热再生沥青混合料设计方法研究

2010-04-18樊慧平

科技传播 2010年17期

樊慧平

山西省交通规划勘察设计院，山西太原 030000

沥青混合料热再生是利用路面再生材料结合新材料、以及再生剂等生产新的混合料的过程。经过严格设计后的再生料必须具备与常规沥青混合料相同的材料指标和路用性能。沥青混合料热再生设计一般包括材料测试和混合料的配合比设计两个步骤，热再生沥青混合料的材料组成主要包含沥青路面回收旧料、外加新集料、新的沥青结合料和再生剂，目的是确定组成材料的各项指标从而优化材料组成达到混合料设计的要求。混合料的配合比设计是通过测试混合料试件的各种性能来确定沥青结合料的类型和用量。所以热再生沥青混合料设计一般应包含以下主要步骤。

1）从现场获取有代表性的旧路回收材料样品；

2）对回收旧料进行室内试验分析：

（1）测试回收旧料的各项指标，确定回收料的组成；

（2）确定新添加新集料的用量；

（3）选择新沥青的种类，确定沥青用量；

（4）拌和、压实和混合料性能测试。

3）确定满足设计指标的最佳混合料配合比。

1 材料测试

材料测试一般主要包括回收旧料的取样和评价以及所需再生剂的评价，其中回收料的取样尤其重要，因为他可能来自不同层次或不同路段再生材料所组成的不同料堆。因此，对现有路面、回收料运输车和回收料堆都应该采集有代表性的样品，测试其级配、针片状含量和沥青含量等关键指标。

1.1 回收料的取样

在取样之前应该根据旧路的施工资料、养护记录和路面状况调查等资料编制详细的取样方案和评价方法。回收料的取样一般包括原有旧路面直接取样、运输车辆上取样和料堆上取样3种，由于路面材料的破碎和铣刨都会改变原来的级配，且离散性和变异性较大，因此一般选择在料堆取样。为了获得有代表性的回收料堆样品，最大限度的减少离析现象，应在回收料堆不同位置至少取10个以上样品。在取样前必须先除去料堆表面20cm厚的回收料，然后在一个位置至少挖取10kg回收料，回收料中应剔除50mm以上大料。其中一半样品用做集料极配和沥青含量组成测试，另一半用做混合料设计使用。注意在料堆上取样应及时编号，这些样品相对应的路段也应该仔细记录，以便在设计时针对不同的料堆提出相应的详尽的设计方案。

1.2 回收料评价

由于经过氧化和各种老化后回收料的沥青中的沥青组分含量降低，沥青质含量相应增加，硬度增加，延度降低，导致沥青的性能发生显著的变化。另外，在交通荷载和环境的长期作用下，经过铣刨和破碎的集料的级配和针片状含量等指标也相应的发生变化，因此在混合料设计前应对有代表性的回收料进行集料级配、沥青含量和60℃沥青粘度等指标进行测试和评价。

1.2.1 集料评价

通过沥青抽提试验对集料进行颗粒分析试验，如果级配不能满足设计要求，则必须通过添加新的集料重新进行合成，另外集料的其他指标例如压碎值、针片状含量、洛杉矶磨耗损失等关键指标也必须重新检测。

1.2.2 沥青结合料评价

通过沥青抽提试验对沥青结合料进行还原，然后对还原的沥青进行60℃粘度试验，从而确定外加新鲜沥青的等级和用量，如果再生过程中回收料添加比例低于15%时一般不要求测试还原沥青的性质，混合料外加的沥青等级应和普通沥青混合料相同。

