熱再生瀝青混合料設(shè)計(jì)方法研究

樊慧平

山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西太原 030000

瀝青混合料熱再生是利用路面再生材料結(jié)合新材料、以及再生劑等生產(chǎn)新的混合料的過程。經(jīng)過嚴(yán)格設(shè)計(jì)后的再生料必須具備與常規(guī)瀝青混合料相同的材料指標(biāo)和路用性能。瀝青混合料熱再生設(shè)計(jì)一般包括材料測試和混合料的配合比設(shè)計(jì)兩個(gè)步驟，熱再生瀝青混合料的材料組成主要包含瀝青路面回收舊料、外加新集料、新的瀝青結(jié)合料和再生劑，目的是確定組成材料的各項(xiàng)指標(biāo)從而優(yōu)化材料組成達(dá)到混合料設(shè)計(jì)的要求?；旌狭系呐浜媳仍O(shè)計(jì)是通過測試混合料試件的各種性能來確定瀝青結(jié)合料的類型和用量。所以熱再生瀝青混合料設(shè)計(jì)一般應(yīng)包含以下主要步驟。

1）從現(xiàn)場獲取有代表性的舊路回收材料樣品；

2）對回收舊料進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)分析：

（1）測試回收舊料的各項(xiàng)指標(biāo)，確定回收料的組成；

（2）確定新添加新集料的用量；

（3）選擇新瀝青的種類，確定瀝青用量；

（4）拌和、壓實(shí)和混合料性能測試。

3）確定滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)的最佳混合料配合比。

1 材料測試

材料測試一般主要包括回收舊料的取樣和評價(jià)以及所需再生劑的評價(jià)，其中回收料的取樣尤其重要，因?yàn)樗赡軄碜圆煌瑢哟位虿煌范卧偕牧纤M成的不同料堆。因此，對現(xiàn)有路面、回收料運(yùn)輸車和回收料堆都應(yīng)該采集有代表性的樣品，測試其級配、針片狀含量和瀝青含量等關(guān)鍵指標(biāo)。

1.1 回收料的取樣

在取樣之前應(yīng)該根據(jù)舊路的施工資料、養(yǎng)護(hù)記錄和路面狀況調(diào)查等資料編制詳細(xì)的取樣方案和評價(jià)方法?；厥樟系娜右话惆ㄔ信f路面直接取樣、運(yùn)輸車輛上取樣和料堆上取樣3種，由于路面材料的破碎和銑刨都會改變原來的級配，且離散性和變異性較大，因此一般選擇在料堆取樣。為了獲得有代表性的回收料堆樣品，最大限度的減少離析現(xiàn)象，應(yīng)在回收料堆不同位置至少取10個(gè)以上樣品。在取樣前必須先除去料堆表面20cm厚的回收料，然后在一個(gè)位置至少挖取10kg回收料，回收料中應(yīng)剔除50mm以上大料。其中一半樣品用做集料極配和瀝青含量組成測試，另一半用做混合料設(shè)計(jì)使用。注意在料堆上取樣應(yīng)及時(shí)編號，這些樣品相對應(yīng)的路段也應(yīng)該仔細(xì)記錄，以便在設(shè)計(jì)時(shí)針對不同的料堆提出相應(yīng)的詳盡的設(shè)計(jì)方案。

1.2 回收料評價(jià)

由于經(jīng)過氧化和各種老化后回收料的瀝青中的瀝青組分含量降低，瀝青質(zhì)含量相應(yīng)增加，硬度增加，延度降低，導(dǎo)致瀝青的性能發(fā)生顯著的變化。另外，在交通荷載和環(huán)境的長期作用下，經(jīng)過銑刨和破碎的集料的級配和針片狀含量等指標(biāo)也相應(yīng)的發(fā)生變化，因此在混合料設(shè)計(jì)前應(yīng)對有代表性的回收料進(jìn)行集料級配、瀝青含量和60℃瀝青粘度等指標(biāo)進(jìn)行測試和評價(jià)。

1.2.1 集料評價(jià)

通過瀝青抽提試驗(yàn)對集料進(jìn)行顆粒分析試驗(yàn)，如果級配不能滿足設(shè)計(jì)要求，則必須通過添加新的集料重新進(jìn)行合成，另外集料的其他指標(biāo)例如壓碎值、針片狀含量、洛杉磯磨耗損失等關(guān)鍵指標(biāo)也必須重新檢測。

1.2.2 瀝青結(jié)合料評價(jià)

通過瀝青抽提試驗(yàn)對瀝青結(jié)合料進(jìn)行還原，然后對還原的瀝青進(jìn)行60℃粘度試驗(yàn)，從而確定外加新鮮瀝青的等級和用量，如果再生過程中回收料添加比例低于15%時(shí)一般不要求測試還原瀝青的性質(zhì)，混合料外加的瀝青等級應(yīng)和普通瀝青混合料相同。

2 熱再生瀝青混合料設(shè)計(jì)方法

2.1 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

熱再生混合料的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法即Marshallhe（馬歇爾）設(shè)計(jì)方法，主要步驟如下：

1）確定回收料中外加集料的比例ρ：根據(jù)舊路面中的集料顆粒組成和新集料的級配合成，可以計(jì)算出符合再生料級配的外加集料比例ρ。

2）確定再生混合料目標(biāo)瀝青用量L：對于熱再生瀝青混合料確定目標(biāo)瀝青用量最簡單的辦法就是假定回收料添加不影響瀝青用量的確定，一般可以使用以下經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算：

L=0.035a+0.045b+Jc+E

L為再生混合料的目標(biāo)瀝青用量估算值；

a為集料2.36mm以上篩剩余百分?jǐn)?shù)；

b為2.36mm和0.075mm篩間集料的百分?jǐn)?shù)；

c為0.075mm篩下集料的百分?jǐn)?shù)

