李斌1,王景亮,武奎,王景元
(1.甘肅省蘭州公路局,蘭州 730000;2.西安好友公路養(yǎng)護(hù)工程有限公司,西安 710000)
如今我國(guó)公路網(wǎng)建設(shè)已基本成型,公路建設(shè)已進(jìn)入大中修養(yǎng)護(hù)階段,對(duì)于養(yǎng)護(hù)有相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)手段,路面損壞輕微的,有薄層罩面、微表處、同步碎石封層等技術(shù);有些嚴(yán)重的路面需要銑刨重建。目前高等級(jí)瀝青混凝土路面壽命一般為7 a 左右[1-3]。在路面重建過(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生大量廢舊銑刨料,將銑刨料的回收再利用,能夠節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、減少污染。
乳化瀝青冷再生技術(shù)是指利用原瀝青路面材料(包括面層材料和部分基層材料)進(jìn)行銑刨后,加入部分新骨料或新集料,按比例加入一定劑量的添加劑(水泥、礦粉、石屑、乳化瀝青等)和一定量的水,通過(guò)拌和機(jī)重新拌和,最后碾壓成型,使之重新形成路面結(jié)構(gòu)層的一種工藝方法。
廠拌冷再生技術(shù)可作為路面的基層和下面層,能將瀝青路面的上面層和下面層一起回收利用,在水泥穩(wěn)定層和瀝青面層之間加上一層柔性層,能夠減少路面反射裂縫,減少干縮干裂,提高路面使用壽命。
本文通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行了銑刨料的配合比設(shè)計(jì),以及用幾種乳化劑生產(chǎn)的乳化瀝青進(jìn)行配合比試驗(yàn)的一些性能研究。
(1)銑刨料(RAP):選取G30 高速白銀工區(qū)提供的RAP 料,0 ~5 mm 銑刨料、5 ~10 mm 銑刨料、10 ~26.5 mm 銑刨料。
(2)新集料:選用石灰?guī)r20 ~30 mm,質(zhì)量符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40—2017)的規(guī)定。
(3)拌和用水:水潔凈,不含有害物質(zhì),滿足工程用水需求。
(4)填充材料:礦粉(選用白銀市鴻泰康商貿(mào)有限公司的礦粉),水泥(選用京蘭42.5 普通硅酸鹽水泥),質(zhì)量均符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40—2017)的規(guī)定。
各種礦料外觀圖如圖1所示。
根據(jù)乳化瀝青冷再生路面混合料性能,選三種乳化劑,乳化劑分別命名為A、B、C;選兩種基質(zhì)瀝青SK90 號(hào)和克拉瑪依90 號(hào)。乳化瀝青指標(biāo)參照《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》和《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》,檢測(cè)結(jié)果如表1。
從表1中看出,生產(chǎn)的6 種乳化瀝青具有以下特征:
1)SK90 號(hào)基質(zhì)瀝青+乳化劑A、乳化劑C生產(chǎn)的乳化瀝青,1 d 和5 d 的儲(chǔ)存穩(wěn)定性均不合格,其它四種乳化瀝青均合格。
2)用克拉瑪依90 號(hào)基質(zhì)瀝青比SK90 號(hào)生產(chǎn)的乳化瀝青常溫儲(chǔ)存穩(wěn)定性好。
3)除了儲(chǔ)存穩(wěn)定性外,乳化瀝青的其它指標(biāo)均符合要求。
圖1 礦料外觀照片
廠拌乳化瀝青冷再生混合料級(jí)配采用《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 5521—2019)表5.4.2 中的中粒式級(jí)配要求,見表2。
本次配合比設(shè)計(jì)所用原材料的篩分試驗(yàn)結(jié)果匯總于表3,其中銑刨料的篩分試驗(yàn)參照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E42—2005)T 0327 干篩法。
本文銑刨料摻入比例按90%,新集料、礦粉、水泥摻入比例10%來(lái)做配合比設(shè)計(jì);根據(jù)林宏偉、葉亞青等人編寫的《水泥摻量對(duì)乳化瀝青冷再生混合料性能影響》文章中所得,水泥摻量均為1.5%[4]。礦粉添加量均為1.5%,根據(jù)各檔料的級(jí)配與合成級(jí)配要求,選了如表4幾種級(jí)配。
根據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 5521—2019)和《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011),制作馬歇爾試件,制作順序如下:
1)向拌和機(jī)內(nèi)加入混合集料,先拌和30 s,再加入外加水,拌和30 s,再加加入乳化瀝青,拌和60 s,最后加入礦粉、水泥,拌和60 s。
