周 滔

（安徽交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 土木工程系，安徽 合肥 230051）

隨著我國(guó)高速公路大規(guī)模進(jìn)入維修期，熱再生技術(shù)也得到了廣泛的利用，廠拌熱再生技術(shù)因其再生工藝生產(chǎn)設(shè)備投資小，只需要在原瀝青混凝土拌和設(shè)備基礎(chǔ)上添加一座附樓即可進(jìn)行生產(chǎn)，簡(jiǎn)單易行，故應(yīng)用較為廣泛。廠拌熱再生技術(shù)較為復(fù)雜，所有過程可能都會(huì)對(duì)生產(chǎn)出來的瀝青混凝土性能形成影響，生產(chǎn)過程中主要影響因素包括回收舊瀝青路面材料的工藝、回收的舊瀝青路面材料篩分與破碎、儲(chǔ)存及再生瀝青混合料（RAP）的配合比設(shè)計(jì)、拌和、攤鋪以及碾壓等方面。其中，生產(chǎn)過程中集料與瀝青比例控制較難，新舊料的加熱溫度和再生瀝青混凝土的拌和溫度以及拌和時(shí)間控制難度都較高，對(duì)性能影響都較大［1］。對(duì)于原材料來源選取已定，回收瀝青混合料的摻量、再生瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)均已定的情況下，實(shí)際施工中拌和過程的控制就顯得尤為重要。本文選取安徽省合肥合六高速公路改擴(kuò)建工程較有代表性的回收瀝青混合料，采用精分離技術(shù)對(duì)舊回收料進(jìn)行預(yù)處理，通過馬歇爾設(shè)計(jì)方法，對(duì)再生瀝青混凝土進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，檢驗(yàn)瀝青混凝土性能均能滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，在級(jí)配、舊回收料摻量都已定的情況下，對(duì)再生瀝青混凝土的拌和時(shí)間、投料順序、拌和流程等幾方面進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，通過對(duì)拌和成型后的試樣進(jìn)行外觀判斷及相關(guān)試驗(yàn)檢驗(yàn)該瀝青混凝土的路用性能，從而總結(jié)拌和條件對(duì)廠拌熱再生瀝青混凝土性能的影響。

1 試驗(yàn)方法

1.1 再生瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

廠拌熱再生瀝青混凝土的配合比設(shè)計(jì)按照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》中的設(shè)計(jì)要求，對(duì)各檔集料進(jìn)行精確篩分，再根據(jù)礦料的篩分情況，通過目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)、生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)、生產(chǎn)配合比驗(yàn)證三個(gè)階段，確定回收瀝青路面材料的摻配比例、新材料的品種及配合比，礦料級(jí)配、最佳瀝青用量［3］。

首先選取篩分好的舊瀝青混合料，對(duì)相應(yīng)的舊瀝青混合料進(jìn)行分析，對(duì)其瀝青含量、級(jí)配、舊瀝青老化等進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)分析結(jié)果，選擇好添加量，再調(diào)整級(jí)配使之符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）的要求［4］。本文選取公路等級(jí)為高速公路、設(shè)計(jì)AC-25 瀝青混凝土作為瀝青路面下面層，選取舊瀝青混凝土的回收料摻配比例為45%。為了提高廠拌熱再生瀝青混合料的摻配比例，將回收的瀝青混合料按照單檔料進(jìn)行整體級(jí)配的調(diào)整。合成級(jí)配曲線如圖1所示。

圖1 合成級(jí)配曲線圖

實(shí)驗(yàn)室內(nèi)制備熱再生瀝青混凝土試樣，并進(jìn)行相應(yīng)的馬歇爾試驗(yàn)，確定最佳油石比為4.2%。再根據(jù)以上配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果均符合規(guī)范要求。

在以上配合比已定的情況下，本文設(shè)計(jì)了三種不同的室內(nèi)拌和方式，通過觀察拌和料的外觀情況及路用性能實(shí)驗(yàn)比對(duì)，判斷不同拌和方式對(duì)熱再生瀝青混凝土性能的影響。

1.2 三種不同拌和方式對(duì)比分析

1.2.1 第一種拌和方式

試驗(yàn)流程：先投入新集料和一半摻量的瀝青進(jìn)行拌和，再加入再生料和剩下的一半瀝青進(jìn)行拌和，最后再加入礦粉。

第一階段：添加新集料和一半瀝青摻量拌和不同時(shí)間觀測(cè)如圖2所示。

圖2 第一階段拌和成型圖

通過觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)新料與一半摻量的瀝青進(jìn)行拌和，拌和時(shí)間小于70 秒時(shí)，存在拌合不均勻的情況，尤其是骨料上粗糙凹陷處瀝青未裹覆上，有花白料的情況。而當(dāng)拌和時(shí)間超過80 秒時(shí)情況明顯轉(zhuǎn)好，此時(shí)骨料表面完全裹覆瀝青，拌合均勻無(wú)白花料，拌和效果最佳。最終選定最佳拌和時(shí)間為100秒。

