崔 亮 李 艳
(1.宝鸡市公路建设局,陕西 宝鸡 721000; 2.西安公路研究院,陕西 西安 710061)
沥青路面就地热再生技术对旧料利用技术研究
崔 亮1李 艳2
(1.宝鸡市公路建设局,陕西 宝鸡 721000; 2.西安公路研究院,陕西 西安 710061)
依托就地热再生在广东机荷高速的应用实例,对旧料利用的关键技术进行了研究,主要包括旧料的性能评价、再生混合料的配合比设计以及旧料利用率对再生料路用性能的影响,研究结果表明,随新料添加比例的增加,再生混合料的动稳定度减小,高温稳定性减弱,而水稳定性和低温抗裂性显著提高。
沥青路面,就地热再生,旧料利用,路用性能
由于交通荷载和自然因素的长期作用,沥青路面材料特别是沥青胶结料会发生不可逆的质量劣化。当使用性能低于规范的规定值时,需要对路面进行维修或改建[1]。沥青路面再生利用可节约大量原材料(沥青、砂石等),同时减少工程投资,利于废料处理和保护环境,具有显著的社会经济效益以及环境效益[2,3]。沥青混凝土路面就地热再生技术作为就地热再生技术的一种,是指采用专用的热再生设备,对沥青路面进行加热、铣刨,就地在回收的旧沥青混合料中添加再生剂、新的沥青结合料和新的矿料对其进行重新加工,形成再生沥青混合料[4,5]。
本文首先对旧路面性能进行评价与分析,探讨再生沥青混合料组成设计方法并进行路用性能验证;随后针对不同旧料利用率下的再生混合料的路用性能变化情况,分析了旧料利用率对再生混合料的路用性能影响;提出了实体工程中旧料掺配率的参考因素。
课题组对广东机荷高速旧料进行抽提回收,进行抽提试验回收老化沥青,进行三大指标分析。旧沥青性质的检测结果如表1所示。
从表1可知,原路面中沥青已发生一定程度老化,针入度、延度和软化点均大幅降低,远低于原路面采用的70号沥青的规范要求。说明老化沥青的胶体结构已发生改变,由原来的溶—凝胶型沥青转化为了温度敏感性较大的凝胶型沥青。
表1 旧沥青性质检测结果
将旧料经过抽提回收后,分离出旧集料,旧集料力学性能测定结果如表2所示。
表2 集料的主要力学性能指标 %
由表2可以看出,与新料相比,旧料的压碎值增大,磨耗性变差,旧料强度显著减小。从压碎值、洛杉矶磨耗损失来看,旧料主要力学性能仍然能满足高速公路和一级公路对粗集料的技术要求,可以直接使用。
对旧沥青路面回收的混合料进行抽提确定沥青含量,同时将燃烧后得到的集料进行筛分,确定旧料级配。得到该沥青混合料的沥青含量为4.65%(油石比4.88%)。级配分析结果如图1所示。从图1可以看出,级配曲线在2.36 mm~9.5 mm的筛孔范围内偏向甚至超过了级配下限,可见旧集料整体偏粗,这可能是由于路面在使用过程中造成了细集料流失。虽然整体级配曲线基本处于级配范围之内,但是其级配结构并不理想,需要对其进行调整。
综上分析,已知旧沥青路面沥青老化程度、集料力学性能及级配情况后,可进一步确定再生剂以及新热拌沥青混合料添加量来进行热再生混合料配合比的设计。
2.1 再生剂掺量的确定
在回收的老化沥青中添加不同剂量(以与旧沥青百分比计)的江苏RA-100再生剂,通过沥青胶结料三大指标试验确定各种计量下沥青性能恢复程度,试验结果见表3。
表3 添加不同剂量再生剂后的沥青性能
从表3的试验结果看,再生剂添加量从少到多,再生沥青的性能呈逐渐软化的趋势。针入度由小逐渐增大,软化点由高逐渐变低,延度也由小逐渐变大。由于再生剂的掺加,旧路面沥青的路用性能得到改善。
再生剂添加量以使旧沥青性能恢复至原路面所使用沥青标号(A-70)的下一等级(即A-50)为目标。当再生剂添加量为9%(以与旧沥青百分比计)时,其沥青性能满足A-50号沥青的三大指标及要求,因而初步确定该路面的再生剂添加量为9%。
2.2 新拌沥青混合料的确定
1)新添加混合料级配的确定。
原AK-16路面部分细集料流失且局部抽样板块存在较大空隙,设计采用AC-10型沥青混合料对原级配予以微调修正。经试配,AC-10型沥青混合料生产配合比为:4.75 mm~9.5 mm∶2.36 mm~4.75 mm∶0 mm~2.36 mm∶矿粉=47∶8∶40∶5。其级配曲线见图2。
2)新料添加比例的确定。
