現(xiàn)場熱再生瀝青混合料性能研究及應(yīng)用

劉世錦 LIU Shi-jin；楊蜜 YANG Mi；董俊杰 DONG Jun-jie

（昆明市政工程設(shè)計研究院（集團）有限公司，昆明 650228）

0 引言

目前，我國早期城市化進程中所建設(shè)的大量市政道路已進入大修期，瀝青路面老化嚴重，出現(xiàn)了不同程度的網(wǎng)裂、車轍及松散等病害，大量的市政道路等待養(yǎng)護維修[1]。傳統(tǒng)養(yǎng)護維修方式多采用挖出舊料加鋪新料的方式，這樣的維修方法勢必會造成舊料的浪費及舊料堆放產(chǎn)生環(huán)境污染問題，尤其對于市政道路，舊料的回收與利用顯得尤為重要[2]。美國于上世紀初期便開始了瀝青路面再生技術(shù)的研究，目前美國已在80%的道路養(yǎng)護維修中使用了再生技術(shù)，極大的節(jié)約了資源并取得了較好的路用性能[3]。我國對于再生技術(shù)的研究起步于上世紀80 年代，國內(nèi)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)：使用再生技術(shù)對瀝青路面進行養(yǎng)護維修后可有效降低養(yǎng)護成本，同時可較大程度的利用舊料并回收利用舊瀝青，大約可節(jié)省30%的新瀝青用量[4-5]。再生技術(shù)發(fā)展至今目前主要分為現(xiàn)場或廠拌熱再生、現(xiàn)場或廠拌冷再生四種工藝[6]，現(xiàn)場熱拌再生技術(shù)由于其施工速度快、維修成本低、舊料利用率高及交通影響小目前已被廣泛應(yīng)用于市政道路養(yǎng)護維修中來。

本文對AC-13 型現(xiàn)場熱再生瀝青混合料的相關(guān)性能及應(yīng)用進行了研究，檢驗與評價了現(xiàn)場熱再生瀝青混合料的實際應(yīng)用效果。

1 室內(nèi)試驗

1.1 試驗原材料

①舊瀝青：舊瀝青混合料來自某市政道路瀝青路面上面層（AC-13），采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器提取舊混合料中的瀝青，測得舊料中瀝青含量為5.7%，相關(guān)性能指標(biāo)如表1 所示。

在回收瀝青中摻入一定量的再生劑（江蘇蘇博特公司生產(chǎn)，型號：潤強①R-RA101）以改善相關(guān)性能達到規(guī)范要求。再生劑摻量及相關(guān)性能檢測見表1。由表1 可知，再生瀝青的軟化點與針入度在再生劑摻量為5%時達到了規(guī)范要求的范圍，因此，試驗工程應(yīng)用中取再生劑摻量為5%。

表1 舊瀝青與再生瀝青性能檢測

②新瀝青：試驗選用基質(zhì)瀝青選用殼牌A-70 瀝青，主要技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 殼牌A-70 瀝青性能指標(biāo)

③新集料：粗細集料選用工地附近拌合廠提供的玄武巖碎石，石灰?guī)r粉末作為礦粉，相關(guān)性能指標(biāo)見表3、表4。

表3 粗集料性能檢測

表4 細集料性能檢測

1.2 再生瀝青混合料配合比設(shè)計

1.2.1 級配設(shè)計

舊瀝青混合料的銑刨篩分后的集料級配組成與不同舊路摻量下再生瀝青混合料的目標(biāo)級配見表5。

表5 舊集料級配與再生料級配設(shè)計（AC-13）

1.2.2 確定最佳瀝青用量

參照相關(guān)規(guī)范[7-8]分別制備不同舊料摻量的馬歇爾試件進行試驗確定最佳瀝青最佳摻量，以70%舊料摻量為例，試驗結(jié)果見表6，根據(jù)各指標(biāo)與瀝青用量的曲線關(guān)系，確定70%舊料摻量下的最佳瀝青用量為4.72%。

表6 馬歇爾試驗結(jié)果（70%舊料摻量）

采用同樣的方法分別確定50%、80%舊料摻量下再生混合料的最佳瀝青用量分別為4.8%、4.83%。

1.3 試驗方案

參照相關(guān)規(guī)范[9]對不同舊料摻量再生料進行試驗檢測路用性能，試驗方案見表7。

表7 室內(nèi)試驗方案及條件

2 室內(nèi)試驗結(jié)果分析

2.1 高溫穩(wěn)定性

車轍試驗結(jié)果見圖1。由圖1 可知，50%、70%、80%舊料摻量下再生瀝青混合料的動穩(wěn)定度分別為3681 次·mm-1、4043 次·mm-1、5859 次·mm-1，高溫穩(wěn)定性能較好，動穩(wěn)定度在舊料摻量增加的情況下逐漸增加，當(dāng)舊料摻量由50%提高到70%時，動穩(wěn)定度提高了9.83%，舊料摻量由70%提高到80%，動穩(wěn)定度提高了近44.92%，增長幅度明顯增大。證實相關(guān)研究成果[10]：舊料的摻入有利于提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能。

