SMA瀝青混合料就地熱再生配合比設計與應用

鄒雁飛，王 玲

(1.東莞市經緯公路工程有限公司，廣東 東莞 523837；2.東莞市路橋投資建設有限公司，廣東 東莞 523000)

0 引言

就地熱再生是近年來國內發展較快的一種瀝青路面養護技術。該技術采用專用的就地熱再生設備，對瀝青路面進行加熱、銑刨，就地摻入一定數量的新瀝青、新瀝青混合料、再生劑等，經熱拌和、攤鋪、碾壓等工序，實現對表面一定深度范圍內的舊瀝青混凝土路面再生的目的。就地熱再生技術能夠修復瀝青路面車轍病害，恢復瀝青路面平整度、抗滑等使用性能。

莞深高速公路北起東莞市石碣鎮、南至深圳市龍華區觀瀾街道，已建成通車多年。由于交通量大，在大量行車荷載以及高溫多雨的氣候條件作用下，瀝青路面表層出現車轍、剝落、裂縫和局部坑槽等病害。然而該路段路基強度較高、路面質量較好，病害主要集中在瀝青面層，采用就地熱再生技術能夠修復表面病害，恢復瀝青路面的物理力學性能。本文介紹了原材料及級配、配合比設計和路用性能等方面的工程應用與實踐經驗。

1 原材料

1.1 原瀝青路面狀況

瀝青混合料就地熱再生過程中新添加的瀝青混合料占比較少，對再生瀝青混合料只起到調節作用，大多數為原路面的瀝青混合料，因此原瀝青路面的狀況對就地熱再生瀝青混合料的性能有較大影響。通過按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)取樣，對芯樣進行抽提篩分，確定原瀝青路面SMA-13的級配和油石比，同時對抽提后的舊瀝青指標進行了測試。

通過取芯獲取舊路面的級配，以芯樣和對應的路面板多次進行燃燒、抽提后，篩分得到原SMA-13路面級配各個篩孔通過率平均值(表1)，舊瀝青的含量及性能見表2。

表1 舊料抽提篩分結果

表2 舊料瀝青含量及性能

1.2 新瀝青和新集料

分別采用針入度、軟化點、延度評價新瀝青性能，試驗結果見表3。

表3 瀝青性能試驗結果

從料場直接選取粗細集料及礦粉，采用四分法對所取集料進行水洗篩分，測定集料的級配，試驗結果見表4。

表4 新集料篩分結果

2 SMA瀝青混合料就地熱再生配合比設計

2.1 新料摻量估算

新料添加百分率與凈截面積的關系：

A=S/Sx×100

(1)

式中：A為新料添加百分率(%)，Sx為銑刨層的斷面面積(cm2)，一般取厚度4cm、寬度375cm。

將凈截面積與斷面最大車轍的關系式代入式(1)，得到新料添加百分率與車轍的關系式：

A=0.0335m2+4.35

(2)

式中：m為車轍深度(mm)，車轍深度范圍在5～25mm之間。

在實際工程應用階段，發現新料添加量比公式計算的要大一些。經分析，可能是因為就地熱再生施工銑刨加鋪后壓路機的碾壓作用導致，并且在實際施工后，路面標高會有略微增加。經過修正，公式改為：

A=0.0335m2+4.35+2.5h

(3)

式中：h為路面標高提升值(mm)，一般取2mm。

根據原路面圖紙上的車轍深度情況，確定就地熱再生新料的摻量范圍為6%～14%，平均摻量為10%，因此采用10%新料摻量的SMA-13就地熱再生配合比設計。

2.2 再生混合料級配設計

根據RAP規格料、粗細集料、礦粉篩分試驗結果，結合以往工程施工經驗，擬定了A、B兩個級配。礦料合成級配計算結果見表5。

表5 設計配合比礦料級配組合設計

就地熱再生新瀝青由新料瀝青和外加瀝青兩部分組成，其中新料瀝青占新拌料的5.0%，外加瀝青由混合料瀝青用量確定。根據《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)中配合比設計過程的要求，以6.55%、6.85%、7.15%、7.45%、7.75%五組瀝青用量(含再生劑)進行再生瀝青混合料馬歇爾試驗，各瀝青用量的新瀝青含量見表6。