考虑在满足规范中关于热再生新掺加料比例在30%内的条件下[5],尽可能的提高旧料的利用率,选取30%,20%,10%的新AC-10(按旧沥青混合料的质量百分比计)作为掺加的新料。不同掺加比例下得到的再生混合料级配曲线如图3所示。
由图3可知,根据目标配合比设计结果,随新料添加比例的增加,再生混合料的级配曲线整体趋近规范规定AC-16的级配中值。由此确定新沥青混合料的添加比例为旧沥青混合料的30%,即合成的再生沥青混合料中新旧沥青混合料的含量分别为23%和77%。按该比例得到的再生沥青混合料的合成级配见表4。
表4 沥青混合料的矿料级配组成及要求
级配类型通过下列筛孔(方孔筛,mm)的质量百分率/%191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075AC-16级配上限10010092806248362618148级配下限1009076603420139754级配中值100958470483424.517.512.59.56合成混合料1009786.161.835.323.618.714.310.37.54.5
3)新沥青添加量的确定。
在旧混合料中添加9%的再生剂(以旧沥青质量的百分比计)后与新AC-10的矿料按比例混合,按AC-16沥青混合料技术要求设计,马歇尔试验技术指标要求见表5。
表5 马歇尔试验技术指标(1-4地区重交路段)
新添加的基质沥青为A-70,其技术指标见表6。新沥青用量以合成后的混合料矿料总质量为基准,按油石比0,0.2%,0.4%,0.6%的量分别进行添加,依据马歇尔配合比设计方法进行试验,试验结果见表7。
表6 新添加沥青(A-70)的技术指标
表7 热再生混合料马歇尔试验结果
根据表7中的试验结果,依据AC-16马歇尔配合比设计要求和JTG F40—2004公路沥青路面施工规范中热拌沥青混合料的配合比设计方法,初步确定最佳新沥青添加量为(油石比)0.2%。
因此,再生混合料配合比为:旧路面材料+9%再生剂(按旧沥青质量的百分比计)+30%的新AC-10(按旧沥青混合料的质量百分比计,油石比4.88%)+0.2%的新沥青(按总矿料质量的百分比计)。
4)再生沥青混合料性能评价。
按照上述再生混合料的配合比成型试件,分别做沥青混合料的车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验,以此检验在最佳沥青含量下的再生沥青混合料的高、低温稳定性和水稳定性,试验结果如表8所示。
表8 沥青混合料路用性能检验结果
由表8可以看出,所设计的再生沥青混合料配合比能满足普通AC-16沥青混凝土马歇尔配合比设计技术要求和配合比设计检验要求。再生混合料的配合比设计合理可行。
旧料掺配率不仅影响经济性,而且影响再生路面的使用性能。本课题在确定再生剂比例为9%(以旧沥青质量的百分比计)且为最佳沥青用量时,在不同旧料利用率下(新添加混合料分别占旧料的10%,30%,50%),分别做沥青混合料的车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验,低温弯曲试验,进一步研究不同旧料利用率对再生混合料路用性能的影响。试验结果见表9~表12。
表9 车辙试验结果
表10 浸水马歇尔试验结果 %
表11 冻融劈裂试验结果 %
表12 低温弯曲试验结果
车辙试验结果表明:
1)新料占旧料比例为10%~50%时,再生沥青混合料动稳定度满足规范要求。与普通沥青混合料相比,再生混合料的高温稳定性较好。
2)在10%~50%比例范围内,随新料添加比例的增加,再生混合料的动稳定度减小,这是因为旧料中的沥青由于老化作用粘度和劲度增大,新料掺加的越多,整体混合料中的沥青粘度减小。也就是说,随着旧料掺配率的增大,再生混合料的高温稳定性随之提高。
综合水稳定性试验结果可知:
1)新料占旧料比例为10%~50%时,再生混合料的残留稳定度与冻融劈裂强度比随新料添加比例的增大而增大,且该比例范围内复拌型再生混合料残留稳定度满足规范要求。
2)新料掺加量越大,细集料增多,再生混合料的级配得到优化,水稳性能越好,同时意味着旧料的掺入在一定程度上削弱了再生料的水稳性。
通过低温弯曲试验结果可见:
