乳化瀝青冷再生瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

蔡紫艷

（江蘇淮安交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 淮安 223001）

目前我國高速公路總里程已居世界第二，在不斷鋪設(shè)新公路的同時(shí)，公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)和養(yǎng)護(hù)管理已經(jīng)得到人們越來越多的重視。由于交通的日益繁重，超載、重載的車輛越來越多，以及施工中質(zhì)量控制不嚴(yán)等原因，據(jù)2009年的統(tǒng)計(jì)，我國每年需要翻修的瀝青路面大約有12%，而產(chǎn)生的廢舊瀝青混合料量達(dá)到約220萬t，而如今每年的翻修量將會(huì)更多。

若將銑刨下來的瀝青混合料廢棄，不但造成了嚴(yán)重的浪費(fèi)，而且還占據(jù)了大量的土地，同時(shí)影響了當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境。因此歐美發(fā)達(dá)國家很早便開始了對廢舊路面材料回收利用的研究，再生利用率普遍達(dá)到75%，有些國家甚至實(shí)現(xiàn)了百分百的利用［1］。我國在該方面的研究起步較晚，尚缺乏較為完善的系統(tǒng)研究成果。因此我們需要從混合料設(shè)計(jì)、性能評價(jià)、施工工藝、質(zhì)量控制及相關(guān)設(shè)備研發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)問題入手進(jìn)行深入的研究，以縮短在再生方面與歐美國家的差距。

我國將瀝青路面再生技術(shù)分為四大類，包括廠拌熱再生、現(xiàn)場熱再生、廠拌冷再生和現(xiàn)場冷再生［2］。不同的再生方法具有各自相應(yīng)的特點(diǎn)，確定合理的再生方法和實(shí)施方案，需根據(jù)原路面的損壞類型、損壞程度及相關(guān)配套工程條件而決定的。本文現(xiàn)從冷再生研究的最為基礎(chǔ)的混合料設(shè)計(jì)進(jìn)行試探性的研究。

1 RAP的評價(jià)

1.1 RAP中的瀝青性能評價(jià)

本研究所采用的舊瀝青混合料取自于某高速公路淮安段銑刨、破碎后得到的。采用離心抽提儀將RAP中的集料和瀝青分離以后，用阿布森法分離回收溶液中的瀝青和三氯乙烯，從而得到RAP中的舊瀝青樣品。得到RAP中瀝青含量為4.7%，回收瀝青的各項(xiàng)指標(biāo)測試結(jié)果如表1所示。

表1 回收后的舊瀝青三個(gè)指標(biāo)

針入度、延度的顯著降低、軟化點(diǎn)的升高說明回收的瀝青老化程度較為嚴(yán)重。

1.2 RAP中的級配測試

一般銑刨后的RAP含有未充分破碎的塊狀或片狀舊瀝青混合料，若直接應(yīng)用，這些由粒徑較小的一些集料組成的團(tuán)塊與粗骨料的尺寸類似，但無法在新的混合料中起到骨架作用。為了保證再生混合料的使用性能，嚴(yán)格的控制再生混合料的級配，應(yīng)對RAP進(jìn)行二次破碎。采用離心抽提儀分離完全破碎后的RAP中的集料，將抽提后的材料進(jìn)行篩分分析，其結(jié)果見表2所示。

表2 RAP抽取后的級配組成

從表2可以看出，抽提后集料偏細(xì)，級配大部分落在規(guī)范的范圍之內(nèi)，與規(guī)范上限比較接近，但各別檔料超出了級配規(guī)定的范圍。集料偏細(xì)的原因可能是由于行車荷載的長期作用、銑刨和二次破碎所造成的。

2 乳化瀝青冷再生混合料原材料

2.1 乳化瀝青

采用慢裂型陽離子乳化瀝青，宜在常溫下使用，使用溫度不超過60℃。乳化瀝青的主要技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

表3 乳化瀝青技術(shù)指標(biāo)測試值

2.2 新礦料

由于舊料本身可能存在微小裂紋，并且銑刨后的RAP級配未必適合再生層的級配，因而需要另外添加新的集料。新礦料為石灰?guī)r，測得其壓碎值為16.7%，加入量為再生混合料質(zhì)量的20%左右。

