劉 春,周 浩,高文喜,秦良輝
(1.山東泰和公路工程有限公司,山東 淄博 256410;2.山東建筑大學(xué),山東 濟(jì)南 250109)
我國(guó)的等級(jí)道路中,瀝青路面占據(jù)了絕大部分比例。瀝青路面在使用過(guò)程中,由于行程作用和環(huán)境因素的影響,瀝青混合料的性能逐步降低,路面隨之不斷產(chǎn)生損壞。隨著服役期的延續(xù),大量的路面進(jìn)入維修期。由于在前期道路修建過(guò)程中優(yōu)質(zhì)石料等消耗量巨大,加之環(huán)保意識(shí)越來(lái)越強(qiáng),導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)石料越來(lái)越難以獲得,影響道路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
瀝青路面熱再生技術(shù),可以處理車(chē)轍等多種瀝青路面病害,且對(duì)交通的阻斷封閉期短,對(duì)正常交通打擾較少,且可以把路面的舊料回收利用,最大程度減少原材料消耗,并解決回收瀝青路面銑刨料占用大量土地面積、影響城市環(huán)境的問(wèn)題,可以一舉多得實(shí)現(xiàn)道路修建與維修的可持續(xù)發(fā)展。熱再生瀝青混合料由新集料、新瀝青、銑刨料、填料等構(gòu)成,而銑刨料摻量對(duì)于熱再生混合料的性能有直接影響,需要進(jìn)一步研究。
原材料基本性能確定是瀝青路面再生設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。首先對(duì)試驗(yàn)所用的瀝青、瀝青銑刨料、集料等進(jìn)行系統(tǒng)分析,確定其技術(shù)性能。
瀝青對(duì)熱再生混合料性能有重要影響,路面設(shè)計(jì)需要根據(jù)道路交通的性質(zhì)和本地區(qū)的氣候特點(diǎn),選擇合理的瀝青。選用山東地區(qū)常用的齊魯70#基質(zhì)瀝青,并檢測(cè)各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo),都能滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)定,具體的技術(shù)性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果如表1所示。
表1 瀝青性能指標(biāo)
堿性礦料(如石玄武巖等)與瀝青的粘附性較好,但石灰?guī)r等部分堿性礦料的耐磨性相對(duì)較差,經(jīng)過(guò)壓實(shí)和較長(zhǎng)服務(wù)期后難以保持集料擠嵌作用。而偏酸性集料(如花崗巖、石英巖等),質(zhì)地堅(jiān)硬,但與瀝青的黏附性不足,需要摻入一定量的抗剝落劑或消石灰。選用玄武巖做為集料,并設(shè)計(jì)合成級(jí)配如表2所示。
表2 集料合成級(jí)配
銑刨料的摻量以及銑刨料性能的變異性都會(huì)影響再生混合料的性能?;厥浙娕倭喜荒苤苯佑糜谠偕に?,需要對(duì)其進(jìn)行篩分,分檔儲(chǔ)存,再將不同規(guī)格的再生料按照合適的比例組合成再生原材料,從而有效控制再生料級(jí)配,提高其路用性能。
本項(xiàng)目所用的銑刨料分為粗、中、細(xì)三檔存放,經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)其合成級(jí)配,如表3所示。
表3 RAP材料級(jí)配
所用礦粉采用石灰?guī)r經(jīng)過(guò)研磨制備,檢驗(yàn)其各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合道路施工相關(guān)規(guī)定,可用于熱再生瀝青混合料生產(chǎn)。
需根據(jù)道路等級(jí)、氣候條件、確定工程設(shè)計(jì)級(jí)配范圍。目前我國(guó)道路熱再生實(shí)踐中,一般參考公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范進(jìn)行選擇;當(dāng)然條件成熟時(shí),也可以在本單位施工經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上,參考國(guó)內(nèi)外成功經(jīng)驗(yàn),合理設(shè)計(jì)和選取熱再生瀝青混合料級(jí)配,但應(yīng)進(jìn)行細(xì)致的實(shí)驗(yàn)保證瀝青熱再生混合料性能滿(mǎn)足道路要求,并考慮以下幾方面的因素。
(1)再生料級(jí)配設(shè)計(jì),需要考慮再生銑刨料的變異性;
(2)確定銑刨料摻配比例時(shí)需要考慮實(shí)際的再生設(shè)備配置情況,一般添加比例不宜超過(guò)30%;
(3)銑刨料摻配比例一般不超過(guò)30%,在有再生劑添加的情況下銑刨料摻量一般不超過(guò)50%。
本項(xiàng)目初擬RAP摻量為10%~40%,進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn),測(cè)試其最佳瀝青用量以及穩(wěn)定度等指標(biāo)(試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4),并確定其合理配合比。
表4 不同RAP摻量下馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果
10%RAP料摻配率下熱再生瀝青混合料最大密度對(duì)應(yīng)的瀝青劑量a1=4.52%,a2=4.1%,a3=4.14%,a4=4.32%。OACmin=4.06%(空隙率范圍對(duì)應(yīng)最小值),OACmax=4.6%(VFA范圍對(duì)應(yīng)最大值)。
OAC1=(a1+a2+a3+a4)/4=4.27%
OAC2=(OACmin+OACmax)/2=4.33%
OAC=(OAC1+OAC2)/2=4.3%
試驗(yàn)結(jié)果表明,隨著RAP摻量的增加,瀝青用量有所降低,可能是銑刨料中瀝青的影響。銑刨料包含有一定量的舊瀝青,這部分瀝青經(jīng)過(guò)輕質(zhì)成分的損失和環(huán)境的氧化作用等,瀝青的含量和柔性都已經(jīng)有所下降,但仍然可以作為瀝青粘結(jié)料使用,可以包裹和粘附集料,所以隨著銑刨料比例的提高,所帶來(lái)的舊瀝青粘結(jié)料自然增加,從而在一定程度上降低了對(duì)瀝青的需求量。
由穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果可得到:本次試驗(yàn)的熱再生混合料的穩(wěn)定度都合格,且隨著銑刨料摻量的增加,穩(wěn)定度有所提高,說(shuō)明再生瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性隨銑刨料的摻入而有所改善。這是因?yàn)?,銑刨料在熱力和紫外線等因素作用下,瀝青結(jié)合料不斷發(fā)生老化,導(dǎo)致變硬變脆,其軟化點(diǎn)、黏度提高,這些變化有助于改善瀝青混合料的高溫性能,而對(duì)低溫抗變形能力有不利影響。所以,隨著銑刨料摻量的增大,熱再生混合料中老化后的瀝青量也增加,導(dǎo)致熱再生混合料整體的高溫穩(wěn)定性有所提高。
在國(guó)內(nèi)外熱再生研究和施工經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上,首先進(jìn)行原材料性能分析,并確定了銑刨料的摻配比例;并進(jìn)行馬歇爾實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明隨著銑刨料摻量的增加,瀝青用量有所降低,可能是因?yàn)殂娕倭习幸欢康呐f瀝青;穩(wěn)定度有所上升,因?yàn)榕f瀝青粘結(jié)料經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期老化過(guò)程,高溫性能較好。