乳化瀝青廠拌冷再生瀝青混合料室內(nèi)拌合工藝研究

1 21 2

(1.湖南省建筑固廢資源化利用工程技術(shù)研究中心， 湖南 長(zhǎng)沙 410007；2.湖南云中再生技股份有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410007)

0 引言

在國(guó)內(nèi)，資源再生技術(shù)已逐漸得到重視，尤其是對(duì)RAP材料的再生利用技術(shù)已逐步成熟[1-2]。廠拌冷再生技術(shù)作為再生技術(shù)的一種，優(yōu)點(diǎn)在于常溫下施工、無(wú)環(huán)境污染、RAP材料利用率高等，隨著我國(guó)廠拌冷再生技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，已將廠拌冷再生技術(shù)應(yīng)用于高等級(jí)路面基層及下面層中，因此對(duì)廠拌冷再生瀝青混合料的性能有更高的要求，并且在廠拌冷再生混合料配比設(shè)計(jì)過(guò)程中將更大限度地提高RAP材料摻量以及降低乳化瀝青用量等[3-5]。我國(guó)再生技術(shù)規(guī)范JTG F41—2008中的室內(nèi)拌合方法為新、舊集料一起拌合，在大生產(chǎn)時(shí)亦是如此，在有限的拌合時(shí)間內(nèi)，該拌合方法下的冷再生混合料部分粗的新、舊集料未能完全裹附乳化瀝青，拌合不均勻，有花白料，根本滿足不了現(xiàn)在對(duì)冷再生混合料均勻性、高性能的要求[6-7]。因此本研究提出增加1道預(yù)拌程序的冷再生混合料室內(nèi)拌合工藝，采用新、舊集料或粗、細(xì)集料分別預(yù)拌再一起拌合的拌合工藝，將3種拌合工藝總拌合時(shí)間分別設(shè)為180、90、60 s，進(jìn)行冷再生混合料外觀、力學(xué)性能與路用性能對(duì)比研究，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證不同拌合工藝在縮短拌合時(shí)間的情況下冷再生混合料外觀及各項(xiàng)性能的變化。

1 材料試驗(yàn)

1.1 新集料

試驗(yàn)采用的新集料為湘潭景宏石灰?guī)r，其規(guī)格為9.5～19 mm，其技術(shù)指標(biāo)與篩分結(jié)果如表1與表2所示。

表1 新集料技術(shù)指標(biāo)類別壓碎值/%洛杉磯磨耗損失/%與瀝青的粘附性/級(jí)9.5～19 mm表觀密度/(g·cm-3)吸水率/%針片狀顆粒含量/%試驗(yàn)結(jié)果23.422.352.7280.368.2技術(shù)要求≤28≤305≥2.5≤2.0≤10

表2 新集料篩分結(jié)果%通過(guò)下列方孔篩(mm)的質(zhì)量百分率26.519.09.54.752.360.30.075100811.71.11.10.80.6

1.2 RAP材料性能

通過(guò)對(duì)路面銑刨的RAP材料不同規(guī)格分檔的研究，由于采用中粒式的級(jí)配范圍，為更好地進(jìn)行中粒式級(jí)配合成，將RAP材料分成15～25 mm(1#料)、8～15 mm(2#料)與0～8 mm(3#料)3檔，RAP材料的篩分結(jié)果如表3所示。

表3 RAP材料篩分試驗(yàn)結(jié)果%規(guī)格通過(guò)下列方孔篩(mm)的質(zhì)量百分率26.519.09.54.752.360.30.075RAP1#10055.35.62.8210.3RAP2#10010022.921.10.50.3RAP3#10010098.269.642.88.41.8

1.3 乳化瀝青

試驗(yàn)中采用“佛山高富”70#A級(jí)瀝青作為基質(zhì)瀝青，優(yōu)選江蘇蘇博特乳化劑進(jìn)行乳化瀝青生產(chǎn)及廠拌冷再生混合料性能試驗(yàn)[8-9]，乳化瀝青技術(shù)指標(biāo)如表4所示，其各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足冷再生用乳化瀝青技術(shù)要求。

2 廠拌冷再生混合料合成級(jí)配

本研究冷再生混合料采用再生技術(shù)規(guī)范JTG F41—2008中粒式的工程級(jí)配范圍[10]，合成級(jí)配曲線如圖1所示。根據(jù)以往對(duì)冷再生混合料的研究，確定本研究中乳化瀝青用量為4.0%，最佳含水量為5%，水泥外摻1.5%。

