路面回收料的關(guān)鍵性能參數(shù)研究

胡 林

(中國城市規(guī)劃設(shè)計研究院西部分院，重慶 401121)

1 路面回收料變異性研究

試驗中選定某機場快速路行車道上面層(X-1，X-2，X-3，X-4)、路肩上面層(LJ)的回收材料，篩分的級配分計篩余以及相應(yīng)變異系數(shù)分布見圖1。

為有效減少道路路面回收材料(RAP)的變異性，RAP在銑刨、運輸、二次破碎、堆放等過程中應(yīng)采取保護措施。例如，不同層位的路面材料應(yīng)該分層銑刨避免混雜，不同路段的材料應(yīng)分開堆放，對粘結(jié)成團的大粒徑RAP應(yīng)該二次破碎篩分，料堆時應(yīng)避免過高等。RAP的集料級配的變異影響混合料配合比的穩(wěn)定性，進而影響再生混合料的路用性能。在實際規(guī)模化生產(chǎn)中，由于環(huán)境、交通的差異，不同道路上的RAP集料級配不同，即使同一條道路的不同車道、不同位置或?qū)游惶帲浼壟湟灿胁町悺AP經(jīng)過銑刨、堆積、結(jié)團等過程后加劇了這種差異性。在生產(chǎn)過程中采取有效措施對舊集料的級配展開檢測和質(zhì)量控制。為直觀反映級配各檔料之間的變異性大小，采用分計篩余為研究對象:

圖1 RAP中集料分計篩余及變異系數(shù)分布

從圖1中看出，抽提集料主要分布在0.6 mm～9.5 mm區(qū)間。即使對于同一道路的上面層材料，不同斷面的集料級配仍然出現(xiàn)明顯的差異。從變異情況看，4.75 mm以上的集料顆粒變異性較大，13.2 mm檔變異系數(shù)達到58.1%。此外在小于0.3 mm的幾檔料中，變異性呈現(xiàn)增加趨勢，在小于0.075 mm的篩底變異系數(shù)達到了26.4%。9.5 mm以上檔集料的比例較低，分布的隨機性易導致高變異性。對于小于0.075 mm檔，集料比例和變異性均較大。定義分計篩余變異系數(shù)權(quán)重因子:

其中，λv，i為該檔篩分計篩余變異系數(shù)占各檔變異系數(shù)總和的權(quán)重因子。計算各篩孔的分計篩余變異系數(shù)權(quán)重因子見圖2。

圖2 分計篩余變異系數(shù)權(quán)重因子分布圖

篩底小于0.075 mm變異系數(shù)權(quán)重比例達到了17.89%，比其他篩孔高得多，說明篩底集料對集料的總體變異性貢獻最大。上面分析得到，9.5 mm以上的集料因含量偏低而易引起變異系數(shù)偏大，在實際生產(chǎn)中應(yīng)該保證粗料的“投料”穩(wěn)定性和摻量準確性。4.75 mm以下的細料中，小于0.075 mm的集料貢獻了主要的變異性，應(yīng)該加強對該檔料的檢測，防止變異性過大引起實際配合比波動過大等異常現(xiàn)象產(chǎn)生。

2 路面回收料含水率的影響及控制

《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》認為“廠拌熱再生料倉內(nèi)的回收瀝青路面材料含水率不應(yīng)大于3%”［2］。為降低RAP含水率，建議從其源頭各個環(huán)節(jié)采取措施，如銑刨時應(yīng)避開降雨和潮濕季節(jié)，室內(nèi)堆積時應(yīng)遮雨并保持通風等。室內(nèi)試驗表明，RAP含水率偏大，加熱成本增加，不利于RAP的分散，影響再生混合料的性能。RAP含水率過大時，需要更多的時間、油耗將水分消除。而當工藝流程固定時，RAP在第二烘干筒時間恒定，RAP含水率過大，其內(nèi)部水分無法充分排除。表1是不同時段檢測的實驗室樣品RAP粗、細料含水率的對比情況。實驗室前兩種夏季采集的RAP總體含水率處于較低水平，其中細料含水率仍較粗料明顯偏大，而秋季采集的RAP細料的含水率超過了3%。

由于水的比熱及蒸發(fā)熱較大，水的存在對再生混合料的出料溫度有明顯影響。室內(nèi)試驗設(shè)計了五種RAP的不同摻量(0%，20%，30%，40%，50%)，在RAP含水率增加1%情況下，觀察再生混合料出料溫度變化情況。RAP水分的存在明顯降低再生混合料的出料溫度，且隨著RAP摻配比例增加(實際含水總量越大)，混合料出料溫度降低越多(見圖3)。實際生產(chǎn)中，若控制再生混合料的出料溫度不至于降低過多，需要延長RAP的預(yù)熱時間或提高RAP預(yù)熱溫度，都增加了生產(chǎn)能耗成本。