J為集料系數(shù)，根據(jù)c值變化而變化，一般取0.15～0.2；

E為系數(shù)，根據(jù)集料比重和表觀特性取0～2，一般取0.7。

根據(jù)以上的目標(biāo)瀝青用量估算值為基準(zhǔn)，增加或減少0.5%的瀝青用量分別進(jìn)行試驗(yàn)檢測就可以確定最佳瀝青用量Lb。

3）確定外加瀝青用量Lnb：外加瀝青用量Lnb指外加瀝青占再生混合料重量的百分比，一般用以下經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算：

Lnb為外加瀝青占再生混合料重量的百分比；

Lsb為回收舊料中瀝青占舊料的百分比；

4）外加瀝青等級的選擇：在設(shè)計(jì)的過程中首先應(yīng)確定瀝青的粘度即目標(biāo)粘度。一般設(shè)計(jì)粘度值與施工方法、氣候條件和交通條件等有關(guān)，應(yīng)選取當(dāng)?shù)赝葪l件道路瀝青等級的粘度范圍中值。在選擇外加瀝青等級時(shí)，應(yīng)該遵循以下經(jīng)驗(yàn)原則：

（1）當(dāng)回收料比例低于15%時(shí)，可以采用當(dāng)?shù)赝ㄓ玫臑r青等級不進(jìn)行調(diào)整；

（2）當(dāng)回收料比例超過15%，外加瀝青的等級提高一個(gè)等級就可以，除非經(jīng)過車轍試驗(yàn)的檢驗(yàn)，一般不必將外加瀝青等級提高超過一個(gè)等級。

5）確定回收料含量Lsm和新集料含量Lns：計(jì)算公式分別如下：

6）混合料設(shè)計(jì)：根據(jù)前面的計(jì)算公式可以得到一些主要的技術(shù)參數(shù)，然后應(yīng)用傳統(tǒng)的馬歇爾設(shè)計(jì)方法進(jìn)行混合料設(shè)計(jì)。

7）確定最佳混合料配合比：根據(jù)混合料檢驗(yàn)結(jié)果，確定最佳混合料配合比，建議選擇4.0%空隙率對應(yīng)的瀝青含量作為最佳瀝青用量。

2.2 Superpave設(shè)計(jì)方法

Superpave設(shè)計(jì)方法作為美國SHRP計(jì)劃的重要組成部分，是一種基于提高瀝青路面使用性能的一種全新設(shè)計(jì)方法，Superpave設(shè)計(jì)方法中提出的瀝青的PG性能分級有利于提高不同溫度條件下的瀝青路面使用性能，瀝青PG等級劃分內(nèi)容包括：抗車轍系數(shù)、抗疲勞系數(shù)和最大蠕變勁度模量，分別表征高溫抗車轍變形、常溫抗疲勞開裂和低溫抗低溫開裂的能力。

PG分級系統(tǒng)包含表征高溫和低溫使用條件的兩個(gè)數(shù)值，如PG58-34表示瀝青具有58℃路面溫度下的抗車轍能力，而且在-34℃路面溫度下可以抵抗低溫開裂。另外Superpave設(shè)計(jì)方法還提出應(yīng)用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)的混合料體積設(shè)計(jì)法，以下是Superpave設(shè)計(jì)方法的具體步驟及內(nèi)容。

1）確定再生混合料的外加新集料比例：根據(jù)舊路面中的集料顆粒組成和新集料的級配合成，計(jì)算出符合再生料級配的外加集料比例，這一步驟與傳統(tǒng)的混合料設(shè)計(jì)方法類似，但Superpave的級配要求與普通混合料不同，需要注意。

2）估算再生混合料的總瀝青用量：本步驟設(shè)計(jì)思路同樣是假定再生集料與新集料的作用相似，新舊集料的添加比例不影響混合料的總瀝青用量。注意這里Superpave設(shè)計(jì)法瀝青用量的估算值是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式和集料體積特性（包括集料的級配、有效相對密度、毛體積相對密度等）計(jì)算出來的瀝青用量值。

3）確定再生混合料的外加瀝青用量：計(jì)算方法與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相同。

4）確定外加瀝青的等級：在選擇外加瀝青等級時(shí)，應(yīng)該遵循以下經(jīng)驗(yàn)原則：

（1）回收料添加比例小于15%的混合料，可以應(yīng)用當(dāng)?shù)赝绕胀r青混合料的瀝青PG分級；

（2）回收料添加比例在大于25%的混合料，外加瀝青應(yīng)該比當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)PG分級的瀝青低一個(gè)等級。

另外，需要注意的是在確定外加瀝青等級時(shí)要綜合考慮高溫抗車轍變形和常溫抗疲勞開裂兩個(gè)性能指標(biāo)，以求得比較理想的瀝青路用性能。

5）混合料測試：混合料應(yīng)在Superpave旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀上成型試件，并根據(jù)Superpave混合料體積法設(shè)計(jì)，其他混合料測試條件與傳統(tǒng)再生混合料設(shè)計(jì)方法相同。

6）確定混合料配合比：根據(jù)混合料測試結(jié)果確定最佳瀝青用量。

3 結(jié)論

廠拌熱再生瀝青混合料的設(shè)計(jì)的兩個(gè)主要步驟是材料評價(jià)和混合料的配合比設(shè)計(jì)。材料評價(jià)主要包括舊路面回收料和再生劑的性能測試，配合比設(shè)計(jì)主要有Marshallhe和Superpave兩種設(shè)計(jì)方法，如果有條件的話優(yōu)先選擇Superpave設(shè)計(jì)方法，對改善和提高瀝青混合料的路面使用性能有很大的保障。