表4 乳化瀝青技術(shù)指標(biāo)類別破乳速度粒子電荷篩上殘留量(1.18 mm篩)/%粘度(恩格拉粘度計(jì)E25)蒸發(fā)殘留物性質(zhì)殘留分含量針入度(25 ℃)/(0.1 mm)延度(15 ℃)/cm與粗集料的黏附性,裹覆面積儲(chǔ)存穩(wěn)定性/%1 d5 d技術(shù)要求慢裂陽(yáng)離子(+)≤0.12～30≥6250～80≥40≥2/3≤1≤5試驗(yàn)結(jié)果慢裂陽(yáng)離子(+)0.025.763.45352>2/30.41.5

圖1 廠拌冷再生瀝青混合料合成級(jí)配曲線圖

3 3種室內(nèi)拌合工藝

目前，我國(guó)再生技術(shù)規(guī)范中乳化瀝青廠拌冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)主要采用馬歇爾試驗(yàn)方法，本研究通過(guò)對(duì)室內(nèi)拌合工藝研究，在規(guī)范的基礎(chǔ)上對(duì)冷再生混合料室內(nèi)拌合工藝進(jìn)行改進(jìn)，在冷再生混合料拌合過(guò)程中增加1道預(yù)拌程序，即新、舊集料或粗、細(xì)集料分別預(yù)拌再一起拌合的拌合工藝，將3種拌合工藝總拌合時(shí)間分別按照180、90、60 s進(jìn)行冷再生混合料外觀、力學(xué)性能與路用性能對(duì)比研究，不同拌合方法的操作流程如表5所示。

表5 廠拌冷再生瀝青混合料室內(nèi)拌合方法拌合工藝拌合方法拌合時(shí)間/s180拌合工藝1(新集料與舊料的粗集料+1/4水+1/3乳化瀝青預(yù)拌)+(余下舊料+余下3/4的水人工拌合)+余下2/3的乳化瀝青+水泥、礦粉9060180拌合工藝2(新集料+1/4水+1/3乳化瀝青預(yù)拌)+(舊料+余下3/4的水人工拌合)+余下2/3的乳化瀝青+水泥、礦粉9060180再生規(guī)范中的拌合工藝(拌合工藝3)新、舊集料+水+乳化瀝青+水泥、礦粉9060

3.1 拌合工藝1

1)將新集料與粗RAP材料(1#料)按級(jí)配比例放入拌和鍋內(nèi)，先按照最佳含水量(OWC)的1/4加入水使集料潤(rùn)濕，然后加入1/3乳化瀝青預(yù)拌，使集料拌和；然后把按級(jí)配配好的細(xì)RAP材料(2#料、3#料)、3/4的水進(jìn)行人工攪拌預(yù)濕，再倒入拌合鍋中后加入剩余的2/3乳化瀝青拌合；最后加入礦粉與水泥拌和。

2) 將拌和均勻的混合料均勻裝入試模，雙面各擊實(shí)50次，成型擊實(shí)試件。

3.2 拌合工藝2

1) 將新集料按級(jí)配比例放入拌和鍋內(nèi)，先按照最佳含水量(OWC)的1/4加入水使集料潤(rùn)濕，然后加入1/3乳化瀝青預(yù)拌，使集料拌和；然后把按級(jí)配配好的RAP材料(1#料、2#料、3#料)、水進(jìn)行人工攪拌預(yù)濕，再倒入拌合鍋中后加入剩余的2/3乳化瀝青拌合;最后加入礦粉與水泥拌和。

2) 將拌和均勻的混合料均勻裝入試模，雙面各擊實(shí)50次，成型擊實(shí)試件。

3.3 拌合工藝3

1) 將按級(jí)配比例配好的新、舊集料放入拌鍋中，加入所需的外加水拌合，再注入乳化瀝青拌合，最后加入水泥、礦粉進(jìn)行拌合。

2) 將拌和均勻的混合料均勻裝入試模，雙面各擊實(shí)50次，成型擊實(shí)試件。

4 不同拌合工藝下的混合料性能

將3種拌合工藝總拌合時(shí)間分別按照180、90、60 s成型試件，進(jìn)行冷再生混合料外觀、力學(xué)性能與路用性能對(duì)比研究，冷再生混合料外觀見(jiàn)圖2、圖3與圖4所示，冷再生混合料15 ℃劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表6所示，水穩(wěn)性能試驗(yàn)結(jié)果如表7所示，動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