2)將拌和均勻的混合料裝入試模,用細(xì)鐵棍,外側(cè)搗15 次,中間搗10 次,然后放到馬歇爾擊實(shí)儀上,雙面擊實(shí)50 次。
3)試模側(cè)放入60 ℃烘箱中,養(yǎng)生時(shí)間不少于40 h。
4)將試模從烘箱中取出,立即雙面擊實(shí)25次。
5)將試模側(cè)放在地面上,在室溫下冷卻不少于12 h 脫膜。
銑刨料在這六種比例下,選用油石比(純基質(zhì)瀝青)2.5%,外加水2.0%制做的馬歇爾試件。
根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》T 0705—2011 檢測(cè)的空隙率如表5。
由表5數(shù)據(jù),選用了比例四做銑刨料的配合比設(shè)計(jì),在此種配合比情況下,混合集料的篩分結(jié)果如圖2。
RAP 集料在比例四的配合比情況下,用離心分離法對(duì)銑刨料中瀝青含量試驗(yàn),檢測(cè)數(shù)據(jù)如表6。
表1 冷再生乳化瀝青檢測(cè)項(xiàng)目及技術(shù)要求
表2 乳化瀝青冷再生中粒式混合料級(jí)配要求
表3 集料分檔篩分的通過(guò)率
表4 銑刨料比例設(shè)計(jì)
表5 各種比例下的空隙率
根據(jù)選取的級(jí)配,在不同油石比下,做不同加水量的拌和,觀察混合料的拌和均勻性、集料瀝青裹覆狀態(tài)及混合料的狀態(tài),如果拌和完成后混合料的和易性良好,無(wú)花白料,料漿不聚集,粗細(xì)料不分離,且拌和完成后放于室外至少3 h后混合料不結(jié)團(tuán),則混合料達(dá)到理想拌和狀態(tài)。根據(jù)拌和試驗(yàn),最后確定的混合料不同油石比對(duì)應(yīng)的最佳外加水量,如表7所示。
本試驗(yàn)選擇1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%七種油石比,采用馬歇爾擊實(shí)成型試件進(jìn)行試驗(yàn),依據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 5521—2019)設(shè)計(jì)要求,依據(jù)空隙率、劈裂試驗(yàn)、干濕劈裂強(qiáng)度比,求得最佳油石比,見表8、圖3、4。
表6 銑刨料的檢測(cè)數(shù)據(jù)
表7 油石比對(duì)應(yīng)的外加水量
表8 油石比的檢測(cè)數(shù)據(jù)
在此種配合比情況下,由表8、圖3、圖4得出結(jié)論:
1)隨著油石比的增大,空隙率減小,劈裂強(qiáng)度先增大再減小。干濕劈裂強(qiáng)度比增大。油石比≤2.0%時(shí),干濕劈裂強(qiáng)度都不合格,當(dāng)油石比≥3.5%時(shí),空隙率均不合格;所以油石比可用范圍在2.0%~3.5%之間;
圖3 劈裂強(qiáng)度
圖4 干濕劈裂強(qiáng)度比
2)根據(jù)劈裂強(qiáng)度試驗(yàn),得出最佳油石比為2.5%。圖5、6 為不同油石比下,拌和好的冷再生混合料,以及制作好的馬歇爾試模。
從上面結(jié)論可知,選最佳油石比2.5%,外加水2.0%,對(duì)這幾種乳化瀝青制作馬歇爾試模,檢測(cè)劈裂強(qiáng)度、干濕劈裂強(qiáng)度比、凍融劈裂強(qiáng)度比、車轍動(dòng)穩(wěn)定度,試驗(yàn)結(jié)果如表9所示。
圖5 不同油石比的拌和混合料
圖6 不同油石比的馬歇爾試件
表9 幾種再生乳化劑的試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果
由表9可知:
1)用基質(zhì)瀝青SK90 號(hào)比克拉瑪依90 號(hào)生產(chǎn)的乳化瀝青性能指標(biāo)好;
2)乳化劑C 生產(chǎn)的乳化瀝青的車轍動(dòng)穩(wěn)定度較差,乳化劑A、B 車轍動(dòng)穩(wěn)定度略好,最好的為基質(zhì)瀝青SK90 號(hào) +乳化劑B。
G109 蘭州段翻新改建工程使用1 a 后,道路通行能力良好, 無(wú)任何變形與表面剝落等病害,路面平整行車舒適,使用冷再生技術(shù)鋪筑的上基層路段與其他路段無(wú)差異,這表明經(jīng)過(guò)乳化瀝青廠拌冷再生應(yīng)用在上基層的技術(shù)能夠有效處治路面龜裂、沉陷、車轍、坑槽、基層松散等病害。
乳化瀝青冷再生技術(shù)是一項(xiàng)先進(jìn)的養(yǎng)護(hù)技術(shù),我國(guó)已逐漸在推廣應(yīng)用,但是技術(shù)成熟度仍需要繼續(xù)探索。本文通過(guò)對(duì)G109 翻新工程的乳化瀝青冷再生配合比設(shè)計(jì)研究總結(jié)了以下幾點(diǎn)。
a)白銀工區(qū)銑刨料、新集料、礦粉、水泥的最佳比例為,10 ~26.5 mm 銑刨料:5 ~10 mm 銑刨料:0 ~5 mm 銑刨料:新集料20 ~30 mm:礦粉:水泥=25:40:25:7:1.5:1.5。
b)最佳的乳化瀝青為,選用基質(zhì)瀝青SK90號(hào)和乳化劑B 來(lái)生產(chǎn)乳化瀝青。
c)最佳油石比為2.5%;油石比的可選擇范圍為2.0%~3.5%之間。