温拌再生沥青混合料性能及其工程应用研究

2022-09-14王鹏

交通世界 2022年22期

王鹏

（河北光太路桥工程集团有限公司，河北邯郸 056002）

0 引言

沥青路面因其行车舒适性、维修方便快捷等特点在我国广泛应用。但随着我国交通量逐年增加，沥青路面在长期高负荷工作下，出现路面产生裂缝、面层集料脱落、车辙等病害，服务性能受到较大影响，较严重的可能影响其使用寿命。据统计，我国公路养护里程占总里程的98.2%，养护任务体量较大[1]。目前沥青路面养护方式大多采用再生技术，其中，温拌再生技术应用最为广泛，在国内外均有大量工程应用。

1 工程概况

本项目选取某高速公路工程K1200+000—K1700+000段，设计为双向四车道，设计车速120km/h，路基宽36m，路基平均填高3.5m，最大填高为5.7m，最小填高为2.8m。原路段结构在长期行车荷载作用下，路面结构严重损坏。考虑当地气候、地质及损坏程度，由于温拌沥青混合料温度敏感性较好，决定采用温拌再生技术进行养护。本文根据施工规范要求对高速公路各结构层采取的设计方案如表1所示。

表1 路面结构施工方案

2 沥青温拌混合料

2.1 原材料性能检测

（1）新沥青

采用中石化SBS改性沥青，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）进行性能检测。检测结果如表2所示，改性沥青各项指标均满足规范要求。

表2 改性沥青性能指标

（2）粗、细集料

本文选择石灰岩碎石，按照《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2005）对集料性能检测，结果如表3所示，各项性能满足规范要求。

表3 粗细集料质量检测结果

（3）回收沥青混合料（RAP）

回收沥青路面材料中，各部分的性质也是再生沥青混合料性能是否良好的重要因素，本文按照规范要求对RAP性能进行检测，结果如表4所示，检测结果均满足规范要求。

表4 RAP性能检测结果

2.2 不同RAP掺量下温拌再生沥青混合料级配确定

温拌再生沥青混合料的性能好坏和混合料组成设计是密不可分[2]。再生沥青混合料中含有旧料，掺加的RAP料级配差异性较大且不均匀导致设计相当复杂。故本文对RAP掺量下温拌再生混合料级配进行研究。研究结果见表5、图1。

表5 不同RAP掺量合成级配表

图1 不同RAP掺量合成级配曲线图

由图1可知，在选用40%、50%、60%不同掺量的RAP，得到的级配曲线差异很小，同时所有级配曲线都在级配上限和级配下限之间，且均趋近于级配中值。由此可知，在确定温拌再生沥青混合料级配时，RAP掺量的范围为40%～60%。

2.3 最佳油石比确定

本文采用三组不同油石比，以0.5%为间隔，设计4.1%、4.6%、5.1%三组油石比，40%RAP掺量级配。在实验室内制备马歇尔试件，并对试件进行空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度以及稳定度等试验，根据力学指标和体积指标确定最佳油石比，马歇尔试验检测结果如表6所示，油石比与六组指标关系如图2所示。

表6 混合料马歇尔试验设计结果

图2 混合料马歇尔试验结果

由图2可知，毛体积密度随着油石比增加而缓慢上升，稳定度随着油石比的增加先小幅度上升再小幅度下降，流值随着油石比增加而上升，VV随着油石比增加而先降低后增高，VMA随着油石比增加而线下降，VFA随油石比的增加缓慢上升。根据试验结果，结合规范要求及工程经验，确定4.6%为最佳油石比。

3 路用性能检测

3.1 施工前准备

（1）运输

温拌再生沥青混合料应严格控制拌和温度，出料温度控制在140℃。拌和完成后应立即送至施工现场。车辆驾驶时，应防止急刹车、急转弯等问题，以使混合料的实际施工使用不会对摊铺连续性造成影响。

（2）摊铺

在对温拌沥青混合料进行摊铺作业时，需控制好高程与下承层的作用稳定性，以保障施工质量效果。在摊铺施工操作前，应利用烫平板进行预热，以将温度控制在80～100℃。当摊铺设备到达指定位置后，应在烫平板下方进行垫木设置，以强化高程测量的准确性[3]。

（3）碾压

在摊铺结束后进行碾压，其规则为“先轻压，后重压；先慢压，后快压；先压两边，后压中间”，压实遍数在8次以上，14次以下为佳，初次压实采用三轮压路机，压实速度控制在1km/h，静压3遍；复压采用振动压路机，压实速度控制在1.5km/h，重压5遍；终压采用胶轮压路机，压实速度控制在1.5km/h，静压2遍[4]。

3.2 高温稳定性

高温稳定性时沥青混合料在高温情况下抵抗永久变形的能力，时沥青性能的重要指标。通常采用车辙试验进行测验，进行动稳定度计算。其公式为：

式（1）中：DS为动稳定度（次/mm）；d1为对应时间t1的变形量（mm）；d2为对应时间t2的变形量（mm）；C1为修正系数，取1.0；C2为试件系数，取1.0；N为试件轮碾速度，取42次/min。

为研究不同RAP掺量对再生沥青混合料稳定度的影响，本文采用尺寸为300mm×300mm×50mm试件进行车辙试验。试验结果如表7、图3及图4。

表7 改性沥青动稳定度对比

由表7可知，在RAP掺量为20%时，采用热拌再生技术的动稳定度次数为2 842，采用温拌再生技术的动稳定度次数为2 577；在RAP掺量为40%时，采用热拌再生技术的动稳定度次数为2 900，采用温拌再生技术的动稳定度次数为2 754；在RAP掺量为60%时，采用热拌再生技术的动稳定度次数为2 893，采用温拌再生技术的动稳定度次数为2 690；由图3、图4可知，两种再生方式随着RAP掺量的增加，其动稳定次数先增加再降低，在40%掺量时最高，且均大于2 400次/mm，满足规范要求。故在采用温拌再生沥青混合料时，RAP掺量应控制在40%。

图3 热拌再生方式动稳定度关系图

图4 温拌再生方式动稳定图

3.3 平整度

路面平整度能够反映沥青路面行车舒适性，温拌沥青路面施工竣工后，使用路面3m直尺测得沥青路面平整度，根据《公路工程质量检验评价标准》（JTG F80/1—2017）要求，测量值允许误差为3mm。并根据公式将试验路段3m直尺测量值转换为IRI值，试验路段IRI指数检测结果如表8所示，转换公式为：

表8 试验路段IRI指数

式（2）中：X为3m直尺测量值（mm）。

由表8可知，K1200+000—K1300+000国际平整度IRI平均值为0.26m/km；K1300+000—K1400+000国际平整度IRI平均值为0.58m/km；K1400+000—K1500+000国际平整度IRI平均值为0.68m/km；依据《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）要求国际平整度IRI应当小于2m/km，四条试验路段均远小于2m/km，满足规范要求，表明温拌再生沥青混合料能够改善沥青路面平整度，满足道路施工质量要求，保证行车安全和舒适度。