2.3 礦粉

礦粉采用石灰?guī)r礦粉，表觀密度為2.74，其他指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

3 乳化瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)研究

3.1 級配組成設(shè)計(jì)

綜合美國瀝青協(xié)會(huì)AI、美國聯(lián)邦高速公路管理局FHWA、日本和中國等對瀝青穩(wěn)定基層級配的規(guī)定［4］，采用接近于我國粗粒式級配范圍中值的級配進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)研究。研究按照RAP∶碎石∶水泥=84∶15∶1的比例進(jìn)行摻配，得到的合成級配應(yīng)滿足AM-25瀝青碎石的級配范圍見表4所示。

表4 再生混合料合成級配范圍

3.2 確定水泥用量

有關(guān)研究表明，乳化瀝青、泡沫瀝青冷再生添加超過2%的水泥會(huì)對穩(wěn)定層的疲勞特性帶來不利的影響。參考《公路瀝青路面冷再生技術(shù)規(guī)范》（JTG F41—2008）中用規(guī)定的水泥含量為1%～2%進(jìn)行試驗(yàn)［5］，為減少該研究的工作量，試驗(yàn)時(shí)采用的水泥含量為1.5%。

3.3 確定最佳含水率

乳化瀝青冷再生混合料拌和過程需要加入水，其壓實(shí)性能與土的類似，都存在一個(gè)最佳的含水量，而且在最佳含水量下，混合料的干密度將達(dá)到最大值。水泥在水化過程中需要有充足的水分，并且適量的水能使乳化瀝青均勻地分散在集料表面，潤滑集料，有利于混合料的壓實(shí)。

將RAP、新集料、礦粉和水泥按照設(shè)計(jì)的摻配比例混合，通過重型擊實(shí)試驗(yàn)確定最佳含水率，結(jié)果見圖1所示，試驗(yàn)確定乳化瀝青冷再生混合料的最佳含水量為6.0%。

圖1 乳化瀝青冷再生混合料的擊實(shí)曲線

3.4 確定最佳乳化瀝青用量

按照合成級配進(jìn)行摻配后，加入最佳含水量，然后按四個(gè)油石比加入乳化瀝青：3.5%、4.0%、4.5%和5.5%，進(jìn)行拌合，制作試件，并按《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTJ F41—2008）中規(guī)定的試驗(yàn)方法，在常溫下分別測試各初試乳化瀝青用量的再生混合料干ITS和濕ITS，并計(jì)算干濕劈裂強(qiáng)度比（簡稱“強(qiáng)度比”），試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。按照濕劈裂強(qiáng)度最大，同時(shí)兼顧干ITS和劈裂強(qiáng)度比較大的原則，確定出再生混合料的最佳乳化瀝青用量為4.0%。

表5 不同乳化瀝青用量下混合料的劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)

3.5 再生混合料的性能檢驗(yàn)

制備冷再生瀝青混合料馬歇爾試件，檢測其馬歇爾穩(wěn)定度、流值、孔隙率等指標(biāo)，測試結(jié)果見表6所示。與規(guī)范相比，采用該方法設(shè)計(jì)的再生混合料的最佳乳化瀝青用量略小，且馬歇爾穩(wěn)定度較高。

表6 再生混合料性能檢測

4 結(jié)語

借鑒國內(nèi)外再生瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，得出了該研究的乳化瀝青冷再生混合料AM-25的級配組成。結(jié)果表明，采用本文方法設(shè)計(jì)的再生混合料的最佳乳化瀝青用量略小，且馬歇爾穩(wěn)定度較高。

［1］拾方治，馬衛(wèi)民.瀝青路面再生技術(shù)手冊［M］.北京：人民交通出版社，2006.

［2］張金喜.道路工程材料資源循環(huán)利用技術(shù)［M］.北京：人民交通出版社，2008.

［3］徐劍，黃頌昌.北京市道路材料再生利用技術(shù)指南和標(biāo)準(zhǔn)研究報(bào)告［R］.北京：交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所，2009.

［4］拾方治，李秀君，孫大權(quán)，等.冷再生瀝青混合料設(shè)計(jì)方法概述［J］.公路，2004，（11）：102-107.

［5］JTG F41—2008，公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范［S］.