厂拌热再生技术在沥青路面提升改造工程的应用

2019-05-18李思泉

福建交通科技 2019年2期

■李思泉

(福建省高速公路达通检测有限公司，福州 350001)

0 引言

福建省2006年之前建成通车的沈海高速公路、福银高速公路和厦蓉高速公路等，这些路段至今已使用超过12年，沥青路面基层以半刚性路面结构为主，沥青层厚度为15cm～18cm，面层结构整体偏薄，无法适应交通迅速增长的需求，已建道路的维修养护、翻修重建任务不断加重，路面维修产生的废旧材料堆弃问题日益显现，根据福银高速公路等路段路面提升改造工程的可行性研究报告和初步设计，一致认为厂拌热再生技术可以应用于福银高速公路等路段沥青路面提升改造工程。本文结合路面提升改造工程回收沥青路面材料实际应用情况来探讨厂拌热再生技术。

1 回收料性能评价

厂拌热再生混合料回收料主要来源福银高速公路等路段老路面层沥青铣刨料，回收料性能评价主要表现在旧沥青老化、旧沥青的分布规律、颗粒组成、集料劣化分析等方面。

1.1 旧沥青老化

沥青老化是一个极其复杂的过程，沥青老化影响因素很多，影响最大的是大气、光以及温度的作用。沥青长期暴露在环境中与空气中紫外线、氧气、温度相互作用，其物理和力学性能都有所下降，有关研究表明：受外界因素的影响，沥青老化过程，沥青的四组分中，饱和分的含量变化不明显，但芳香分慢慢转变成胶质，胶质逐渐又转变成沥青质，结果胶质和沥青质含量增加，芳香分含量减小，主要表现在沥青针入度降低，延度降低而软化点和黏度会相应升高，本文采用针入度、软化点、延度三大指标对沥青路面提升改造工程某区域回收料的SBS(I-D)改性沥青进行性能试验，试验结果如表1所示。

表1 福银高速公路等路段路面提升改造工程某区域回收料回收沥青检测

从表1统计数据中可以看出，与原样沥青相比较，回收料抽提的旧沥青的针入度、延度都在下降，软化点在上升，这也符合对沥青老化的基本认识。

1.2 旧沥青的分布规律

取同一批次的回收沥青路面材料(RAP)进行每个档位的精筛分，根据规范要求烘干后，进行不同档位的沥青含量燃烧试验，测试结果如图1所示。

图1 回收料各档沥青含量分布趋势

从图1可以看出，随着粒径的变大，旧沥青的分布呈下降状态，同一种回收料中，粒料越细，其沥青含量越大。这与新集料裹覆沥青的状态一致，皆因细集料部分比表面积大，吸收的沥青较多。

1.3 颗粒组成分析

提取路面提升改造工程某路段沥青回收料进行颗粒组成分析，回收料原材料筛分和燃烧后级配变化见图2，回收料燃烧前后情况筛分结果见如表2。

图2 原材料筛分和燃烧后级配

表2 RAP燃烧前后级配变化

通过图2、表2可以看出，回收料燃烧前后级配发生了明显的变化，变化波动范围在-6%～6%左右。以4.75mm 燃烧前后级配为分界线，在4.75mm以上的单档回收料，燃烧前的分计筛余大于燃烧后的分计筛余，说明燃烧前比例大于燃烧后，而在4.75mm及以下的单档回收料，燃烧前的分计筛余小于燃烧后的分计筛余，说明筛余燃烧前比例要小于燃烧后，由此可见沥青回收料不是单一颗粒物，而是大小不等、数目不定的矿质集料经沥青胶泥裹覆、粘结而成的，具有特殊结构的团粒状颗粒，回收料燃烧后粗颗粒含量减小，细颗粒含量增加，回收料级配的“细化”现象比较明显。

1.4 集料劣化

为了解回收料中集料的性能变化，取有代表性的已加工好的两档回收料经抽提后进行物理力学性能试验，本项目RAP料拟用于高速公路沥青路面提升改造工程AC-20C下面层，其结果见表3：

表3 旧集料物理力学指标

旧集料物理力学指标符合《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004的要求，因此从原材料性能角度上来看，旧集料的物理力学性质变化并没有影响集料的使用性能，故回收料完全可以继续使用。