圖1 車轍試驗試驗結(jié)果

2.2 低溫抗裂性

小梁彎曲試驗結(jié)果見圖2，試驗選用MTS 試驗機。

圖2 小梁彎曲試驗結(jié)果

由圖2 可知，50%、70%、80%舊料摻量下再生瀝青混合料的破壞應(yīng)變分別為2968uε、2515uε、1907uε，表明低溫抗裂性能在舊料摻量增加的情況下出現(xiàn)了降低，這是因為舊料摻量后增加了混合料的老化程度，抗裂性能隨之下降。其中舊料摻量由50%提高到70%時，低溫破壞應(yīng)變降低了15.26%，舊料摻量由70%提高到80%，低溫破壞應(yīng)變降低了24.17%，破壞應(yīng)變與舊料摻量成線性相關(guān)，因此工程應(yīng)用中應(yīng)對再生料中的舊料摻量引起注意，選取合適的舊料摻量。

2.3 水穩(wěn)定性

再生料的水穩(wěn)定性能試驗結(jié)果見圖3。由圖3 可知，不同舊料摻量下的殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強度比均滿足規(guī)范大于80%的要求，具有較好的水穩(wěn)定性能，且隨著舊料的摻量的增加，水穩(wěn)定性能呈增大趨勢，這是因為與新瀝青相比，舊料中的老化瀝青具有較高的粘度，使得再生瀝青粘度較大，增強了水穩(wěn)定性能，這也間接證實了相關(guān)研究成果[11]：相比于新拌瀝青混合料，摻入舊料后的再生瀝青混合料水穩(wěn)定性能要優(yōu)于前者。

圖3 凍融劈裂與浸水馬歇爾試驗結(jié)果

3 工程應(yīng)用

3.1 試驗路段概況

某市政道路建成于2012 年，路面上面層采用4cm 厚AC-13，2021 年1 月對該道路進行路面調(diào)查，發(fā)現(xiàn)瀝青路面已出現(xiàn)不同程度的老化，在路面上面層出現(xiàn)了較多的網(wǎng)裂、車轍及松散等病害，PCI（路面狀況指數(shù)）評定為C 級。路面養(yǎng)護維修措施擬采用現(xiàn)場復(fù)拌熱再生工藝：現(xiàn)場銑刨4cm 厚舊瀝青面層后加鋪4cm 厚AC-13 再生瀝青混合料。選定K11+265~K11+765 段作為試驗路段，新瀝青、新集料及再生劑均同室內(nèi)試驗，再生劑摻量取5%，舊料摻量取70%，對應(yīng)最佳瀝青用量取4.72%，級配設(shè)計參照室內(nèi)試驗進行。施工過程中嚴格參照相關(guān)規(guī)范[7-8]嚴格控制施工質(zhì)量并及時進行檢測。

3.2 施工要點

現(xiàn)場熱再生工藝根據(jù)現(xiàn)場路面病害程度的不同一般可選用重鋪再生、復(fù)拌再生及整形再生三類，本次道路養(yǎng)護維修采用復(fù)拌再生工藝，具體工藝流程為：路面清掃→舊路面加熱軟化→舊路面銑刨→再生料拌合（添加舊料、再生劑、新集料、新瀝青拌合）→再生料攤鋪→碾壓，施工過程中應(yīng)注意如下施工要點。

①舊路面加熱：加熱車速度宜控制在2~5m/min，加熱溫度宜保持在130~140℃，加熱寬度宜比舊路銑刨的寬度兩邊各多0.2m。

②舊路面銑刨：銑刨的深度按舊路面層厚度控制，銑刨溫度不小于70℃。

③再生料拌合：根據(jù)配合比，在回收舊料中摻入再生劑、新集料、新瀝青進行拌合，確保拌合均勻。

④再生料攤鋪：攤鋪溫度：120~150℃，攤鋪速度：1.5~5m/min。

⑤碾壓：采用雙鋼輪或輪胎壓路機對再生攤鋪料進行碾壓，設(shè)備若采用前者宜適量減少噴水，采用后者不宜噴水。

⑥開放交通：以路表溫度小于50℃作為開放條件。

3.3 檢測及評價

K11+265~K11+765 現(xiàn)場試驗路段養(yǎng)護維修完成后，參照相關(guān)規(guī)范[8]對試驗路段性能進行了檢測如表8 所示。由表8 可知，試驗路段K11+265~K11+765 維修后的各項性能指標(biāo)均遠優(yōu)于養(yǎng)護前且較好地滿足規(guī)范要求[8]，現(xiàn)場施工質(zhì)量良好，平均壓實度達到了96.78%，構(gòu)造深度較大，路面平整度較高。表明現(xiàn)場熱再生技術(shù)在市政道路的養(yǎng)護維修中取得了良好的應(yīng)用效果，具備推廣價值。

4 結(jié)論

①在AC-13 型舊料中摻入5%的再生劑后，回收瀝青的軟化點與針入度得到了較好的恢復(fù)，符合規(guī)范要求。

②再生瀝青混合料中的各項性能受舊料影響較大，其中高溫穩(wěn)定性能、水穩(wěn)定性能隨舊料摻入量增加呈增大趨勢，低溫抗裂性能呈降低趨勢。

③合理的舊料摻量下，再生瀝青混合料各項性能可較好滿足規(guī)范要求，并在高溫穩(wěn)定性及水穩(wěn)定性能方面優(yōu)于新拌料。

④工程應(yīng)用實例表明：在市政道路的養(yǎng)護維修中采用現(xiàn)場熱再生技術(shù)后取得了良好的應(yīng)用效果，具備推廣價值。