基于舊路改造廠拌熱再生RAP 的分散特性分析

郭 鵬

（山西省公路局朔州分局質(zhì)量檢測(cè)中心,山西 朔州 036001）

0 引言

RAP 的加熱、攪拌均勻性在廠拌熱再生瀝青混合料生產(chǎn)過程中，是影響混合材料質(zhì)量的重要因素，分析不同加熱和攪拌溫度下RAP 的“有效級(jí)配”，通過對(duì)RAP分散的均勻性和在生產(chǎn)過程中RAP 隨溫度變化分散規(guī)律的研究，可為再生混合材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)[1]。

1 RAP 分散特性

在熱再生混合料制備時(shí)，由于其表層瀝青薄膜易因溫度過高而發(fā)生軟化，難以實(shí)現(xiàn)舊集料與舊瀝青的有效分離，致使其路用特性與新拌瀝青有較大差別。這就是RAP 技術(shù)的分散特性[2]。

該項(xiàng)目以RAP 為研究對(duì)象，采用特定的實(shí)驗(yàn)方法，測(cè)量在不同的加熱、攪拌溫度下，各檔RAP 膠團(tuán)分散后的等效級(jí)配，并對(duì)其進(jìn)行研究，進(jìn)而獲得在不同加熱、攪拌條件下RAP 顆粒的最優(yōu)受熱和攪拌溫度。

2 試驗(yàn)方案

在進(jìn)行熱再生時(shí)，要對(duì)新舊集料進(jìn)行有效的分散性檢測(cè)，就必須對(duì)新舊集料進(jìn)行有效分離，而傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法很難完成。為此，利用工業(yè)鹽類代替新集料，并用水洗法除去混合后的工業(yè)鹽類，以達(dá)到新舊集料分離的目的。鑒于在特定的加熱和攪拌溫度下，不同尺寸RAP的分散度存在差異，為了更好地評(píng)估其在熱再生時(shí)的分散性，需要采用分級(jí)法進(jìn)行分散度測(cè)試[3]。

2.1 試驗(yàn)方法

將某舊路改造工程中對(duì)舊路進(jìn)行銑刨、破碎的上層RAP 料作為原料，利用直接篩分試驗(yàn)對(duì)其級(jí)配進(jìn)行測(cè)定，通過抽提法和抽提后篩分試驗(yàn)對(duì)瀝青含量和集料級(jí)配進(jìn)行測(cè)定。以直接篩分試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，將RAP 分成13.2~26.5 mm、9.5~13.2 mm、4.75~9.5 mm、2.36~4.75 mm、1.18~2.36 mm、0~1.18 mm 6 檔，對(duì)1.18 mm RAP 的分散程度進(jìn)行測(cè)量。

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)表示

通過恒溫115 ℃，改變攪拌溫度，恒溫190 ℃，變化加熱溫度的方法，來探究不同加熱和攪拌溫度對(duì)RAP分散程度的影響。

（1）在105 ℃、115 ℃、125 ℃加熱溫度與190 ℃攪拌溫度下得到的RAP 有效級(jí)配分別為T105、T115、T125。

（2）將在115 ℃加熱溫度與180 ℃、190 ℃、200 ℃攪拌溫度下得到的RAP 有效級(jí)配分別記為T180、T190、T200。

（3）顆粒尺寸RAP 在1.18~2.36 mm、2.36~4.75 mm、4.75~9.5 mm、9.5~13.2 mm、13.2~26.5 mm 5 檔分別記為R1、R2、R3、R4、R5。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分散特性分析

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

在不同的加熱及攪拌溫度下，每一等級(jí)的RAP 的有效級(jí)配及標(biāo)準(zhǔn)級(jí)配如表1~5 所示。

表1 1.18~2.36 mm RAP 級(jí)配分布

表2 2.36~4.75 mm RAP 級(jí)配分布

表3 4.75~9.5 mm RAP 級(jí)配分布

表4 9.5~13.2 mm RAP 級(jí)配分布

表5 13.2~26.5 mm RAP 級(jí)配分布

3.2 分散特性分析

通過對(duì)各檔RAP 在不同溫度下所形成的集料比表面積進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果如圖1 所示。

