復(fù)拌式就地?zé)嵩偕鸀r青路面配合比優(yōu)化及性能分析

謝 成，駱俊暉，劉豪斌，任天锃，陳江財

(廣西北投交通養(yǎng)護科技集團公司，廣西 南寧 530025)

0 引言

目前，瀝青路面大中修基本上采用銑刨后加鋪新瀝青路面方式，然而對瀝青混合料回收料(reclaimed asphalt pavement，RAP)的處置措施大多為露天堆放，這種方式不僅占用大量土地資源，并且會污染周邊生態(tài)環(huán)境。合理利用RAP料已經(jīng)成為道路從業(yè)者研究的重點和難點。就地?zé)嵩偕?hot in-place recycling，HIR)能夠?qū)AP料百分百原位利用，與傳統(tǒng)銑刨后加鋪新瀝青路面相比，能夠節(jié)省新瀝青、新集料等原材料的拌和及運輸費用，具有顯著的經(jīng)濟效益、生態(tài)效益[1]。

由于就地?zé)嵩偕鸀r青混合料中超過80%為舊瀝青混合料，舊瀝青路面的級配、舊瀝青技術(shù)性質(zhì)及油石比均發(fā)生不同程度的變異，受制于后續(xù)銑刨工藝，會進一步加劇再生混合料的性能變異。大量道路從業(yè)者從多角度研究了如何提升就地?zé)嵩偕旌狭下酚眯阅躘2-3]。馬登成等[4]的試驗結(jié)果表明，控制就地?zé)嵩偕旌狭系募壟淠軌蚋纳苹旌狭系穆酚眯阅堋２軜s吉等[5]研究了再生劑類型對熱再生混合料性能的影響。張娟等[6]就控制就地?zé)嵩偕旌狭吓浜媳确矫骈_展了相關(guān)研究。

為了系統(tǒng)控制就地?zé)嵩偕鸀r青路面的施工質(zhì)量，本文以廣西沿海片區(qū)某高速公路為實例，在結(jié)合室內(nèi)試驗的基礎(chǔ)上，對就地?zé)嵩偕鸀r青路面的配合比進行優(yōu)化研究，以期為后續(xù)工程提供參考。

1 舊路面性能評價

1.1 舊瀝青路面就地?zé)嵩偕m用性分析

就地?zé)嵩偕夹g(shù)是一項適用于瀝青路面表面層修復(fù)的預(yù)防性養(yǎng)護技術(shù)，而瀝青路面表面層長期受車輛荷載沖擊、環(huán)境紫外線照射、雨雪冰凍天氣等綜合影響，其瀝青含量、老化程度、承載力性能均出現(xiàn)不同程度的降低。因此在選用就地?zé)嵩偕夹g(shù)時，需對路面技術(shù)狀況進行分析。

依據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTGT 5521-2019)[7]，對廣西某高速公路瀝青路面表面層的技術(shù)狀況進行評價，其舊瀝青路面表面層為4 cm的AC-13C改性瀝青混合料，原瀝青采用SBS改性瀝青，其評價結(jié)果如表1與表2所示。

表1 舊瀝青路面技術(shù)狀況評價結(jié)果表

表2 舊瀝青路面抗滑狀況評價結(jié)果表

由表1及表2可知：舊瀝青路面整體狀況滿足就地?zé)嵩偕鷹l件，但抗滑性能較差，SRI評定等級處于中與次。舊瀝青路面抗滑性能衰減原因為：隨著服役時間增加，路面受到車輛荷載的作用，在輪胎摩擦及動水沖刷下導(dǎo)致路面集料表面裹附的瀝青膜發(fā)生脫落現(xiàn)象，同時也會導(dǎo)致面層集料棱角性喪失。

1.2 RAP料性能分析

采用離心抽提方法對RAP料進行回收，靜置一段時間后用離心機去除礦粉，再采用阿布森法從抽提液中去除三氯乙烯有機溶劑得到回收瀝青。對回收瀝青進行三大指標試驗，其試驗結(jié)果如下頁表3所示。