第二階段：在第一階段基礎(chǔ)上添加剩余的一半瀝青及再生料，拌和不同時(shí)間觀測(cè)如圖3所示。

圖3 第二階段拌和成型圖

通過拌和后觀察，加入剩余瀝青及再生料后當(dāng)拌和時(shí)間小于60秒時(shí)，骨料油膜較薄，大骨料表面無(wú)細(xì)料附著，混合料暗淡無(wú)光澤。當(dāng)拌和時(shí)間超過70 秒后骨料表面油膜增厚，粘附細(xì)料開始增多，在120秒時(shí)效果最佳。綜合考慮最終選定拌和時(shí)間為130 秒，此時(shí)混合料拌和均勻無(wú)花白料，油膜富裕，表面粘附豐富的細(xì)料，拌和效果最佳。

第三階段：在第二階段基礎(chǔ)上再添加礦粉進(jìn)行拌和，拌和不同時(shí)間觀測(cè)如圖4所示

通過觀察后發(fā)現(xiàn)，礦粉加入拌和時(shí)間小于50秒時(shí)存在拌和不均勻現(xiàn)象，混合料存在有部分花白料，當(dāng)拌和時(shí)間超過60 秒時(shí)拌合效果較好，混合料拌和均勻且細(xì)料附著充分、光澤度飽滿。最終選定拌和時(shí)間為70秒。

根據(jù)以上拌和步驟，最終選定拌和方案為：先投入新集料和一半瀝青摻量進(jìn)行拌和100秒，再加入再生料和剩下的一半瀝青拌和130秒，最后加入礦粉拌和70秒。最終拌和料成型效果如圖5。

圖5 第一種方式最終拌和成型圖

對(duì)拌和成型集料取樣制作6 組試件，脫模后進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度和流值指標(biāo)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 第一種拌和方式馬歇爾穩(wěn)定度和流值試驗(yàn)結(jié)果表

1.2.2 第二種拌和方法

設(shè)計(jì)拌和試驗(yàn)流程如下：先將新集料及相應(yīng)油石比的瀝青進(jìn)行加熱拌和，再添加加熱后的回收料及剩余比例的瀝青量進(jìn)行拌和，最后加入礦粉進(jìn)行最終拌和。

通過拌和后觀察，最終選定拌和方案為：先投入新集料及相應(yīng)油石比的瀝青進(jìn)行加熱拌和90秒，再添加加熱后的回收料及剩余比例的瀝青量進(jìn)行拌和120 秒，最后加入礦粉進(jìn)行最終拌和70秒。拌和料成型效果如圖6。

圖6 第二種方式最終拌和成型圖

對(duì)拌和成型集料取樣制作6 組試件，脫模后進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度和流值指標(biāo)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2 第二種拌和方式馬歇爾穩(wěn)定度和流值試驗(yàn)結(jié)果表

1.2.3 第三種拌和方法

設(shè)計(jì)拌和試驗(yàn)流程如下：將新集料和回收料同時(shí)進(jìn)行加熱預(yù)拌，再根據(jù)油石比一次性加入新瀝青量，再加入礦粉，繼續(xù)拌和至均勻?yàn)橹埂?/p>

通過拌和后觀察，最終選定拌和方案為：將新集料和回收料同時(shí)進(jìn)行加熱預(yù)拌，根據(jù)油石比一次加入瀝青摻量，再加入礦粉，拌和時(shí)間控制在180 秒為最優(yōu)。第三種方式最終拌和料成型效果如圖7所示。

圖7 第三種方式最終拌和成型圖

對(duì)拌和成型集料取樣制作6 組試件，脫模后進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度和流值指標(biāo)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

表3 第三種拌和方式馬歇爾穩(wěn)定度和流值試驗(yàn)結(jié)果表

根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果可知，三種不同拌和方式拌制的熱再生瀝青混凝土動(dòng)穩(wěn)定度均滿足規(guī)范要求。第一種和第二種拌和方式拌制的熱再生瀝青混凝土穩(wěn)定度略高于第三種拌制方式拌制的熱再生瀝青混凝土穩(wěn)定度。其原因是再生料的強(qiáng)度是由結(jié)合料的粘結(jié)力與集料之間的嵌擠力決定的，前兩種拌和方式由于新瀝青是分批次加入，以至新集料、再生料與新添加瀝青有了相對(duì)較充分的融合裹覆，相對(duì)應(yīng)的熱再生瀝青混合料穩(wěn)定度得到一定程度的提高。

2 混合料路用性能對(duì)比分析

2.1 高溫性能對(duì)比分析

目前評(píng)定瀝青路面高溫穩(wěn)定性的試驗(yàn)方法主要有車轍試驗(yàn)和馬歇爾試驗(yàn)等。其中馬歇爾試驗(yàn)常用但有一定的局限性，車轍試驗(yàn)操作較為簡(jiǎn)單，結(jié)果直觀，也能很好地表現(xiàn)出與路面實(shí)際車轍的相關(guān)性。因此本文采用車轍試驗(yàn)，以車轍動(dòng)穩(wěn)定度來評(píng)價(jià)熱再生瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性，試驗(yàn)結(jié)果見表4，對(duì)比見圖8。