圖1 RAP 礦料比表面積隨溫度的變化

由圖1 可知：1）當(dāng)攪拌溫度不變時(shí)，不同粒徑RAP集料的比表面積增大，是因?yàn)榧訜釡囟忍岣咚纬傻腫4]；2）當(dāng)加熱溫度不變時(shí)，不同粒徑RAP 集料的比表面積先增大后減小，是因?yàn)閿嚢铚囟鹊奶岣咚纬傻模貏e是4.75~9.5 mm 粒徑的RAP 最為明顯。由此可知，過高的攪拌溫度并不利于RAP 集料的分散[5]，因?yàn)樵诟邷叵拢琑AP 中的瀝青將產(chǎn)生二次老化，使其重新結(jié)團(tuán)。當(dāng)攪拌溫度為190 ℃時(shí)，RAP 集料的分散性會(huì)更好。

各檔RAP 在不同溫度下的分散度，通過計(jì)算得出的結(jié)果如表6 所示。從表6 中可知：RAP 分散度和其表面積變化有相似的規(guī)律。在同一溫度下，不同粒徑RAP 的分散度也是有差異的，各檔RAP 分散度在不同加熱、攪拌溫度下變化規(guī)律相同，在125 ℃加熱溫度和190 ℃攪拌溫度下，RAP 的分散度最大[6]。

表6 相同溫度下各檔RAP 的分散度

4 熱再生混合料配制與路用性能

AC-20C 熱再生瀝青混合料的主要原料有：以SBS改性瀝青為主；新集料被劃分為10~20 mm（記為1#新料）、5~10 mm（記為2#新料）、0~3 mm（記為3#新料）三個(gè)等級(jí)。RAP 來自該舊路改造工程舊路銑刨、破碎的上面層，RAP 被分為4 檔，它們分別是20~26.5 mm（記為l#RAP）、9.5~20 mm（記為2#RAP）、4.75~9.5 mm（記為3#RAP）、0~4.75 mm（記為4#RAP）。

參照《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG/T5521—2019）和該項(xiàng)目對(duì)級(jí)配范圍的要求，并結(jié)合粗型RAP 分散度較低的試驗(yàn)結(jié)果，提出了m(1#RAP)∶m(2#RAP)∶m(3#RAP)∶m(4#RAP)∶m(1#新料)∶m(2#新料)∶m(3#新料)=5 ∶5 ∶7 ∶8 ∶46 ∶12 ∶17 的混合料的摻配比例。依據(jù)該項(xiàng)目舊路銑刨、破碎的上面層RAP 原料分散程度的影響[7]，從而確定在熱再生時(shí)加熱溫度是125 ℃，新料的攪拌溫度則為190 ℃。礦料合成級(jí)配如表7 所示[8]。

表7 AC-20C 熱再生瀝青混合料礦料合成級(jí)配

依據(jù)合成級(jí)配拌和、成型熱再生混合料試件，進(jìn)行了馬歇爾試驗(yàn)，通過試驗(yàn)綜合分析，得出了4.3%的瀝青為熱再生瀝青混合料的最優(yōu)摻量，對(duì)此配合比進(jìn)行了設(shè)計(jì)檢驗(yàn)，配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果如表8 所示。

表8 配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果

由表8 可知，通過對(duì)AC-20C 熱再生改性瀝青混合料的指標(biāo)配合比進(jìn)行了各種驗(yàn)證，其結(jié)果都達(dá)到了現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范要求，也達(dá)到了該項(xiàng)目的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，且路用性能良好。

5 結(jié)論

綜上所述，該文提出了計(jì)算各檔RAP 分散度的實(shí)驗(yàn)方法，此實(shí)驗(yàn)方法是通過RAP 與同配比新拌瀝青混合料在不同熱再生溫度下形成的級(jí)配對(duì)比而得出的，結(jié)論如下：

（1）當(dāng)加熱溫度為125 ℃，攪拌溫度為190 ℃時(shí)，RAP 的分散性最好。

（2）提高加熱溫度對(duì)RAP 的分散是有利的，但過高的加熱溫度會(huì)使RAP 中的瀝青發(fā)生老化而產(chǎn)生二次結(jié)團(tuán)。研究表明，在最優(yōu)的加熱及攪拌溫度下，熱再生瀝青混合料表現(xiàn)出良好的路用性能。