泡沫瀝青就地冷再生RAP性能分析與配合比設(shè)計(jì)研究

杜鵑

我國高速公路通車總里程已經(jīng)超過十萬公里，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，交通量猛增，車輛超載嚴(yán)重等問題，使得許多瀝青路面在車輛荷載（尤其是重載交通）和自然環(huán)境等多種因素的綜合作用下，瀝青面層材料發(fā)生老化，路面結(jié)構(gòu)逐漸疲勞，路面結(jié)構(gòu)性能下降直至出現(xiàn)嚴(yán)重破壞，最終導(dǎo)致無法滿足基本的使用要求，往往需要進(jìn)行舊路改造。

而我國現(xiàn)階段的公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)還比較單一落后，目前主要采用翻挖重建的方案。該方案的缺點(diǎn)是產(chǎn)生大量廢料，并且對(duì)廢料的處理占用大量的土地資源。而再生路面可以較好解決這個(gè)問題，也起到了環(huán)境保護(hù)的作用。而不同的再生工作參數(shù)導(dǎo)致回收料級(jí)配不同，對(duì)配合比影響較大，所以開展回收料和配合比的研究是很有必要的。

一、再生機(jī)工作參數(shù)對(duì)RAP的影響分析

RAP在回收之前已長期處于外界自然環(huán)境的影響下，不同的環(huán)境情況下原材料存在一定差別，除了受自然環(huán)境的外部影響，再生機(jī)的工作參數(shù)不同也會(huì)對(duì)RAP料的級(jí)配產(chǎn)生較大影響，通過分析總結(jié)再生機(jī)工作參數(shù)對(duì)RAP料級(jí)配的影響規(guī)律，可以更好地控制銑刨料的技術(shù)性能，為RAP料的性能評(píng)價(jià)和混合料配合比設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1.銑刨機(jī)行進(jìn)速度對(duì)RAP篩分結(jié)果的影響

為了分析再生機(jī)行進(jìn)速度對(duì)RAP料篩分結(jié)果的影響規(guī)律，現(xiàn)場(chǎng)采用維特根WR4200型再生機(jī)對(duì)同一路段中的同一路面結(jié)構(gòu)在不同行進(jìn)速度下（4m/min、5m/min、6m/min）進(jìn)行銑刨，其他工作參數(shù)不變，現(xiàn)場(chǎng)均勻取料回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行篩分試驗(yàn)。其試驗(yàn)結(jié)果如表1所示：

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可以看出：

（1）再生機(jī)行駛速度對(duì)RAP料的級(jí)配會(huì)產(chǎn)生一定的影響，隨著銑刨機(jī)的速度不斷加快，RAP料的級(jí)配逐漸偏粗，從4m/min提升至5m/min回收料各篩孔尺寸下級(jí)配均變粗，而從5m/min提升至6m/min時(shí)，2.36～19mm檔內(nèi)篩孔通過率降低較為明顯。

表1 不同行駛速度下RAP料各重要篩孔通過率

（2）這就需要在施工配合比設(shè)計(jì)階段提前考慮施工時(shí)銑刨速度，在合適范圍內(nèi)進(jìn)行取料委托配合比設(shè)計(jì)，同時(shí)需在施工現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格控制冷再生銑刨攤鋪速度。

2. 銑刨層位對(duì)RAP篩分結(jié)果的影響

路面結(jié)構(gòu)層不同，其材料類型和級(jí)配也不同，因此銑刨機(jī)銑刨深度的不同直接影響到RAP料的篩分結(jié)果，為了分析銑刨層位的影響，分別對(duì)瀝青層和水穩(wěn)層銑刨取料進(jìn)行篩分，其結(jié)果如下：

表2 不同層位RAP料各篩孔通過率

根據(jù)表2可以看出：

（1）瀝青層和水穩(wěn)層回收料的總體曲線均成S型曲線，呈“中間多兩頭少”分布；

（2）瀝青層回收料在2.36mm以上各篩孔通過率均大于水穩(wěn)層回收料，粒徑偏細(xì)；而2.36mm以下各篩孔通過率則均小于水穩(wěn)層回收料。

上述研究表明：不同層位回收料的篩分具有一定的差異，這就導(dǎo)致銑刨層位的深度對(duì)回收料的粒徑存在一定的影響，施工中配合比的控制需嚴(yán)格控制銑刨機(jī)的銑刨深度。