1)新料占旧料比例为10%~50%时,再生混合料的最大弯拉应变εB随新料比例的增大而增大。复拌型再生混合料最大弯拉应变εB满足规范低温抗裂性要求。
2)采用较大的旧料掺配率的再生路面低温性能较差,这也说明了沥青路面老化的最大危害在于低温抗裂性能的大幅衰减。
主要结论如下:
1)沥青路面中旧沥青老化严重,集料性能有所降低,级配不满足现行规范中AC-16的级配要求。
2)确定了就地热再生配合比为:旧沥青路面材料+9%再生剂(以旧沥青质量的百分比计)+30%新沥青混合料AC-10(按旧沥青混合料的质量百分比计,油石比4.88%)+0.2%新沥青(按总矿料质量的百分比计),并经路用性能检验,所设计的热再生沥青混合料满足普通AC-16沥青混凝土要求。
3)不同旧料利用率下(新添加混合料分别占旧料的10%,30%,50%),再生沥青混合料的路用性能试验结果表明:随新料添加比例的增加,再生混合料的动稳定度减小,高温稳定性减弱,而水稳定性和低温抗裂性显著提高。
[1] 张敏英,龙水根.沥青热再生材料与设备试验研究及关键技术要求[J].养护机械与施工技术,2005(2):32-35.
[2] 黄建跃,刘先淼.谈发展沥青再生技术的几个关键问题[J].公路,2003,8(8):103-107.
[3] 董泽蛟.再生沥青混合料路用性能研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2004:18-21.
[4] J 12274—2013,城镇道路沥青路面就地热再生施工及验收规程[S].
[5] JTG F41—2008,公路沥青路面再生技术规范[S].
The technology research on asphalt pavement in place hot recycling technology to old material use
Cui Liang1Li Yan2
(1.BaojiRoadConstructionBureau,Baoji721000,China; 2.Xi’anHighwayResearchInstitute,Xi’an710061,China)
This paper analyzes the key technologies about the utilization of old asphalt mixture, according to the application of hot-in place recycling technology in Guangdong Ji-He Expressway. The main contents include the evaluation of old asphalt mixture, mixture design and the rate of utilization about old asphalt mixture’s affection to the road performance of hot-in place recycling asphalt mixture. The results show that, with the increase of new added asphalt mixture’s proportion, the dynamic stability of hot-in place recycling asphalt mixture decreases, its high temperature stability reduced, but the water stability and low temperature cracking resistance significantly increased.
asphalt pavement, hot-in place recycling technology, utilization of old asphalt mixture, road performance
2015-02-11
崔 亮(1972- ),男,工程师; 李 艳(1990- ),女,助理工程师
1009-6825(2015)12-0141-03
U416.217
A