密度

4.2 最佳泡沫瀝青用量

為確定最佳泡沫瀝青用量，需開展干濕劈裂強度試驗，先在拌鍋內放入各檔集料、水泥材料，均勻拌合，隨后加入相應的用水量再次進行攪拌。在試驗中，采用不同的泡沫瀝青用量進行綜合分析[7]，在泡沫瀝青噴射環節，必須高度重視拌鍋旋轉的速度，保證高速運行，確保混合料內泡沫瀝青分散均勻。通過劈裂強度試驗，可獲取不同泡沫瀝青用量下兩種高RAP 摻量瀝青冷再生混合料的干、濕劈裂強度及劈裂強度比，如表6 所示。

表6 兩種 RAP 摻量下泡沫瀝青冷再生混合料泡沫瀝青用量

通過上述探討，在泡沫瀝青用量不同的情況下，兩種高RAP 摻量冷再生混合料的干、濕度劈裂強度較大[8]，100%RAP 摻量條件下，泡沫瀝青用量在2.5%～3.0%為最佳用量范圍，按照干濕度劈裂強度曲線峰值所對應的泡沫瀝青含量為最佳泡沫瀝青含量的原則，最終確定100%RAP 摻量最佳泡沫瀝青用量為2.8%；80%RAP 摻量條件下，泡沫瀝青用量在2.0%～2.5%為最佳用量范圍，最佳泡沫瀝青用量為2.5%。

5 結語

進入21 世紀，我國公路工程施工技術水平不斷提升，公路建設也步入了高速發展階段，在公路建設規模持續擴大的同時，路面病害問題日漸凸顯，路面維修會產生大量的廢舊瀝青路面材料，若直接丟棄，將造成環境污染且浪費瀝青資源，無法滿足我國可持續發展的要求。泡沫瀝青冷再生技術不但能夠有效利用RAP 材料，還能節約資源、能源，降低成本。對兩種 RAP 摻量下泡沫瀝青冷再生材料組成設計進行研究，確定了最佳含水量及泡沫瀝青含量，為改善瀝青混合料使用性能提供了依據。