從表1可以看出，隨著銑刨機(jī)行進(jìn)速度的不斷增大，P0.075有明顯的下降趨勢(shì)，銑刨機(jī)行進(jìn)速度V與P0.075存在反比關(guān)系，即P0.075=a/V；而隨著銑刨深度的增加，當(dāng)銑刨深度至水穩(wěn)碎石基層時(shí)，P0.075有明顯的變大情況，因此，銑刨深度H與P0.075存在正比關(guān)系，即P0.075=bH，綜上，P0.075與銑刨速度V、銑刨深度H的關(guān)系可以表示為P0.075=F（V，H）=aH/V+b，在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)RAP料進(jìn)行篩分試驗(yàn)過程中，可以通過調(diào)節(jié)銑刨機(jī)工作參數(shù)的方式對(duì)銑刨料級(jí)配進(jìn)行一定的控制，但是工作參數(shù)的調(diào)整對(duì)整個(gè)RAP料的篩分結(jié)果都會(huì)產(chǎn)生影響，在控制關(guān)鍵篩孔通過率P0.075的同時(shí)，應(yīng)考慮中檔篩孔通過率的均勻性。

二、RAP技術(shù)性能評(píng)價(jià)

1.RAP材料級(jí)配

銑刨料（RAP料）是泡沫瀝青冷再生混合料中最主要的原材料，根據(jù)路段內(nèi)設(shè)計(jì)深度采用銑刨機(jī)銑刨后進(jìn)行取料。從外觀可以看出，RAP料最顯著的特征是集料外均裹附著一層較厚的瀝青膠結(jié)料，為研究RAP料的級(jí)配特征，在室內(nèi)將RAP料風(fēng)干后進(jìn)行篩分試驗(yàn)，篩分試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 RAP料篩分結(jié)果

由RAP料的篩分曲線結(jié)果可知RAP料主要集中在篩孔2.36～9.5mm之間，而0.075mm篩孔以下通過率僅為1.3%，根據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTGF41-2008）中相關(guān)要求，0.075mm篩孔以下通過率不小于6%。因此，在進(jìn)行再生混合料配合比設(shè)計(jì)時(shí)，需添加適量的礦粉或石屑，增加0.075mm篩孔以下通過率，才能滿足規(guī)范要求的級(jí)配范圍。

2.瀝青

回收RAP材料的瀝青膠結(jié)料，并對(duì)回收瀝青的三大指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)分析，針入度為39.1（0.1mm），軟化點(diǎn)為60.5℃，延度為18cm。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，回收瀝青的針入度變化較大，延度降低較多，瀝青老化嚴(yán)重，性能下降較多，已不適合再作為瀝青膠結(jié)料使用。因此，在冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)時(shí)通常將RAP材料直接作為集料使用。

三、再生混合料配合比設(shè)計(jì)

本文根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，初步擬定三種再生混合料級(jí)配設(shè)計(jì)方案（A、B、C級(jí)配）分別進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中，水泥用量為礦料混合料（除水泥）總用量的1.5%。在再生混合料級(jí)配設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量減小除礦粉通過率以外的其它影響因素，A、B、C三種混合料合成級(jí)配見表4。其中A、B、C級(jí)配設(shè)計(jì)方案如下：

級(jí)配A：75%舊料+5%新料（5～10mm）+15%石屑（0～3mm）+5%礦粉。

級(jí)配B：75%舊料+20%石屑（0～3mm）+5%礦粉。

級(jí)配C：80%舊料+20%石屑（0～3mm）。

表4 三種再生混合料合成級(jí)配

將不同泡沫瀝青添加量的混合料試件養(yǎng)生后均分成兩組，并測(cè)得其干、濕劈裂強(qiáng)度，計(jì)算干、濕劈裂強(qiáng)度比，最終確定不同級(jí)配再生混合料的最佳泡沫瀝青用量。

表5 擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果和拌和用水量

A、B級(jí)配的干濕劈裂強(qiáng)度與干濕劈裂強(qiáng)度比基本相同，且均明顯優(yōu)于C級(jí)配，其中干劈裂強(qiáng)度比C級(jí)配大20.8%左右，濕劈裂強(qiáng)度比C級(jí)配大26.1%左右。試驗(yàn)結(jié)果表明粉料含量對(duì)再生混合料的劈裂強(qiáng)度影響顯著。

四、結(jié)語

本文根據(jù)泡沫瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)的原則和要求，研究分析各設(shè)計(jì)參數(shù)：銑刨料材料參數(shù)、并通過試驗(yàn)確定最佳礦料級(jí)配、最佳拌和用水量及最佳泡沫瀝青用量，為泡沫瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)提供依據(jù)。得到以下主要結(jié)論：

1.通過分析再生機(jī)不同銑刨速度V、銑刨深度H下的RAP料篩分結(jié)果，總結(jié)其規(guī)律，建立了關(guān)鍵篩孔0.075mm通過率與V、H的相關(guān)關(guān)系P0.075=f（V,H）。

2.通過粉料0.075mm篩孔通過率對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料性能試驗(yàn)分析，增加粉料和瀝青用量，可提高再生混合料的強(qiáng)度和水穩(wěn)定性。

3.從泡沫瀝青冷再生混合料性能試驗(yàn)結(jié)果看出，其強(qiáng)度低于熱拌瀝青混合料的強(qiáng)度值，適合于低等級(jí)道路的各層材料，但不太適合作為高等級(jí)道路的上中面層材料，只能作為基層、底基層或下面層材料。