表6 不同瀝青用量中的新瀝青用量

以外摻再生劑的方式恢復RAP料舊瀝青指標性能，保證再生瀝青混合料的性能，再生劑用量為舊瀝青混合料質量比4%。室內試驗拌和工藝為：小拌鍋溫度設定為160℃，試驗中先將新瀝青與集料拌和至均勻狀態，然后將拌制好的瀝青混合料放置烘箱中保溫。制備再生瀝青混合料時，首先將再生劑加入RAP料中拌合90s，然后加入新拌瀝青混合料拌和90s，最后加入新瀝青拌和90s。試件成型溫度為140℃。

2.3 瀝青用量(含再生劑)的確定

根據《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)中配合比設計過程的要求，A、B兩種級配分別以6.55%、6.85%、7.15%、7.45%、7.75%五組瀝青用量(含再生劑)進行再生瀝青混合料馬歇爾試驗，試驗結果見表7。

表7 馬歇爾試驗結果

通過表7，比較分析A、B級配在不同瀝青用量(含再生劑)的各項馬歇爾試驗結果，發現級配B較為密實，綜合考慮再生瀝青混合料密度、空隙率、礦料間隙率、有效瀝青飽和度、穩定度、流值等指標，暫定級配A為本次試驗的目標級配。

橫向比較設計級配在不同瀝青用量(含再生劑)下的各項馬歇爾試驗指標，結合以往工程經驗，確定設計級配的最佳瀝青用量(含再生劑)為混合料重量比的7.1%，進行再生瀝青混合料性能驗證試驗。

3 就地熱再生瀝青混合料路用性能

3.1 低溫性能

為檢驗SMA-13再生瀝青混合料的低溫抗裂性能，按照試驗要求對級配A在7.1%的瀝青用量和4%再生劑用量下進行再生瀝青混合料劈裂試驗,測得再生后的SMA-13瀝青混合料的平均劈裂抗拉強度為3.15MPa。

3.2 水穩定性

采用浸水殘留穩定度和凍融劈裂強度比兩個評價指標,檢驗級配A受水損害時抵抗剝落的能力。浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗結果見表8和表9。

表8 浸水馬歇爾試驗

表9 凍融劈裂試驗

從表8和表9可以看出，級配A在7.1%瀝青用量和4%再生劑用量下，滿足規范有關改性瀝青混合料浸水殘留穩定度≥85%和改性瀝青混合料凍融劈裂強度≥80%的設計要求。

3.3 高溫性能

為檢驗SMA-13再生瀝青混合料的高溫抗車轍能力，按照試驗要求對級配A下的再生瀝青混合料進行車轍試驗，測試了混合料試件的動穩定度。再生后的SMA-13瀝青混合料動穩定度的平均值為6 594次/mm，滿足規范有關改性瀝青混合料動穩定度≥2 800次/mm的設計要求。

綜上所述，SMA-13就地熱再生瀝青混合料中以新集料和舊集料的比例為1:9、在7.1%的瀝青用量和4%再生劑用量下，按照級配A成型的再生混合料空隙率為3.4%，劈裂強度為3.15 MPa，浸水殘留穩定度為97.35%，凍融劈裂強度比為92.25%，動穩定度為6 594次/mm，各項性能試驗結果均滿足規范要求。

4 結論

本文以莞深高速公路專項養護工程為例，在分析原SMA瀝青路面的基礎上，采用馬歇爾試驗方法確定了SMA瀝青混合料就地熱再生的配合比。主要結論：

(1)就地熱再生瀝青混合料中新料的摻量與原路面車轍深度的關系式為A=0.0 335m2+4.35+2.5h，按此式計算就地熱再生瀝青混合料中新集料和舊集料的比例為1:9。

(2)SMA-13就地熱再生瀝青混合料的瀝青用量為7.1%，新料瀝青用量為0.5%，新加瀝青用量為0.6%。

(3)按照級配A成型的再生混合料體積指標和路用性能指標均滿足規范要求，可作為工程設計級配參考借鑒。