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摘 要

本文以兩種RAP摻量的SMA-13再生瀝青混合料為例，對廠拌熱再生SMA-13的配合比設(shè)計過程及關(guān)鍵點進行詳細說明，并通過室內(nèi)試驗對兩種摻量的再生瀝青混合料進行路用性能驗證。試驗結(jié)果表明，經(jīng)過合理的配合比設(shè)計，30%、40%RAP摻量的再生瀝青混合料路用性能均滿足規(guī)范要求，可用于高速公路養(yǎng)護工程中。

關(guān)鍵詞 廠拌熱再生 | SMA再生混合料 | 配合比設(shè)計 | 路用性能

目前，江蘇省大量的瀝青路面已進入大、中修期，每年翻挖、銑刨下來的瀝青路面材料(以下簡稱“RAP料”)達十萬噸以上，如何再生利用這些資源是對推進公路循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的重大考驗瀝青網(wǎng)sinoasphalt.com。廠拌熱再生是一種將銑刨的RAP料與新瀝青、新集料摻配并重新拌合鋪筑的技術(shù)，其施工工藝基本與新瀝青路面相同。由于廠拌熱再生技術(shù)適用性廣，經(jīng)過正確的設(shè)計及施工再生混合料性能通常能夠相當于甚至優(yōu)于傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料，因此廠拌熱再生技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景。

然而，目前廠拌熱再生技術(shù)主要應(yīng)用于干線公路的養(yǎng)護工程，而在高速公路的養(yǎng)護方面應(yīng)用較少，這與外界對于廠拌熱再生瀝青混合料低溫性能等路用性能的擔憂有關(guān)。廠拌熱再生技術(shù)在高速公路養(yǎng)護工程中進行推廣應(yīng)用，必須要解決RAP摻量提高帶來的再生瀝青混合料混合料質(zhì)量控制問題。本文從廠拌熱再生瀝青混合料的配合比設(shè)計方法出發(fā)，規(guī)范再生瀝青混合料配合比設(shè)計流程，并對再生瀝青混合料的路用性能進行驗證，以論證該技術(shù)在高速公路養(yǎng)護工程中應(yīng)用的可行性。

原材料

RAP料

配合比設(shè)計采用的RAP料為江蘇宿淮鹽高速使用年限達11年的上面層SMA-13銑刨料，通過破碎篩分分為0~5mm、5~12mm、12~22mm三檔，RAP料的性能指標如表1所示。

RAP料中的舊瀝青有明顯的老化現(xiàn)象，5℃下的延度基本為0，因此在RAP料摻入再生瀝青混合料時需對舊瀝青進行再生。在配合比設(shè)計時，需對RAP料進行級配及瀝青含量的測定，試驗結(jié)果如表2所示。

在進行RAP料的級配及瀝青含量測定時，應(yīng)至少進行3次平行試驗，RAP級配及瀝青含量的波動性不可過大。

新瀝青

新瀝青采用江蘇天諾瀝青廠生產(chǎn)的SBS改性瀝青，新瀝青技術(shù)指標如表3所示。

新集料

新集料采用玄武巖，集料粒徑分別為5~10mm、10~15mm、0~3mm，粗細集料性能指標如表4、表5所示。

再生劑

再生劑需與舊瀝青具有良好的相容性，且具備一定恢復(fù)舊瀝青的能力，本次設(shè)計選用的南京蘇博特公司生產(chǎn)的ＲA-102型再生劑，技術(shù)指標如表6所示。

填料及纖維

填料采用石灰?guī)r礦粉，纖維為木質(zhì)素纖維，其中填料技術(shù)指標如表7所示。

RAP最大允許摻量的確定

再生瀝青混合料的RAP摻量是決定再生瀝青混合料經(jīng)濟社會效益的關(guān)鍵因素之一，實際確定RAP最大允許摻量時應(yīng)考慮以下三個因素:舊瀝青的可恢復(fù)性、再生瀝青混合料的級配可調(diào)性及混合料出料溫度。

舊瀝青可恢復(fù)性

由上述中RAP的性能可知，RAP中舊瀝青的5℃延度基本為零。因此，對于舊瀝青的性能恢復(fù)的判斷可通過延度的恢復(fù)程度來確定。制備再生瀝青樣品，再生劑摻量為2%、3%、4%，舊瀝青摻量為30%、40%、50%，如圖1所示。

對不同摻量的再生瀝青進行5℃延度性能驗證，試驗結(jié)果如表8所示。

如表8所示，再生瀝青的延度可以通過再生劑摻量提高而得到改善，在3%的再生劑摻量下，30%、40%舊瀝青的摻量再生瀝青的延度均滿足要求;當再生劑摻量為4%時，50%摻量的再生瀝青性能也可滿足要求。因此，就舊瀝青的可恢復(fù)程度而言，RAP摻量可達50%以上。

再生混合料級配可調(diào)性

為滿足再生瀝青混合料的級配要求，RAP摻量應(yīng)滿足以下公式(1)要求。

為保證再生瀝青混合料級配具有一定的可調(diào)性，Pi取目標級配某檔的通過率時得出的RAP摻量為理論最大摻量。Pi以設(shè)計混合料類型級配下限在某檔的通過率為準時確定的RAP摻量為推薦RAP最大摻量。以前文RAP料為例，目標混合料類型為SMA-13，12~22mm、5~12mm、0~5mm三檔比例為3:5:2，根據(jù)級配可調(diào)性所確定的RAP摻量如表9所示。

由表9可知，在滿足再生瀝青混合料目標級配的情況下，RAP最大摻量為55.8%;在保證再生瀝青混合料級配有一定可調(diào)性的情況下，RAP的最大摻量為44.4%。

