SMA沥青混合料就地热再生配合比设计与应用

2021-07-07邹雁飞

广东公路交通 2021年3期

邹雁飞，王玲

(1.东莞市经纬公路工程有限公司，广东东莞 523837；2.东莞市路桥投资建设有限公司，广东东莞 523000)

0 引言

就地热再生是近年来国内发展较快的一种沥青路面养护技术。该技术采用专用的就地热再生设备，对沥青路面进行加热、铣刨，就地掺入一定数量的新沥青、新沥青混合料、再生剂等，经热拌和、摊铺、碾压等工序，实现对表面一定深度范围内的旧沥青混凝土路面再生的目的。就地热再生技术能够修复沥青路面车辙病害，恢复沥青路面平整度、抗滑等使用性能。

莞深高速公路北起东莞市石碣镇、南至深圳市龙华区观澜街道，已建成通车多年。由于交通量大，在大量行车荷载以及高温多雨的气候条件作用下，沥青路面表层出现车辙、剥落、裂缝和局部坑槽等病害。然而该路段路基强度较高、路面质量较好，病害主要集中在沥青面层，采用就地热再生技术能够修复表面病害，恢复沥青路面的物理力学性能。本文介绍了原材料及级配、配合比设计和路用性能等方面的工程应用与实践经验。

1 原材料

1.1 原沥青路面状况

沥青混合料就地热再生过程中新添加的沥青混合料占比较少，对再生沥青混合料只起到调节作用，大多数为原路面的沥青混合料，因此原沥青路面的状况对就地热再生沥青混合料的性能有较大影响。通过按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)取样，对芯样进行抽提筛分，确定原沥青路面SMA-13的级配和油石比，同时对抽提后的旧沥青指标进行了测试。

通过取芯获取旧路面的级配，以芯样和对应的路面板多次进行燃烧、抽提后，筛分得到原SMA-13路面级配各个筛孔通过率平均值(表1)，旧沥青的含量及性能见表2。

表1 旧料抽提筛分结果

表2 旧料沥青含量及性能

1.2 新沥青和新集料

分别采用针入度、软化点、延度评价新沥青性能，试验结果见表3。

表3 沥青性能试验结果

从料场直接选取粗细集料及矿粉，采用四分法对所取集料进行水洗筛分，测定集料的级配，试验结果见表4。

表4 新集料筛分结果

2 SMA沥青混合料就地热再生配合比设计

2.1 新料掺量估算

新料添加百分率与净截面积的关系：

A=S/Sx×100

(1)

式中：A为新料添加百分率(%)，Sx为铣刨层的断面面积(cm2)，一般取厚度4cm、宽度375cm。

将净截面积与断面最大车辙的关系式代入式(1)，得到新料添加百分率与车辙的关系式：

A=0.0335m2+4.35

(2)

式中：m为车辙深度(mm)，车辙深度范围在5～25mm之间。

在实际工程应用阶段，发现新料添加量比公式计算的要大一些。经分析，可能是因为就地热再生施工铣刨加铺后压路机的碾压作用导致，并且在实际施工后，路面标高会有略微增加。经过修正，公式改为：

A=0.0335m2+4.35+2.5h

(3)

式中：h为路面标高提升值(mm)，一般取2mm。

根据原路面图纸上的车辙深度情况，确定就地热再生新料的掺量范围为6%～14%，平均掺量为10%，因此采用10%新料掺量的SMA-13就地热再生配合比设计。

2.2 再生混合料级配设计

根据RAP规格料、粗细集料、矿粉筛分试验结果，结合以往工程施工经验，拟定了A、B两个级配。矿料合成级配计算结果见表5。

表5 设计配合比矿料级配组合设计

就地热再生新沥青由新料沥青和外加沥青两部分组成，其中新料沥青占新拌料的5.0%，外加沥青由混合料沥青用量确定。根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中配合比设计过程的要求，以6.55%、6.85%、7.15%、7.45%、7.75%五组沥青用量(含再生剂)进行再生沥青混合料马歇尔试验，各沥青用量的新沥青含量见表6。

表6 不同沥青用量中的新沥青用量

以外掺再生剂的方式恢复RAP料旧沥青指标性能，保证再生沥青混合料的性能，再生剂用量为旧沥青混合料质量比4%。室内试验拌和工艺为：小拌锅温度设定为160℃，试验中先将新沥青与集料拌和至均匀状态，然后将拌制好的沥青混合料放置烘箱中保温。制备再生沥青混合料时，首先将再生剂加入RAP料中拌合90s，然后加入新拌沥青混合料拌和90s，最后加入新沥青拌和90s。试件成型温度为140℃。

2.3 沥青用量(含再生剂)的确定

根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中配合比设计过程的要求，A、B两种级配分别以6.55%、6.85%、7.15%、7.45%、7.75%五组沥青用量(含再生剂)进行再生沥青混合料马歇尔试验，试验结果见表7。

表7 马歇尔试验结果

通过表7，比较分析A、B级配在不同沥青用量(含再生剂)的各项马歇尔试验结果，发现级配B较为密实，综合考虑再生沥青混合料密度、空隙率、矿料间隙率、有效沥青饱和度、稳定度、流值等指标，暂定级配A为本次试验的目标级配。

横向比较设计级配在不同沥青用量(含再生剂)下的各项马歇尔试验指标，结合以往工程经验，确定设计级配的最佳沥青用量(含再生剂)为混合料重量比的7.1%，进行再生沥青混合料性能验证试验。

3 就地热再生沥青混合料路用性能

3.1 低温性能

为检验SMA-13再生沥青混合料的低温抗裂性能，按照试验要求对级配A在7.1%的沥青用量和4%再生剂用量下进行再生沥青混合料劈裂试验,测得再生后的SMA-13沥青混合料的平均劈裂抗拉强度为3.15MPa。

3.2 水稳定性

采用浸水残留稳定度和冻融劈裂强度比两个评价指标,检验级配A受水损害时抵抗剥落的能力。浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验结果见表8和表9。

表8 浸水马歇尔试验

表9 冻融劈裂试验

从表8和表9可以看出，级配A在7.1%沥青用量和4%再生剂用量下，满足规范有关改性沥青混合料浸水残留稳定度≥85%和改性沥青混合料冻融劈裂强度≥80%的设计要求。

3.3 高温性能

为检验SMA-13再生沥青混合料的高温抗车辙能力，按照试验要求对级配A下的再生沥青混合料进行车辙试验，测试了混合料试件的动稳定度。再生后的SMA-13沥青混合料动稳定度的平均值为6 594次/mm，满足规范有关改性沥青混合料动稳定度≥2 800次/mm的设计要求。

综上所述，SMA-13就地热再生沥青混合料中以新集料和旧集料的比例为1:9、在7.1%的沥青用量和4%再生剂用量下，按照级配A成型的再生混合料空隙率为3.4%，劈裂强度为3.15 MPa，浸水残留稳定度为97.35%，冻融劈裂强度比为92.25%，动稳定度为6 594次/mm，各项性能试验结果均满足规范要求。