表4 車轍動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果表

圖8 車轍試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果圖

由圖8 可知，三種拌和方式所拌制的熱再生瀝青混凝土車轍動(dòng)穩(wěn)定度均能滿足夏炎熱區(qū)規(guī)范要求，且第二種拌和方式優(yōu)于第一種和第三種拌和方式。根據(jù)油石比及投入集料將新?lián)郊訛r青分批次投入瀝青混合料進(jìn)行拌和時(shí)，高溫穩(wěn)定性能得到明顯改善。這是由于在拌制過程中，摻加的再生料比例較大，且經(jīng)精確分離篩分后級(jí)配小于4.75mm 粒徑的集料約占合成級(jí)配的將近一半。第三種方式拌制過程中，細(xì)集料在拌和桶中勢(shì)必轉(zhuǎn)動(dòng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于粗集料轉(zhuǎn)動(dòng)速度，隨之裹覆的瀝青油量更多，導(dǎo)致粗集料裹覆瀝青量相對(duì)較少，粘附性相對(duì)較差，而細(xì)集料裹覆的瀝青膜的厚度相對(duì)增大，粘度增大，導(dǎo)致混合料強(qiáng)度降低，所以第一種和第二種拌和方式的熱再生瀝青混凝土高溫變形能力相比較第三種拌制方式更強(qiáng)，高溫穩(wěn)定性也優(yōu)于相同級(jí)配熱再生瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性。

2.2 低溫性能對(duì)比分析

對(duì)上述三種拌和方式拌制的熱再生瀝青混凝土在溫度-10℃、加載速率50mm/min 的條件下進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，測(cè)定破壞強(qiáng)度、破壞應(yīng)變、破壞勁度模量，并根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變曲線的形狀，綜合評(píng)價(jià)熱再生瀝青混凝土的低溫抗裂性能。低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比如圖9所示。

圖9 低溫彎曲試驗(yàn)對(duì)比圖

由圖9 可知，三種拌和方式的熱再生瀝青混凝土的最大彎拉應(yīng)變均滿足冬冷區(qū)對(duì)熱再生瀝青混凝土的低溫彎曲破壞應(yīng)變的最低要求，且三者相差較小，變化不大，說明三種不同的拌和方式對(duì)熱再生瀝青混凝土低溫性能影響較小。

2.3 水穩(wěn)性對(duì)比分析

檢驗(yàn)熱再生瀝青混凝土的水穩(wěn)定性采用浸水馬歇爾試驗(yàn)與凍融劈裂試驗(yàn)，以殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂強(qiáng)度比為評(píng)價(jià)指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果如圖10、圖11所示。

圖10 浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖

圖11 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖

由以上對(duì)比可知，三種拌和方式拌制的熱再生瀝青混凝土馬歇爾殘留穩(wěn)定度高于80%，凍融劈裂強(qiáng)度比高于75%，滿足潮濕區(qū)對(duì)熱再生瀝青混凝土的水穩(wěn)定性的技術(shù)要求，且三者均相差較小，變化不大，說明三種不同拌和方式對(duì)熱再生瀝青混凝土的水穩(wěn)性能影響也較小。

3 結(jié)論

熱再生瀝青混凝土在拌和過程中，將原生料和再生料分批次投入，并將新?lián)郊拥臑r青根據(jù)油石比的比例分開摻加拌和，所拌制的熱再生瀝青混凝土高溫性能優(yōu)于將新?lián)郊拥臑r青一次性加入混合料所拌制的相同級(jí)配熱再生瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性能，且低溫性能和水穩(wěn)定性能相差較小且都能滿足性能檢驗(yàn)要求。高溫性能的變化主要是由于原生料和再生料中粗細(xì)集料對(duì)分批次摻加瀝青的裹覆更均勻更好，不但提高了新舊集料之間的粘結(jié)性，勁度也越高，相應(yīng)地也就提高了瀝青混合料的高溫抗變形能力。而在熱再生瀝青混凝土拌制時(shí)一次性加入全部瀝青量進(jìn)行拌和，會(huì)導(dǎo)致越細(xì)的集料顆粒裹覆的瀝青量反而越多，油膜厚度太厚，混合料表觀黑亮，混合料的高溫穩(wěn)定性差，且施工期間容易發(fā)生推移。目前我國(guó)市場(chǎng)主導(dǎo)的熱再生瀝青混凝土拌和設(shè)備大多無(wú)法精確分批次計(jì)量控制瀝青的添加量，若能對(duì)拌合設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，將新舊集料及瀝青分批次添加將會(huì)提高熱再生瀝青混凝土的高溫性能。