表1 粗細料含水率對比

圖3 再生混合料出料溫度降低情況

為進一步研究RAP不同含水率下對再生混合料的影響，試驗中對含水率數(shù)值采用定量控制的方法。試驗中向預(yù)熱烘干后RAP(料源1)添加不同比例的水，充分攪拌后與新集料、新瀝青等混合。測試再生混合料的劈裂強度以及殘留強度值，如表2所示。

表2 混合料劈裂強度及殘留穩(wěn)定度試驗

RAP含水率的變動與再生混合料的劈裂強度、殘留穩(wěn)定度存在負相關(guān)性。后者隨前者增大而總體趨于下降，尤其當含水率達到1.5%及3%時，下降幅度更加明顯。RAP中水分含量較大時，內(nèi)部水分無法完全消除，預(yù)熱不充分，瀝青—集料界面的粘結(jié)力下降。RAP顆粒團無法充分分散，與新集料、新瀝青拌合不均勻，在荷載作用下易出現(xiàn)應(yīng)力集中，劈裂強度下降。

在生產(chǎn)中，建議投料前的RAP含水率不高于1.5%。在陰雨潮濕的季節(jié)或不利于降低含水率的環(huán)境下，含水率不宜高于2%。

3 路面回收料“污染性”評價與控制

《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》中對砂當量有SE＞55的技術(shù)要求［2］。盡管如此，國內(nèi)在進行廠拌熱再生的生產(chǎn)中，對砂當量指標測試很少。相關(guān)的文獻未對RAP的污染性問題做更多研究。集料具備良好的潔凈性和表面粘附性，是保證混合料良好的路用性能重要的條件之一［3］。RAP材料在再生利用前已經(jīng)有過多年的使用，塵土的裹附、泥水的滲透等，使得RAP的潔凈性處于較低的水平。添加一定比例的回收舊料，尤其是在較高摻配比例下，RAP的污染對集料的潔凈程度有著重要的影響，從而影響再生混合料的水穩(wěn)定性、低溫性能等。試驗采用添加25%比例的RAP，中面層AC-20典型級配進行相關(guān)試驗。采用泥土(塑性指數(shù)IP=13，粉質(zhì)黏土)置換同等質(zhì)量比例的礦粉的方法。測試細集料的砂當量指標SE及再生混合料的凍融劈裂殘留強度TSR，如表3所示。

表3 內(nèi)摻泥土后砂當量及凍融劈裂試驗

SE與內(nèi)摻泥土比例，凍融劈裂殘留強度TSR與砂當量SE之間的關(guān)系如圖4和圖5所示。

圖4 砂當量與內(nèi)摻泥土比例關(guān)系圖(25%RAP)

圖5 TSR與SE關(guān)系圖(25%RAP)

從圖4可以看出，砂當量指標與內(nèi)摻泥土比例呈現(xiàn)很好的負線性相關(guān)性，泥土摻量增加，細料潔凈性降低，SE值隨之下降。

建立再生混合料凍融劈裂殘留強度TSR與砂當量SE之間的關(guān)系(見圖5)，TSR隨SE增加而增大，SE對TSR有著明顯的影響。需指出的是，按照《公路瀝青路面技術(shù)規(guī)范》中SE＞55的要求，曲線上對應(yīng)的TSR＞0.67，并不能滿足最低值70%(分區(qū)2＞70%，分區(qū)1＞75%)的要求。故再生技術(shù)規(guī)范中對SE＞55的規(guī)定偏于寬松，很可能導致RAP滿足砂當量要求時，再生混合料的TSR不滿足要求。通過多次試驗，建議將RAP細料的砂當量指標提高到SE＞60。

4 結(jié)語

研究瀝青路面回收料RAP的關(guān)鍵性能參數(shù)。對RAP中礦料級配變異性分析發(fā)現(xiàn)，4.75 mm以下的細料中，小于0.075 mm的集料貢獻了主要的變異性，應(yīng)該加強對該檔料的檢測，防止變異性過大。RAP含水率過大對再生混合料的水穩(wěn)定性、強度等產(chǎn)生不利影響，建議RAP含水率一般不超過1.5%，不利季節(jié)環(huán)境下不超過2.0%。RAP的砂當量指標較好反映其潔凈程度，建議SE＞60。

［1］JTG E42-2005，公路工程集料試驗規(guī)程［S］.

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

［3］洪 慶，嚴 軍，黃 彭.瀝青與集料的黏附性及其評價方法［J］.華東公路，2003，144(5):45-46.