厂拌热再生沥青混合料的设计及路用性能研究

2022-03-26陈龙

山东交通科技 2022年1期

陈龙

（新疆交通规划勘察设计研究院有限公司，新疆乌鲁木齐 830000）

引言

沥青路面是一种高等级路面类型，在我国公路工程中得到广泛地应用［1］。沥青路面的正常使用寿命为15 a 左右。在公路工程维修扩建项目中，原路面废旧沥青混合料如果直接丢弃，既造成了资源浪费，又污染了环境［2-3］。选择厂拌热再生技术，在废旧沥青混合料中加入再生剂，使沥青回收、再生，并且与新沥青、矿料等混合制成性能良好的沥青混合料，重新用于路面施工，既节约成本，也符合绿色施工理念［4-5］。

1 原材料组成

1.1 矿料

在沥青混合料中，矿料承担着“骨架”作用。在选择矿料时，要求必须是新鲜的石灰岩，不能有风化现象，保证矿料质地坚硬。矿料的粒径也是重点关注的性能指标，按照粒径不同，分为6 个等级，1#矿料的粒径在19～24 mm 之间，2#矿料的粒径在15～19 mm 之间，粒径不足1 mm 的为矿粉。采用方孔筛对矿料进行筛选，确定矿料规格，分类见表1。除此之外，像矿料的表面密度、吸水率以及针片状颗粒含量等，也都是影响其使用性能的重要指标，需要根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）进行确定。

1.2 沥青

基于厂拌热再生技术的沥青混合料，其中沥青来源途径有两种：一种是新沥青；另一种是在原路面破碎后，将废旧沥青混合料回收的再生沥青。

1.2.1 新沥青

选择新沥青参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）中的相关规定，对沥青材料的性能指标进行试验测定，以确保符合公路建设的使用要求，新沥青选用A 级70#沥青，性能指标要求见表2。

表2 A 级70#沥青的性能指标

1.2.2 再生沥青

基于绿色、环保施工理念，采用厂拌热再生技术，使用热再生机械对原沥青路面进行软化、破碎，然后将废旧沥青混合料收集起来。考虑到沥青材料已经老化，不能直接使用，因此，需要选择再生剂让沥青重新恢复良好性能。再生剂的作用是改变沥青材料的微观结构，从最初的胶体结构逐渐转化为溶-凝胶体结构，完成转化后再生沥青的针入度、软化点等各项性能指标也会逐渐与A 级70#新沥青保持一致。根据再生剂掺加量的不同，再生沥青的性能也会有明显变化。例如，回收沥青的针入度为27.1 mm，再生剂掺加量为2%时，针入度增加至41.6 mm；掺加量为6%时，对应针入度为64.2 mm。合理确定再生剂掺量，使其满足使用要求。

2 厂拌热再生沥青混合料的配合比

2.1 级配设计

为了选出最佳的矿料级配，设计了三种级配方案见表3。（1）方案一普通热拌，由粒径在10～30 mm 不等的石灰岩，以及少量矿粉组成。（2）方案二掺加30%废旧沥青混合料的热再生，粗细矿料按照15 比例，加入粒径在10～20 mm 不等的石灰岩，以及少量矿粉组成。（3）方案三掺加30%废旧沥青混合料，以及5%再生剂的热再生，粗细集料15，以及粒径在10～20 mm 的石灰岩和少量矿粉。为了消除无关因素的影响，三种方案中，矿料、矿粉的用量尽量保持接近。

表3 级配设计方案

2.2 油石比

采用马歇尔试验来测定不同方案下的油石比，从而选出最佳的沥青混合料设计方案。根据设计的三种矿料级配方案，以0.5%间隔变化，分别以3.0%、3.5%、4.0%、4.5%和5.0%五种油石比开展试验。方案二、方案三矿料级配相同，区别仅在于方案三掺加了6%再生剂，试验结果见表4。

表4 马歇尔试验结果

3 厂拌热再生沥青混合料路用性能分析

采用厂拌热再生技术对公路进行改建、扩建或者维修、翻新，应保证施工后新的路面在水稳定、热稳定、耐磨损等性能方面达到施工要求，进而保证公路使用质量。因此，在严格筛选基础材料和科学设计配合比，以及完成沥青混合料摊铺、碾压等施工任务的基础上，还要对路用性能进行试验测定，对于不符合要求的及时采取处理措施，提高公路建设标准。

3.1 水稳定性

通过浸水马歇尔试验能够测得路面在不同条件下的稳定度，三种方案的试验结果见表5。

表5 不同方案的浸水马歇尔试验结果

由表5 可知，三种方案的稳定度、残留稳定度均满足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）的要求。其中方案二的稳定度最高，为12.45 kN；方案三的残留稳定度最高，为93.5%。试验数据表明，相比于普通热拌，掺加了30% RAP 的热再生方案，以及掺加了30% RAP+6%再生剂的热再生方案，水稳定性更好。

3.2 高温稳定性

夏季炎热天气下，沥青路面的温度可达50 ℃甚至更高，良好的高温稳定性能够使沥青路面保持较强的刚度，尤其是在路面有大吨位货车行驶的情况下，降低出现车辙病害的概率。因此，在使用厂拌热再生沥青混合料生成的路面，要进行高温稳定性试验。三种方案分别进行了45 min 与60 min 车辙深度测定和动稳定度测定，结果见表3。

结合表6，方案一的车辙深度明显高于方案二、方案三。其中，未添加再生剂的方案二中，车辙深度略低于添加了再生剂的方案三。在动稳定度方面，方案二的试验结果为6 587 次/mm，约为方案一的3倍。因此，从高温稳定性指标来看，方案二、方案三均有明显优势。

表6 三种方案高温稳定性试验

3.3 低温抗裂性

低温会导致沥青材料的脆性增加，弹性应变能力下降，具有良好低温抗裂性能的路面，环境适应能力更好，对延长路面使用寿命有明显效果。对三种方案进行低温抗裂性试验，环境为-15 ℃，速率为60 mm/min，结果见表7。

表7 三种方案的低温抗裂性试验

结合表7，相比于普通热拌方案，加入了30% RAP热再生的方案二和方案三，在最大荷载、破坏应变、抗弯拉强度等指标上均有所下降，这与沥青混合料中沥青比例较高有关。对比均添加了30%RAP 热再生的方案二、方案三可以发现，加入6%再生剂后，沥青混合料的破坏应变有较为明显的增强。说明再生剂对改善沥青混合料的低温抗裂性有一定帮助。