表3 舊瀝青試驗結(jié)果表

由表3可知：舊瀝青老化較嚴重。針入度與延度指標退化明顯，然而，針入度未降至20(0.1 mm)以下，表明可通過一定措施進行再生，恢復(fù)舊瀝青的性能。

對抽提后的舊集料進行篩分試驗，確定舊瀝青路面的級配范圍，其試驗結(jié)果如表4所示。

表4 舊路面級配抽提篩分結(jié)果表

由表4可知：原路面級配整體出現(xiàn)偏細現(xiàn)象，4.75 mm篩孔通過率為44.6%，較原設(shè)計級配增大了14.3%。這表明在車輛荷載的累積作用下，原有4.75 mm以上的粗集料發(fā)生了破碎，導(dǎo)致后續(xù)路面抗車轍性能下降，同時路表粗集料的棱角性被磨光導(dǎo)致抗滑性能下降嚴重。為保證路面的抗車轍性能與抗滑性能，及時填補路面微車轍，需添加一定量的新集料。

1.3 舊瀝青路面馬歇爾體積參數(shù)

采用試驗路段上提取的RAP料，進行100%RAP料的馬歇爾試驗，檢驗就地?zé)嵩偕旌狭系男阅埽楹罄m(xù)設(shè)計的就地?zé)嵩偕鸀r青混合料體積參數(shù)提供對比。其馬歇爾體積參數(shù)結(jié)果如表5所示。

表5 舊瀝青路面馬歇爾試驗結(jié)果表

由表5可知：純RAP料的瀝青混合料的馬歇爾體積參數(shù)均滿足規(guī)范要求。這表明舊路面整體性能良好，結(jié)合舊瀝青特點及級配分析結(jié)果，需采用相應(yīng)妥當(dāng)?shù)姆绞綄εf路面進行處置以恢復(fù)原路面使用性能[8]。

2 就地?zé)嵩偕绞竭x擇

就地?zé)嵩偕绞街饕幸韵氯N類型：整形式就地?zé)嵩偕?fù)拌式就地?zé)嵩偕⒓愉伿骄偷責(zé)嵩偕?/p>

(1)整形式就地?zé)嵩偕翰捎镁偷責(zé)嵩偕鷻C組將路面加熱、添加再生劑、耙松、熨平，不添加新瀝青混合料或攤鋪極少量的新瀝青混合料，壓實成型。適用于原路面材料較好，主要病害為車轍、橋頭跳車及沉陷等變形類病害的路段。具體施工工藝流程如圖1所示。

圖1 整形式就地?zé)嵩偕┕すに嚵鞒虉D

(2)復(fù)拌式就地?zé)嵩偕河镁偷責(zé)嵩偕鷻C組將路面加熱、耙松、添加再生劑/熱瀝青、收集舊料，添加新瀝青混合料，拌和、攤鋪、壓實成型。適用于維修中等破損的路段或舊路面材料級配需要調(diào)整和優(yōu)化，或舊路面瀝青含量不符合要求的路段。具體施工工藝流程如圖2所示。

圖2 復(fù)拌式就地?zé)嵩偕┕すに嚵鞒虉D

(3)加鋪式就地?zé)嵩偕翰捎镁偷責(zé)嵩偕鷻C組對舊路面進行加熱、添加再生劑、翻松、拌和、再生料攤鋪、新瀝青混合料攤鋪，而后雙層瀝青混合料一起壓實成型。適用于舊路面破損較嚴重或早期建設(shè)承載力不滿足當(dāng)前要求的路面。具體施工工藝流程如圖3所示。

圖3 加鋪式就地?zé)嵩偕┕すに嚵鞒虉D

根據(jù)舊路面性能評價結(jié)果，該路段路面承載力滿足要求，僅發(fā)生抗滑性能衰減過快，由于舊瀝青老化嚴重導(dǎo)致瀝青路面空隙率稍高。綜合不同就地?zé)嵩偕夹g(shù)特點，推薦采用復(fù)拌式就地?zé)嵩偕夹g(shù)進行處置。

3 就地?zé)嵩偕鸀r青混合料配合比設(shè)計優(yōu)化

為了改善再生瀝青混合料的耐久性，需恢復(fù)舊瀝青的路用性能，添加一定量的新瀝青與新瀝青混合料，本節(jié)就再生瀝青混合料的配合比進行設(shè)計優(yōu)化。

