黃孫科

瀝青路面改擴建面臨著瀝青面層混凝土的破碎、拆除，將其進行再生利用可實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。文章以柳南高速公路改擴建工程中產(chǎn)生的銑刨料為研究對象，采用泡沫瀝青進行綜合再生利用，銑刨料摻量分別為0%、10%、20%、30%、40%、50%，研究了泡沫再生瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、低溫抗裂性等路用性能，并對各指標進行歸一化賦值處理，推薦再生摻量應(yīng)控制在20%～30%之間，為其他高等級道路改擴建中路面材料的再利用提供經(jīng)驗參考。

泡沫再生;路用性能;舊料摻量;工程應(yīng)用

U416.03-A-13-039-4

0?引言

高速公路在長期的服役過程中面臨著不同程度的大中修養(yǎng)護和改擴建工程，在此過程中會產(chǎn)生大量的廢舊瀝青混凝土材料，而將道路改擴建工程產(chǎn)生的廢舊瀝青混凝土進行回收再利用于路面重新鋪筑，不僅可以節(jié)約大量的礦料資源和建設(shè)成本，還可以實現(xiàn)變廢為寶、可持續(xù)發(fā)展理念[1-3]。國內(nèi)外很多學(xué)者對再生瀝青路面技術(shù)做了大量研究，認為廢舊瀝青混凝土（銑刨料）應(yīng)用于新建道路中最大摻量一般控制在30%～40%[4-5]。對于瀝青路面再生技術(shù)而言，一般可以分為熱再生、冷再生、溫拌再生三種典型形式，其中熱再生的應(yīng)用技術(shù)最為成熟，冷再生和溫拌再生有待進一步研究和應(yīng)用[6]。溫拌再生瀝青混合料一般是通過一定溫拌外摻劑或機械設(shè)備來實現(xiàn)溫拌技術(shù)的應(yīng)用。相關(guān)的試驗室研究已初步實現(xiàn)廢舊瀝青混合料的可再生應(yīng)用，但是有待進一步的實體道路鋪筑驗證[7]。本研究采用泡沫瀝青溫拌再生技術(shù)對廢舊瀝青混合料進行綜合再生利用，有利于為其他道路改擴建工程瀝青路面材料綜合利用提供技術(shù)經(jīng)驗。

1?原材料

1.1?原材料

根據(jù)道路設(shè)計等級及服役環(huán)境不同，高速公路的路面結(jié)構(gòu)的選擇可以多樣。根據(jù)道路設(shè)計說明要求，廣西柳州（鹿寨）至南寧高速公路改擴建工程K1441+400～K1469+300標段，全長27.9 km采用復(fù)合式道路路面結(jié)構(gòu)。分別使用4 cmSMA-13型瀝青瑪蹄脂碎石混合料表面層、6 cmAC-20型瀝青混凝土中面層、8 cmAC-25型瀝青混凝土下面層、28 cm水泥混凝土基層。在本次道路改擴建工程中，將上面層和中面層的瀝青混凝土進行銑刨重鋪，回收銑刨料的技術(shù)參數(shù)如下頁表1所示。

對回收的銑刨料進行抽提，提取老化瀝青并進行瀝青性能測試（如表2所示），瀝青老化類型屬于中度老化。

1.2?泡沫瀝青

泡沫瀝青是通過溫拌發(fā)泡設(shè)備將普通瀝青進行泡沫化生產(chǎn)的過程，其本質(zhì)是熱瀝青在冷水沖擊作用下產(chǎn)生體積膨脹。研究采用美國堪薩斯州TARMAC牌間歇式瀝青發(fā)泡設(shè)備生產(chǎn)泡沫瀝青。泡沫瀝青的生產(chǎn)質(zhì)量與發(fā)泡溫度和用水量直接相關(guān)，研究采用150 ℃發(fā)泡溫度，1.5%的用水量，生產(chǎn)的泡沫瀝青性能如表3所示，泡沫瀝青制備如圖1所示。

1.3?配合比設(shè)計

對于道路改擴建工程中回收的廢舊瀝青混凝土，根據(jù)原設(shè)計說明將回收材料以AC-20級配再生應(yīng)用于中面層中。中面層材料介于上面層和下面層之間，混合料的骨架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，也有利于再生瀝青混合料的長期使用。為對比不同銑刨料摻量下再生瀝青混合料的性能差異，研究分別采取了0%、10%、20%、30%、40%、50%不同摻量進行配合比設(shè)計，對應(yīng)的目標級配如圖2所示，不同舊料摻量所需的油石比如表4所示。

2?泡沫再生瀝青混合料路用性能研究

2.1?高溫穩(wěn)定性

高溫穩(wěn)定性是表征瀝青混合料在抵抗高溫環(huán)境下所產(chǎn)生變形的能力。對于瀝青路面而言，夏季高溫和重載交通易使瀝青路面產(chǎn)生不同程度的車轍病害問題，會加劇瀝青路面龜裂、坑槽等病害的產(chǎn)生。國內(nèi)常通過高溫車轍試驗來測試混合料的高溫穩(wěn)定性，其基本原理是將固定尺寸的車轍板試件置于車轍加載箱內(nèi)，在設(shè)定溫度下通過往復(fù)車輪進行加載直至產(chǎn)生目標車轍深度或達到指定時間。研究所采用的不同舊料摻量下泡沫再生瀝青混合料的動穩(wěn)定度值如圖3所示。

