沥青路面就地热再生混合料再生剂用量及级配优化

2024-05-15梁毓珂

黑龙江交通科技 2024年4期

梁毓珂

(山西省公路局长治分局,山西长治 046600)

就地热再生沥青混合料的高温性能、低温性能、水稳定性能、疲劳性能及耐老化性能方面需要大力研究。学者们在室内完成了诸多方面的研究[5-6],由于旧沥青混合料的均匀性较差,导致研究结果与实际施工过程中存在较大差异,进而导致室内结果与现场的路用性能存在很大的差距。因此,在现有研究结果的基础上,结合太佳高速西段沥青路面就地热再生的施工实例,进行沥青混合料的级配优化研究,为工程提供技术支持。

1 再生工程资料收集

首先,收集路面各结构层厚度和类型、沥青和集料等原材料的种类、沥青混合料级配和油石比、新建施工过程检测资料和工程验收资料等。其次,收集养护资料,如各年度路面破损情况、养护维修方式和资料,以及路况定期检测资料。再次,收集交通量和气候资料,如道路年平均日交通量、货车比例、轴载分布与超载情况、工程所在地区的年降雨量、年平均气温与极端气温等情况。最后,原路面病害调查可采用人工步巡或路面综合检测车进行,详细记录病害的位置、类型、面积和严重程度等特征,并进行整理以形成分析报告。

在对路面病害成因进行分析时,一般应根据所收集的工程资料和原路面病害调查数据进行。也可进行现场检测或者取样后进行室内试验分析。路面病害的成因往往可能是多种因素并存,但重点是要确定道路的中、下面层以及各层结构本身是否有比较严重的问题,如有严重问题,需修复完善下面层后,再进行上、中面层再生。另外,如有薄层罩面等加铺时,应通过级配确认加铺层是否可与再生层一起再生,如级配变异过大,应清除该层后再生。

2 旧路面材料回收及试验

选用就地热再生养护技术,再生沥青混合料用原材料为SBS(Ι-D)改性沥青、辉绿岩集料、石灰岩磨细矿粉,高性能再生剂为重庆伍圣建材有限公司AZ沥青热再生剂,以上沥青、集料、矿粉满足规范[7]要求。本次就地热再生混合料结构仍选择原路面SBS改性AC-13型沥青混合料结构。首先,对原路面随机抽取3个代表点,进行小型加热机加热回收取样,采用阿布森法回收旧沥青,通过对回收沥青、回收集料的试验,旧沥青混合料的平均油石比为4.6%。回收沥青混合料的级配见表1,回收沥青的检测结果见表2。

表1 回收沥青混合集料级配

表2 回收沥青检测结果

由表1可知,旧混合集料的级配部分筛孔已超出级配上下限范围,并呈现10～15 mm集料用量明显不足,5～10 mm集料明显过多的现象,进而导致路面抗车辙性能不足等问题。从表2可知,针入度下降明显,5 ℃延度下降更为严重,表明沥青混合料在使用过程中老化非常严重,但依据针入度检测结果为31(0.1 mm),满足就地热再生中复拌再生针入度≥30(0.1 mm)的要求,所以,本项目维修养护选用复拌再生工艺。

3 再生混合料优化设计

3.1 再生剂用量设计

现有成品再生剂的主要成分由芳香粉以及其他轻质组分组成,主要作用为补充旧沥青中被老化的芳香分,溶解旧沥青中的沥青质,恢复再生沥青的各项性能。通过试验,不同再生剂掺量的情况下,再生沥青的试验结果见表3。

表3 再生沥青再生效果

由表3可知,通过再生试验,随着再生剂的增加,针入度逐渐增加,并满足了规范[7]改性沥青Ι-D的技术要求。软化点逐渐降低,5 ℃延度逐渐增加。依据规范[8],再生沥青的性能恢复至原沥青低1个等级即可,依据试验结果可知,再生剂掺量为4%时,即可满足规范[8]要求。所以本次设计再生剂用量为旧沥青混合料质量的4%。

回收沥青往往不能完全恢复到原样沥青的标准,主要原因为:在抽提回收过程中,部分较细的矿粉不能完全从沥青中分离出去,所以沥青的黏度、延度将受到比较大的影响,所以当恢复到比原沥青低1个等级的时候,实际沥青基本可以达到原沥青的标准。

当小规模突发事件发生时，市场价格不会发生变化，而市场需求会发生改变，市场需求的分布函数F(x)及密度函数f(x)波动为G(x)和g(x)，G(x)和g(x)的性质与F(x)和f(x)相同，且市场需求的期望为μG=E(x)=xg(x)dx.