2 热再生沥青混合料设计方法

2.1 传统设计方法

热再生混合料的传统设计法即Marshallhe（马歇尔）设计方法，主要步骤如下：

1）确定回收料中外加集料的比例ρ：根据旧路面中的集料颗粒组成和新集料的级配合成，可以计算出符合再生料级配的外加集料比例ρ。

2）确定再生混合料目标沥青用量L：对于热再生沥青混合料确定目标沥青用量最简单的办法就是假定回收料添加不影响沥青用量的确定，一般可以使用以下经验公式进行估算：

L=0.035a+0.045b+Jc+E

L为再生混合料的目标沥青用量估算值；

a为集料2.36mm以上筛剩余百分数；

b为2.36mm和0.075mm筛间集料的百分数；

c为0.075mm筛下集料的百分数

J为集料系数，根据c值变化而变化，一般取0.15～0.2；

E为系数，根据集料比重和表观特性取0～2，一般取0.7。

根据以上的目标沥青用量估算值为基准，增加或减少0.5%的沥青用量分别进行试验检测就可以确定最佳沥青用量Lb。

3）确定外加沥青用量Lnb：外加沥青用量Lnb指外加沥青占再生混合料重量的百分比，一般用以下经验公式进行计算：

Lnb为外加沥青占再生混合料重量的百分比；

Lsb为回收旧料中沥青占旧料的百分比；

4）外加沥青等级的选择：在设计的过程中首先应确定沥青的粘度即目标粘度。一般设计粘度值与施工方法、气候条件和交通条件等有关，应选取当地同等条件道路沥青等级的粘度范围中值。在选择外加沥青等级时，应该遵循以下经验原则：

（1）当回收料比例低于15%时，可以采用当地通用的沥青等级不进行调整；

（2）当回收料比例超过15%，外加沥青的等级提高一个等级就可以，除非经过车辙试验的检验，一般不必将外加沥青等级提高超过一个等级。

5）确定回收料含量Lsm和新集料含量Lns：计算公式分别如下：

6）混合料设计：根据前面的计算公式可以得到一些主要的技术参数，然后应用传统的马歇尔设计方法进行混合料设计。

7）确定最佳混合料配合比：根据混合料检验结果，确定最佳混合料配合比，建议选择4.0%空隙率对应的沥青含量作为最佳沥青用量。

2.2 Superpave设计方法

Superpave设计方法作为美国SHRP计划的重要组成部分，是一种基于提高沥青路面使用性能的一种全新设计方法，Superpave设计方法中提出的沥青的PG性能分级有利于提高不同温度条件下的沥青路面使用性能，沥青PG等级划分内容包括：抗车辙系数、抗疲劳系数和最大蠕变劲度模量，分别表征高温抗车辙变形、常温抗疲劳开裂和低温抗低温开裂的能力。

PG分级系统包含表征高温和低温使用条件的两个数值，如PG58-34表示沥青具有58℃路面温度下的抗车辙能力，而且在-34℃路面温度下可以抵抗低温开裂。另外Superpave设计方法还提出应用旋转压实的混合料体积设计法，以下是Superpave设计方法的具体步骤及内容。

1）确定再生混合料的外加新集料比例：根据旧路面中的集料颗粒组成和新集料的级配合成，计算出符合再生料级配的外加集料比例，这一步骤与传统的混合料设计方法类似，但Superpave的级配要求与普通混合料不同，需要注意。

2）估算再生混合料的总沥青用量：本步骤设计思路同样是假定再生集料与新集料的作用相似，新旧集料的添加比例不影响混合料的总沥青用量。注意这里Superpave设计法沥青用量的估算值是一个经验公式和集料体积特性（包括集料的级配、有效相对密度、毛体积相对密度等）计算出来的沥青用量值。

3）确定再生混合料的外加沥青用量：计算方法与传统设计方法相同。

4）确定外加沥青的等级：在选择外加沥青等级时，应该遵循以下经验原则：

（1）回收料添加比例小于15%的混合料，可以应用当地同等普通沥青混合料的沥青PG分级；

（2）回收料添加比例在大于25%的混合料，外加沥青应该比当地标准PG分级的沥青低一个等级。

另外，需要注意的是在确定外加沥青等级时要综合考虑高温抗车辙变形和常温抗疲劳开裂两个性能指标，以求得比较理想的沥青路用性能。

5）混合料测试：混合料应在Superpave旋转压实仪上成型试件，并根据Superpave混合料体积法设计，其他混合料测试条件与传统再生混合料设计方法相同。

6）确定混合料配合比：根据混合料测试结果确定最佳沥青用量。