從圖2、圖3與圖4可知，在拌合時(shí)間比較充分(180 s)時(shí)，3種拌合工藝下冷再生混合料外觀基本接近，當(dāng)拌合時(shí)間縮短為90 s與60 s時(shí)，拌合工藝1冷再生混合料只出現(xiàn)極少骨料未完全裹附乳化瀝青，拌合工藝2與拌合工藝3隨著拌合時(shí)間的縮短冷再生混合料未完全裹附乳化瀝青集料逐漸增多。由表6、表7與圖5試驗(yàn)結(jié)果可得，采用拌合工藝1，拌合時(shí)間從180 s縮減到60 s時(shí)冷再生瀝青混合料馬歇爾毛體積相對(duì)密度、試件空隙率、15 ℃劈裂強(qiáng)度、殘留穩(wěn)定度比、凍融劈裂強(qiáng)度比與動(dòng)穩(wěn)定度變化不大；采用拌合工藝2與拌合工藝3，拌合時(shí)間從180 s縮減到60 s時(shí)冷再生瀝青混合料毛體積相對(duì)密度分別降低了0.03與0.013，空隙率分別增大了1.2%與0.5%，15 ℃劈裂強(qiáng)度分別降低了11%與13%，殘留穩(wěn)定度比分別降低了4.3%與5.9%，凍融劈裂強(qiáng)度比分別降低了7.2%與6.6%，動(dòng)穩(wěn)定度降低幅度均較大。

表6 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果拌合工藝拌合時(shí)間/s毛體積相對(duì)密度空隙率/%15 ℃劈裂強(qiáng)度/MPa混合料外觀1802.23510.30.94無(wú)花白料拌合工藝1902.23410.40.96無(wú)花白料602.23310.40.91極少骨料未完全裹附乳化瀝青1802.22610.70.92個(gè)別骨料未完全裹附乳化瀝青拌合工藝2902.22010.90.85個(gè)別骨料未裹附乳化瀝青602.19511.90.82部分骨料未裹附乳化瀝青1802.24010.11.01無(wú)花白料拌合工藝3902.23410.40.90個(gè)別骨料未完全裹附乳化瀝青602.22710.60.87部分骨料未裹附乳化瀝青

表7 水穩(wěn)性能試驗(yàn)結(jié)果拌合工藝拌合時(shí)間/s浸水馬歇爾/kN標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾/kN凍融劈裂強(qiáng)度/MPa未凍融劈裂強(qiáng)度/MPa殘留穩(wěn)定度比/%凍融劈裂強(qiáng)度比/%18013.5614.880.330.4091.182.5拌合工藝19013.3614.680.320.3991.082.06013.2814.640.310.3990.779.518012.2414.280.280.3685.777.8拌合工藝29011.6813.890.270.3684.175.06011.1313.680.240.3481.470.618013.6814.900.340.4191.882.9拌合工藝39013.2614.780.320.4089.780.06012.6814.760.290.3885.976.3

圖5 動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

綜合3種拌合工藝的試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)縮短拌合時(shí)間時(shí)，采用拌合工藝1能很好地保持冷再生混合料的外觀及各項(xiàng)性能，在廠拌冷再生混合料大生產(chǎn)時(shí)，拌合時(shí)間通常只有10 s左右，采用粗、細(xì)集料分別預(yù)拌再一起拌合的拌合工藝進(jìn)行冷再生瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)能更接近生產(chǎn)實(shí)際。

5 結(jié)論

本研究提出增加1道預(yù)拌程序的冷再生瀝青混合料室內(nèi)拌合工藝，采用新、舊集料或粗、細(xì)集料分別預(yù)拌再一起拌合的拌合工藝，將3種拌合工藝總拌合時(shí)間分別按照180、90、60 s進(jìn)行冷再生混合料外觀、力學(xué)性能與路用性能對(duì)比研究，當(dāng)采用拌合工藝1，即粗、細(xì)集料分別預(yù)拌再一起拌合的拌合工藝，拌合時(shí)間從180 s縮減到60 s時(shí)冷再生混合料外觀、馬歇爾毛體積相對(duì)密度、15 ℃劈裂強(qiáng)度、殘留穩(wěn)定度比、凍融劈裂強(qiáng)度比與動(dòng)穩(wěn)定度變化不大，在縮短拌合時(shí)間的情況下，亦能保持冷再生混合料拌合的均勻性與性能的穩(wěn)定，因此采用粗、細(xì)集料分別預(yù)拌再一起拌合的拌合工藝進(jìn)行室內(nèi)冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)能更接近生產(chǎn)實(shí)際。