3.1 再生劑的確定

再生劑是由多種輕質(zhì)組分、基礎(chǔ)油分、抗老化劑等高分子聚合物組配而成，能夠補充喪失的輕質(zhì)組分，恢復(fù)舊瀝青的粘彈性。選取兩種不同種類的(再生劑A和再生劑B)，研究不同種類再生劑對于舊瀝青性能恢復(fù)程度，并優(yōu)選出最佳的再生劑。試驗結(jié)果如表6所示。

表6 不同種類再生劑試驗結(jié)果對比表

由表6可知：

(1)常規(guī)的延度試驗不足以評價舊瀝青低溫性能。這是由于受制于試驗操作，制備的舊瀝青中會存在一部分礦粉，導(dǎo)致延度試驗結(jié)果受到干擾，不能完全反映瀝青的低溫性能。

(2)對舊瀝青性能恢復(fù)效果而言，再生劑A優(yōu)于再生劑B。針入度與軟化點試驗結(jié)果表明：同等摻量下，使用再生劑A的針入度結(jié)果明顯超出再生劑B。綜合針入度、軟化點試驗結(jié)果，最終選用再生劑A。根據(jù)以往施工經(jīng)驗，為確保再生瀝青混合料的粘結(jié)性能，降低原瀝青混合料的變異性，需添加0.2%的新瀝青(以瀝青混合料的質(zhì)量分數(shù)計)。

為了確認再生劑的最佳摻量，對RAP料添加不同摻量再生劑和0.2%的新瀝青后，進行室內(nèi)馬歇爾試驗，根據(jù)馬歇爾試驗結(jié)果，并綜合舊瀝青三大指標試驗結(jié)果優(yōu)選出最佳摻量。馬歇爾試驗結(jié)果如表7所示。

表7 不同再生劑摻量下RAP料馬歇爾試驗結(jié)果表

由表7可知：4%再生劑及0.2%新瀝青的RAP料馬歇爾試驗結(jié)果均滿足規(guī)范要求，且空隙率、馬歇爾穩(wěn)定度、流值均最佳。考慮到舊瀝青三大指標試驗結(jié)果，綜合經(jīng)濟性，確定再生劑的最佳摻量為4%。

3.2 再生混合料級配優(yōu)化

由于舊路面承受交通荷載作用，導(dǎo)致路表存在坑槽、車轍等路面病害，且因施工時需銑刨行車標線，導(dǎo)致部分路面材料存在損耗。為了保持路面原設(shè)計厚度不變，再生施工時需添加部分新料。結(jié)合舊路面級配及性能檢測結(jié)果，添加20%的AC-13C改性瀝青混合料，改性瀝青為SBS改性瀝青。添加新料之后的再生混合料級配如圖4所示。

圖4 再生混合料級配曲線圖

由圖4可知：添加20%新料后，舊路面級配偏細的現(xiàn)象得到改善，再生混合料的骨架結(jié)構(gòu)得到進一步提升。9.5 mm、4.75 mm集料通過率較舊路面級配分別降低了2.8%、5.6%，說明再生料級配中粗集料明顯增多，整體處于偏粗狀態(tài)，而添加的新集料能夠彌補舊路面中粗集料受車輛荷載導(dǎo)致破碎偏細狀況。

根據(jù)馬歇爾試驗方法，確定新瀝青混合料的最佳油石比為5.0%，根據(jù)新舊瀝青混合料摻配比例、再生劑添加量及熱瀝青添加量，得出再生混合料的油石比為4.98%。新瀝青混合料與再生瀝青混合料的馬歇爾體積參數(shù)試驗結(jié)果如表8所示。

表8 再生混合料馬歇爾體積參數(shù)試驗結(jié)果表

由表8可知：再生瀝青混合料的馬歇爾體積指標均滿足規(guī)范要求，且再生瀝青混合料的力學(xué)性能優(yōu)于新瀝青混合料。再生瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度較新瀝青混合料高1.37 kN，流值降低了0.8(0.1 mm)。

3.3 再生瀝青混合料性能試驗

為了評價就地?zé)嵩偕鸀r青混合料的路用性能，取樣現(xiàn)場的就地?zé)嵩偕鸀r青混合料，在室內(nèi)匹配現(xiàn)場施工實際溫度，制作相應(yīng)的試件。通過室內(nèi)試驗，對混合料的高溫穩(wěn)定性以及水穩(wěn)定性進行檢驗。

