乳化沥青冷再生沥青混合料配合比设计

2013-06-10蔡紫艳

交通运输研究 2013年5期

蔡紫艳

（江苏淮安交通勘察设计研究院有限公司，江苏淮安 223001）

目前我国高速公路总里程已居世界第二，在不断铺设新公路的同时，公路养护技术和养护管理已经得到人们越来越多的重视。由于交通的日益繁重，超载、重载的车辆越来越多，以及施工中质量控制不严等原因，据2009年的统计，我国每年需要翻修的沥青路面大约有12%，而产生的废旧沥青混合料量达到约220万t，而如今每年的翻修量将会更多。

若将铣刨下来的沥青混合料废弃，不但造成了严重的浪费，而且还占据了大量的土地，同时影响了当地的环境。因此欧美发达国家很早便开始了对废旧路面材料回收利用的研究，再生利用率普遍达到75%，有些国家甚至实现了百分百的利用［1］。我国在该方面的研究起步较晚，尚缺乏较为完善的系统研究成果。因此我们需要从混合料设计、性能评价、施工工艺、质量控制及相关设备研发等关键技术问题入手进行深入的研究，以缩短在再生方面与欧美国家的差距。

我国将沥青路面再生技术分为四大类，包括厂拌热再生、现场热再生、厂拌冷再生和现场冷再生［2］。不同的再生方法具有各自相应的特点，确定合理的再生方法和实施方案，需根据原路面的损坏类型、损坏程度及相关配套工程条件而决定的。本文现从冷再生研究的最为基础的混合料设计进行试探性的研究。

1 RAP的评价

1.1 RAP中的沥青性能评价

本研究所采用的旧沥青混合料取自于某高速公路淮安段铣刨、破碎后得到的。采用离心抽提仪将RAP中的集料和沥青分离以后，用阿布森法分离回收溶液中的沥青和三氯乙烯，从而得到RAP中的旧沥青样品。得到RAP中沥青含量为4.7%，回收沥青的各项指标测试结果如表1所示。

表1 回收后的旧沥青三个指标

针入度、延度的显著降低、软化点的升高说明回收的沥青老化程度较为严重。

1.2 RAP中的级配测试

一般铣刨后的RAP含有未充分破碎的块状或片状旧沥青混合料，若直接应用，这些由粒径较小的一些集料组成的团块与粗骨料的尺寸类似，但无法在新的混合料中起到骨架作用。为了保证再生混合料的使用性能，严格的控制再生混合料的级配，应对RAP进行二次破碎。采用离心抽提仪分离完全破碎后的RAP中的集料，将抽提后的材料进行筛分分析，其结果见表2所示。

表2 RAP抽取后的级配组成

从表2可以看出，抽提后集料偏细，级配大部分落在规范的范围之内，与规范上限比较接近，但各别档料超出了级配规定的范围。集料偏细的原因可能是由于行车荷载的长期作用、铣刨和二次破碎所造成的。

2 乳化沥青冷再生混合料原材料

2.1 乳化沥青

采用慢裂型阳离子乳化沥青，宜在常温下使用，使用温度不超过60℃。乳化沥青的主要技术指标如表3所示。

表3 乳化沥青技术指标测试值

2.2 新矿料

由于旧料本身可能存在微小裂纹，并且铣刨后的RAP级配未必适合再生层的级配，因而需要另外添加新的集料。新矿料为石灰岩，测得其压碎值为16.7%，加入量为再生混合料质量的20%左右。

2.3 矿粉

矿粉采用石灰岩矿粉，表观密度为2.74，其他指标均满足规范要求。

3 乳化沥青冷再生混合料配合比设计研究

3.1 级配组成设计

综合美国沥青协会AI、美国联邦高速公路管理局FHWA、日本和中国等对沥青稳定基层级配的规定［4］，采用接近于我国粗粒式级配范围中值的级配进行配合比设计研究。研究按照RAP∶碎石∶水泥=84∶15∶1的比例进行掺配，得到的合成级配应满足AM-25沥青碎石的级配范围见表4所示。

表4 再生混合料合成级配范围

3.2 确定水泥用量

有关研究表明，乳化沥青、泡沫沥青冷再生添加超过2%的水泥会对稳定层的疲劳特性带来不利的影响。参考《公路沥青路面冷再生技术规范》（JTG F41—2008）中用规定的水泥含量为1%～2%进行试验［5］，为减少该研究的工作量，试验时采用的水泥含量为1.5%。

3.3 确定最佳含水率

乳化沥青冷再生混合料拌和过程需要加入水，其压实性能与土的类似，都存在一个最佳的含水量，而且在最佳含水量下，混合料的干密度将达到最大值。水泥在水化过程中需要有充足的水分，并且适量的水能使乳化沥青均匀地分散在集料表面，润滑集料，有利于混合料的压实。

将RAP、新集料、矿粉和水泥按照设计的掺配比例混合，通过重型击实试验确定最佳含水率，结果见图1所示，试验确定乳化沥青冷再生混合料的最佳含水量为6.0%。

图1 乳化沥青冷再生混合料的击实曲线

3.4 确定最佳乳化沥青用量

按照合成级配进行掺配后，加入最佳含水量，然后按四个油石比加入乳化沥青：3.5%、4.0%、4.5%和5.5%，进行拌合，制作试件，并按《公路沥青路面再生技术规范》（JTJ F41—2008）中规定的试验方法，在常温下分别测试各初试乳化沥青用量的再生混合料干ITS和湿ITS，并计算干湿劈裂强度比（简称“强度比”），试验结果如表5所示。按照湿劈裂强度最大，同时兼顾干ITS和劈裂强度比较大的原则，确定出再生混合料的最佳乳化沥青用量为4.0%。