如圖3所示，隨著銑刨料摻量的增加，泡沫再生瀝青混合料的動穩(wěn)定度數(shù)值越高表明混合料的高溫穩(wěn)定性越高，抵抗高溫環(huán)境下車轍變形能力越強。當(dāng)舊料摻量為10%時，動穩(wěn)定度數(shù)值提升比率為33.69%，隨著舊料摻量的增加，泡沫再生瀝青混合料的動穩(wěn)定度也不斷增長，但增長速率逐漸降低。當(dāng)舊料摻量為50%時，泡沫再生瀝青混合料的動穩(wěn)定度值增長已不明顯。銑刨料表面裹附著一層老化瀝青，使得“黑色集料”變得更加堅固，在混合料拌和過程中，“黑色集料”再次被泡沫瀝青裹附。因此，銑刨料的摻入能提升材料的高溫性能，但是摻量過高也會對混合料在其他性能方面產(chǎn)生不利影響，在實際的瀝青路面生產(chǎn)過程中要慎重對待。

2.2?水穩(wěn)定性

水穩(wěn)定性是評價瀝青混合料抵抗水損傷的能力。雨水沖刷會浸入瀝青路面表層，若路面產(chǎn)生裂縫、坑槽等問題，雨水會沿孔隙滲入混凝土內(nèi)部，伴隨著交通荷載的往復(fù)作用，雨水會進一步損傷內(nèi)部混凝土，產(chǎn)生集料脫空、砂漿溢出等現(xiàn)象。此外，在冬季寒冷環(huán)境下，雨水的浸入會導(dǎo)致內(nèi)部混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的凍融損傷。研究通常采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗來表征混合料的水穩(wěn)定性能，相關(guān)試驗結(jié)果如圖4～5所示。

由圖4～5可知，隨著舊料摻量的增加，混合料的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強度比均不斷減小，當(dāng)舊料摻量達到50%時，殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強度比的下降率分別為9.76%和12.51%。此時，泡沫溫拌再生瀝青混合料的凍融劈裂強度比已不滿足規(guī)范要求。泡沫瀝青在混合料拌和過程中，將產(chǎn)生的泡沫瀝青噴灑在集料表面，加大了集料與瀝青的裹附程度。但是，由于銑刨料的存在，“黑色集料”內(nèi)部易受到雨水的侵蝕，銑刨料呈現(xiàn)硬和脆的特點，在外部荷載作用下易產(chǎn)生開裂。因此，舊料摻量不能過高，否則會影響泡沫溫拌再生瀝青混合料的綜合質(zhì)量。

2.3?低溫抗裂性

在冬季寒冷天氣，路面溫度常<0 ℃，而瀝青混合料在低溫環(huán)境下會變得更脆，易產(chǎn)生開裂病害?；旌狭显诤奢d作用下內(nèi)部應(yīng)力集中，在薄弱區(qū)會產(chǎn)生斷裂，裂縫沿路面結(jié)構(gòu)層會向路面頂部開展，直至路面開始出現(xiàn)各種裂縫及坑槽。研究采用萬能試驗機，將長250 mm×寬30 mm×高35 mm的小梁試件在-10 ℃環(huán)境下進行加載，加載速度為50 mm/min，直至小梁斷裂。試驗結(jié)果如表5所示。

如圖6、圖7所示，隨著舊料摻量的增加，溫拌再生瀝青混合料的抗彎拉強度和破壞應(yīng)變均逐漸降低。當(dāng)舊料摻量在30%時，抗彎拉強度和破壞應(yīng)變分別下降14.33%和25.06%;當(dāng)舊料摻量為50%時，抗彎拉強度和破壞應(yīng)變分別下降20.92%和29.26%。瀝青混合料在低溫環(huán)境下會變得更加脆硬，一旦材料內(nèi)部呈現(xiàn)不均勻分布狀態(tài)，易在混合料離析界面處產(chǎn)生開裂問題。盡管泡沫瀝青已經(jīng)較好地噴灑和裹附集料，但銑刨料呈現(xiàn)的不均質(zhì)、不連續(xù)會使得材料的抗彎拉強度降低，從而導(dǎo)致低溫抗開裂性能降低。

2.4?溫拌再生瀝青混合料摻量比選

為量化分析不同舊料摻量下泡沫再生瀝青混合料的綜合性能，研究根據(jù)泡沫再生瀝青混合料的動穩(wěn)定度、殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強度比、抗彎拉強度等指標進行歸一化賦值處理，并將賦值后各指標隨舊料摻量的變化繪制曲線（如圖8所示）。

對賦值后各指標隨舊料摻量變化分析可知，舊料摻量的增加會提升混合料的高溫穩(wěn)定性，但是，會對材料的水穩(wěn)定性和低溫抗裂性產(chǎn)生不利影響。綜合各指標分析，建議在實際泡沫再生瀝青路面施工中采用20%～30%的舊料摻量比例。

3?結(jié)語

泡沫再生瀝青混合料作為一項新型的路面再生技術(shù)，不僅可以綜合再生利用廢舊瀝青混合料，還可以降低混合料拌和溫度、減少碳排放，研究對不同摻量的舊料進行再生利用路用性能試驗，推薦舊料摻量為20%～30%。本文研究可為其他泡沫再生路面工程提供參考經(jīng)驗。

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