3.2 级配优化设计

为保证就地再生后高程与原路面相同,不增加路面厚度,本项目采用复拌再生工艺,依据旧沥青混合料的级配发现,旧沥青混合料级配偏细,需添加一部分新的沥青混合料,以优化调整再生沥青混合料的集配,使再生后的沥青混合料具有抗车辙性能强、低温性能好、耐久性强的优点。旧沥青混合料及新沥青混合料的级配组成见表4,新集料与旧集料的用量比为16%∶84%。再生沥青混合料中油石比为以再生混合料、再生剂、新集料设计的油石比,该油石比为新添加的沥青与再生混合料、再生剂、新集料之和的比值。通过沥青混合料的再生混合料的马歇尔试验,确定再生沥青混合料的油石比为4.7%。经再生沥青混合料的马歇尔试验,结果见表5。

表4 合成沥青混合料的级配组成

表5 再生沥青混合料的马歇尔试验结果

室内试验时,再生剂用量为旧沥青混合料质量的4%,新集料用量为旧沥青混合料质量的18.2%,新沥青用量为旧沥青混合料质量的5.7%。拌和流程为先将旧沥青混合料与再生剂拌和90 s,再加入新集料、新沥青拌和90 s即可。

运用于生产时,新沥青混合料的油石比为32%,经试拌油石比为32%的新沥青混合料,沥青析出严重,进一步试拌该级配得出新沥青混合料油石比为4.5%时,基本保证了混合料拌和均匀、不泛油,余下的沥青需在再生剂添加时单独加入再生混合料中。加入流程为:在旧沥青混合料与再生剂拌和后,随后在旧沥青混合料中加入旧沥青混合料质量4.9%的新沥青,再加入预拌好新沥青混合料,即可完成再生混合料的拌和,随后现场压实。

4 再生混合料性能验证

4.1 高温性能检验

在标准60 ℃的恒温条件下,采用0.7 MPa的压应力水平,检测再生沥青混合料的高温性能。在检测前首先测试车辙试件的空隙率,使空隙率符合马歇尔设计空隙率的±1%之内[9]的要求。测试结果见表6。

表6 再生沥青混合料动稳定度试验结果

由表6可知,再生沥青混合料动稳定度满足规范≥2 800次/mm的技术要求。

随着废旧沥青混合料的再生,再生沥青混合料抵抗变形能力增强,主要原因为再生沥青混合料中的旧沥青富含较高的沥青质,在再生剂的作用下,旧沥青中的沥青质发生重组、溶解,当新沥青加入后,RAP中的老化沥青对新沥青起到了改性作用,新沥青与旧沥青发生融合,此时,新沥青的黏度有所提升,导致沥青混合料在高温状态下的感温性能降低,抗变形能力增加,从而使再生沥青混合料高温抵抗变形能力得到大幅度的提升。

4.2 低温性能检验

通过低温弯曲试验,表征再生沥青混合料的低温抗裂性能,试验温度:-10 ℃,加载速率:50 mm/min,试验结果见表7。

表7 低温弯曲试验结果

由表7可知,就地热再生低温性能均能满足规范[7]破坏应变≥2 800 με的技术要求。表明该再生沥青混合料在低温情况下可表现出很强的韧性及低温变形能力,抑制和延缓开裂效果明显,主要原因为再生剂中的芳烃油改变了旧沥青混合料中沥青的特性,再生剂通过渗透、包裹作用,在重新加热拌和后,消除了原混合料中的宏观裂缝,阻断了微观银纹的发生发展,使旧沥青的性能基本恢复了应力松持的特性。所以,低温情况下,新沥青、再生剂使再生沥青混合料的应变能力得到大幅度的提升。

4.3 水稳定性能检验

为研究再生沥青混合料的水稳定性能,分别开展了浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验,来评价再生沥青混合料的水稳定性能,试验过程中采用50次击实,结果见表8、表9。

表8 浸水马歇尔试验结果

表9 冻融劈裂TSR试验结果

从表8、表9可知,残留稳定度、冻融劈裂TSR强度比均满足规范要求,表明废旧沥青混合料再生效果明显,均满足热拌沥青混合料的水稳定性能指标。再生沥青混合料中旧料与新混合料拌和后,在再生剂的作用下,新旧沥青发生了一定程度的融合,新沥青、再生剂在旧集料、旧沥青胶团表面的裹覆下,阻断了水分进入旧集料、旧沥青胶团的通道,使再生混合料的抗水损害能力大幅度提升,同时,随着时间的延长,再生剂进一步发生渗透,对旧沥青产生长期的性能恢复作用。所以,再生沥青混合料的水稳定会较长期地保持,并保持较高的抗水损害水平。