3.3.1 高溫穩(wěn)定性

由于廣西地區(qū)年平均溫度較高，該段高速公路重載車輛較多，對于抗車轍性能提出較高要求。為評價再生混合料的高溫穩(wěn)定性，在60 ℃、0.7 MPa輪胎壓力的條件下，制備三組再生混合料平行試樣進行車轍試驗，其試驗結(jié)果如表9所示。

表9 再生混合料車轍試驗結(jié)果表

由表9可以看出，就地?zé)嵩偕旌狭系膭臃€(wěn)定度指標均值達到6 160次/mm，具有良好的高溫穩(wěn)定性，滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)[9]的要求，能夠滿足廣西地區(qū)高溫重載的運營條件。

3.3.2 水穩(wěn)定性

該路段處于熱帶季風(fēng)性氣候，夏季高溫潮濕，對路面的抗水損害能力要求較高，檢驗再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性十分必要。試驗結(jié)果如表10所示。

表10 再生混合料浸水馬歇爾試驗結(jié)果表

由表10可知，就地?zé)嵩偕旌狭暇哂辛己玫乃€(wěn)定性，浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度達到89.5%，可以滿足廣西地區(qū)對路面抗水損害能力的要求。

4 就地?zé)嵩偕鸀r青路面質(zhì)量檢測

項目完工后，對復(fù)拌式就地?zé)嵩偕鸀r青路面進行質(zhì)量檢測，主要檢測指標包含：構(gòu)造深度、摩擦系數(shù)、平整度、路面厚度、滲水系數(shù)。具體數(shù)據(jù)如表11所示。

表11 工后質(zhì)量檢測結(jié)果表

由表11可知：

(1)就地?zé)嵩偕鸀r青路面的抗滑性能優(yōu)于舊路面。再生瀝青路面TD與BPN的實測均值高出舊路面0.28 mm、32，且均滿足相應(yīng)的技術(shù)要求。這表明，舊路面經(jīng)就地?zé)嵩偕夹g(shù)處置后，抗滑性能得到明顯提升。

(2)再生路面平整度優(yōu)于舊路面，再生路面的平整度均值較舊路面降低近20%，表明就地?zé)嵩偕夹g(shù)可以提升路面平整度，提升行車安全性與舒適性。

(3)再生路面厚度與舊路面厚度接近。再生路面厚度均值與舊路面厚度僅相差1.6 mm，表明對路面附屬設(shè)施(如路緣石等)基本不會造成影響。

(4)舊路面與再生路面的滲水系數(shù)均滿足規(guī)范要求(<200)，說明就地?zé)嵩偕鸀r青路面的密實性能優(yōu)于舊路面。再生路面的滲水系數(shù)均值為46 mL/min，明顯小于舊路面的80 mL/min，這表明，經(jīng)就地?zé)嵩偕夹g(shù)處置后，可以有效提升路面的密實性能。

5 結(jié)語

(1)舊路面性能分析結(jié)果表明，舊路面整體滿足就地?zé)嵩偕螅慌f路面的各項馬歇爾體積參數(shù)均滿足要求；舊路面瀝青含量為4.4%，但舊瀝青老化嚴重；舊路面級配在行車荷載作用下出現(xiàn)偏細現(xiàn)象。

(2)根據(jù)舊路面調(diào)研結(jié)果，結(jié)合就地?zé)嵩偕夹g(shù)方式，推薦采用復(fù)拌式就地?zé)嵩偕夹g(shù)進行處置。

(3)通過三大指標試驗優(yōu)選出最佳再生劑A，考慮到舊瀝青老化嚴重，需添加一部分新瀝青增強混合料的粘結(jié)性能，結(jié)合馬歇爾試驗結(jié)果得出摻加4%再生劑+0.2%新瀝青為最優(yōu)摻配組合；考慮到舊路面施工過程中的損失，在室內(nèi)試驗的基礎(chǔ)上添加20%的AC-13C改性瀝青混合料，能夠明顯改善舊路面級配的偏細狀況，且再生瀝青混合料的抗車轍性能與抗水損害性能均得到明顯改善。

(4)工后質(zhì)量檢測結(jié)果表明，就地?zé)嵩偕夹g(shù)能夠明顯提升舊路面的抗滑性能、密實性及行車舒適性，且不會對附屬設(shè)施產(chǎn)生影響。