2 沥青老化再生

根据上文四组分理论分析可知，沥青老化后胶质和沥青质含量增加，芳香分含量减小，主要反应于沥青针入度降低，延度降低而软化点和黏度会相应升高，旧沥青的再生就是恢复这些性能，使其能够达到标准要求。目前通常通过加入一定比例的再生剂或新沥青结合料来实现旧沥青的再生。由于不同再生剂性能有所区别，对沥青的抗老化性能影响也不一样，结合实际工程再生料用量情况，本文从不使用再生剂，只从再生料中添加不同新沥青结合料角度来分析，不同旧料掺量下沥青性能如下表4：

表4 不使用再生剂不同旧料掺量下沥青性能

从表4可以看出随着旧料掺量增大，沥青针入度和延度都有所降低，软化点上升，在旧料掺量在30%以下时，在不添加再生剂情况下，沥青性能满足要求；旧料掺量在30%以上时，沥青针入度和软化点变化比较明显，都不满足要求，必须添加再生剂来改良旧沥青性能，具体再生剂用量及新沥青的选择可参照规范来执行。因此，考虑再生沥青混合料还受旧集料的影响，建议本工程项目在不添加再生剂情况下，旧料掺量控制在20%左右。

3 配合比设计

厂拌再生混合料配合比设计目前并没有比较统一的设计理念，结合本工程特殊性，本次配合比设计旧料掺量控制在20%左右，采用马歇尔设计方法进行配合比设计，设计类型为AC-20C下面层，新增加沥青与回收沥青一致为SBS改性沥青。

3.1 目标配合比设计

3.1.1 设计级配确定

对各矿料进行筛分，根据原材料筛分结果，调出1号、2号、3号三种级配，各矿料比例见表5，其合成级配见表6，级配曲线见图3。

图3 矿料级配曲线图

根据工程经验本次配合比设计预估沥青总用量为4.5%，再生混合料的新沥青用量等于预估沥青总用量扣除RAP中的沥青总量部分(1.1%)，计算后初试新沥青含量为3.4%。

按上述三种合成级配以初试新沥青含量3.4%，击实温度165℃分别制作马歇尔试件，进行马歇尔试验，结果见表7，表中马歇尔试件体积特性计算采用实测理论最大相对密度。

表5 各矿料比例

表6 矿料合成级配

表7 马歇尔试验结果

根据马歇尔试验结果进行参数分析，级配2的马歇尔试件矿料间隙率与空隙率较为合适，沥青饱和度、稳定度、流值符合设计要求，因此选择级配2作为设计级配。

3.1.2最佳沥青含量确定

按级配2以实际新添加沥青含量2.8%、3.1%、3.4%、3.7%、4.0%分别制作马歇尔试件，并进行马歇尔试验，将马歇尔测试结果绘制沥青含量与马歇尔指标 (毛体积密度、空隙率、饱和度、稳定度和流值)关系曲线图，得到OAC1和OAC2分别为3.25%%和3.49%，最佳沥青用量取OAC1和OAC2的平均值3.37%，考虑到RAP料沥青老化等不利因素，实际新添加沥青含量为3.4%，重新成型马歇尔试件验证，混合料空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度、稳定度与流值各项指标均符合设计要求。

混合料性能验证结果如下：48h残留稳定度为88.3%，冻融劈裂残留强度比为85.7%，动稳定度为＞6000次/mm，均满足规范要求，表明再生混合料水稳性和高温稳定性良好。

3.2 生产配合比设计及验证

本文利用漳州丰山拌合站进行AC-20C厂拌热再生沥青混合料生产配合比设计及验证。根据筛分结果，调出生产配合比各矿料比例：RAP 料(9.5～19)mm∶RAP 料(0～9.5)mm∶(19～24)mm∶(16～19)mm∶(11～16)mm∶(6～11)mm∶(3～6)mm∶(0～3)mm∶矿粉=10∶9∶7∶10∶19∶12∶5∶25∶3，其合成级配见表 8：

表8 矿料合成级配

按生产配合比合成级配和最佳沥青含量3.4%及±0.3%沥青含量成型马歇尔试件，进行马歇尔试验结果见表9。

表9 马歇尔试验结果

试验结果表明：根据混合料的合成级配加入实际添加3.4%新沥青用量时，厂拌热再生沥青混合料的空隙率、稳定度与流值指标均符合规范要求且较为合适。

以设计级配用添加3.4%新沥青用量进行试拌试铺试验段，马歇尔指标结果：空隙率4.8%、稳定度12.10kN、流值3.45mm、混合料级配油量均符合规范要求，同时48h残留稳定度为85.9%，冻融劈裂抗拉强度比为86.3%，动稳定度为＞6000次/mm，同样符合规范的水稳定性和高温稳定性技术要求，说明此次配合比设计是成功的。