混合料出料溫度控制

再生瀝青混合料的最大摻量必須滿足在該摻量下其混合料出料溫度仍滿足要求，否則RAP摻量應(yīng)予以降低。再生混合料的出料溫度與傳統(tǒng)熱拌混合料出料溫度相當。為防止RAP進一步二次老化，各材料的推薦溫度加熱區(qū)間表如表10所示。

當在某摻量下再生瀝青混合料的各材料不在加熱溫度區(qū)間時，如RAP加熱溫度、集料加熱溫度過高時，建議降低RAP摻量。工程實踐表明，在該溫度區(qū)間內(nèi)，RAP摻量一般不超過50%。

再生混合料配合比設(shè)計

考慮前文對于RAP摻量的分析，本文擬對30%、40%RAP摻量的再生瀝青混合料進行配合比設(shè)計，混合料類型為SMA-13再生瀝青混合料。再生瀝青混合料的配合比設(shè)計流程與普通熱拌混合料基本相同[6]，但需考慮其中的RAP料帶來的影響。本節(jié)擬對再生瀝青混合料新瀝青用量計算及混合料最大理論密度的計算方法進行研究，并確定混合料的最佳油石比。

新瀝青用量確定

再生瀝青混合料的膠結(jié)料包括RAP料中的舊瀝青、新瀝青、再生劑三部分，新瀝青用量計算時需減去再生劑及舊瀝青部分，新瀝青用量的計算公式如(2)所示。

混合料最大理論密度的確定

由于再生瀝青混合料中所用瀝青均為改性瀝青，因此推薦采用計算法確定再生瀝青混合料的最大理論密度，計算公式如公式(3)所示。

由于再生瀝青混合料中舊料經(jīng)抽提回收后極易變得不親水，因此直接測量集料密度會出現(xiàn)密度偏小的現(xiàn)象。舊集料粒徑越小，密度偏小的趨勢越明顯。因此建議在對舊集料進行密度測量前進行充分洗滌處理，消除抽提回收對于測量帶來的誤差。

最佳油石比的確定

(1)混合料級配設(shè)計

再生瀝青混合料級配設(shè)計中，其目標級配可根據(jù)SMA-13工程經(jīng)驗確定。根據(jù)目標級配組成，可調(diào)節(jié)各檔新集料及RAP料的比例，使再生混合料級配與目標級配一致。為方便后續(xù)混合料性能對比，本文將統(tǒng)一舊料摻量30%與40%的再生瀝青混合料的目標級配，目標級配如表11所示。

目前級配確定后，兩種RAP摻量下的各檔材料比例如表12所示。

(2)混合料馬歇爾試驗結(jié)果

參考普通熱拌SMA-13瀝青混合料的油石比約在6%左右，而本文所選再生瀝青SMA-13瀝青混合料級配偏粗，因此選取5.6%、5.8%、6.0%三組油石比進行混合料的制備。根據(jù)前文舊瀝青性能恢復(fù)分析結(jié)果，再生劑摻量均設(shè)為3%。

SMA-13瀝青混合料的最佳油石比只需選取空隙率為4%的瀝青混合料即可，兩種RAP摻量下再生瀝青混合料的空隙率如表13所示。

如表12所示，RAP摻量為30%與40%的再生瀝青混合料的最佳油石比均為5.8%。目標設(shè)計級配相同時，盡管不同摻量的再生瀝青混合料壓實特性存在一定區(qū)別，但總體基本相當。

(3)混合料性能驗證

在最佳油石比下，對瀝青混合料的體積性能進行驗證，結(jié)果如下:

如表14所示，再生瀝青混合料的性能均滿足規(guī)范技術(shù)要求，本配合比設(shè)計方法設(shè)計效果良好。

再生瀝青混合料路用性能研究

在再生瀝青混合料配合比設(shè)計的基礎(chǔ)上，本文對兩種RAP摻量的再生瀝青混合料進行路用性能驗證，主要驗證性能包括高溫性能、低溫性能、水穩(wěn)性能等，試驗結(jié)果如表15所示。

試驗表明，再生瀝青混合料的高溫性能隨RAP摻量的增加而提高，但低溫性能與水穩(wěn)性能均隨RAP的增加而降低。但是總體而言，在30%、40%的RAP摻量下，再生瀝青混合料的各項路用性能均能滿足相關(guān)技術(shù)要求。RAP料經(jīng)廠拌再生后已具有良好的路用性能，具備重新應(yīng)用于高速公路工程中的性能條件。

結(jié)語

本文對兩種不同RAP摻量的廠拌再生SMA-13瀝青混合料進行配合比設(shè)計及性能驗證，所得到的結(jié)論主要有以下幾點:

(1)RAP摻量的確定需綜合考慮舊瀝青可恢復(fù)程度、再生混合料級配可調(diào)性、混合料出料溫度三個因素，取三種因素對應(yīng)極限摻量的最小值作為RAP最大允許摻量。

(2)再生SMA瀝青混合料的配合比設(shè)計基本流程與普通熱拌瀝青混合料相同，但在新瀝青用量與混合料最大理論密度的確定上存在差異?；旌狭献畲罄碚撁芏韧扑]采用計算法，集料在密度測定前需經(jīng)過充分洗滌處理。

(3)不同RAP摻量下的SMA再生瀝青混合料壓實特性相差不大，目標級配一定時，30%與40%RAP摻量的混合料最佳油石比一致，且空隙率相當。

(4)再生SMA瀝青混合料的低溫及水穩(wěn)定性能隨RAP摻量的提高而降低，但經(jīng)過合理的配合比設(shè)計，40%摻量下的再生SMA瀝青混合料路用性能可滿足規(guī)范要求。