謝 成,駱俊暉,劉豪斌,任天锃,陳江財(cái)
(廣西北投交通養(yǎng)護(hù)科技集團(tuán)公司,廣西 南寧 530025)
目前,瀝青路面大中修基本上采用銑刨后加鋪新瀝青路面方式,然而對瀝青混合料回收料(reclaimed asphalt pavement,RAP)的處置措施大多為露天堆放,這種方式不僅占用大量土地資源,并且會(huì)污染周邊生態(tài)環(huán)境。合理利用RAP料已經(jīng)成為道路從業(yè)者研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。就地?zé)嵩偕?hot in-place recycling,HIR)能夠?qū)AP料百分百原位利用,與傳統(tǒng)銑刨后加鋪新瀝青路面相比,能夠節(jié)省新瀝青、新集料等原材料的拌和及運(yùn)輸費(fèi)用,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益[1]。
由于就地?zé)嵩偕鸀r青混合料中超過80%為舊瀝青混合料,舊瀝青路面的級(jí)配、舊瀝青技術(shù)性質(zhì)及油石比均發(fā)生不同程度的變異,受制于后續(xù)銑刨工藝,會(huì)進(jìn)一步加劇再生混合料的性能變異。大量道路從業(yè)者從多角度研究了如何提升就地?zé)嵩偕旌狭下酚眯阅躘2-3]。馬登成等[4]的試驗(yàn)結(jié)果表明,控制就地?zé)嵩偕旌狭系募?jí)配能夠改善混合料的路用性能。曹榮吉等[5]研究了再生劑類型對熱再生混合料性能的影響。張娟等[6]就控制就地?zé)嵩偕旌狭吓浜媳确矫骈_展了相關(guān)研究。
為了系統(tǒng)控制就地?zé)嵩偕鸀r青路面的施工質(zhì)量,本文以廣西沿海片區(qū)某高速公路為實(shí)例,在結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對就地?zé)嵩偕鸀r青路面的配合比進(jìn)行優(yōu)化研究,以期為后續(xù)工程提供參考。
就地?zé)嵩偕夹g(shù)是一項(xiàng)適用于瀝青路面表面層修復(fù)的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù),而瀝青路面表面層長期受車輛荷載沖擊、環(huán)境紫外線照射、雨雪冰凍天氣等綜合影響,其瀝青含量、老化程度、承載力性能均出現(xiàn)不同程度的降低。因此在選用就地?zé)嵩偕夹g(shù)時(shí),需對路面技術(shù)狀況進(jìn)行分析。
依據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTGT 5521-2019)[7],對廣西某高速公路瀝青路面表面層的技術(shù)狀況進(jìn)行評價(jià),其舊瀝青路面表面層為4 cm的AC-13C改性瀝青混合料,原瀝青采用SBS改性瀝青,其評價(jià)結(jié)果如表1與表2所示。
表1 舊瀝青路面技術(shù)狀況評價(jià)結(jié)果表
表2 舊瀝青路面抗滑狀況評價(jià)結(jié)果表
由表1及表2可知:舊瀝青路面整體狀況滿足就地?zé)嵩偕鷹l件,但抗滑性能較差,SRI評定等級(jí)處于中與次。舊瀝青路面抗滑性能衰減原因?yàn)椋弘S著服役時(shí)間增加,路面受到車輛荷載的作用,在輪胎摩擦及動(dòng)水沖刷下導(dǎo)致路面集料表面裹附的瀝青膜發(fā)生脫落現(xiàn)象,同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致面層集料棱角性喪失。
采用離心抽提方法對RAP料進(jìn)行回收,靜置一段時(shí)間后用離心機(jī)去除礦粉,再采用阿布森法從抽提液中去除三氯乙烯有機(jī)溶劑得到回收瀝青。對回收瀝青進(jìn)行三大指標(biāo)試驗(yàn),其試驗(yàn)結(jié)果如下頁表3所示。
表3 舊瀝青試驗(yàn)結(jié)果表
由表3可知:舊瀝青老化較嚴(yán)重。針入度與延度指標(biāo)退化明顯,然而,針入度未降至20(0.1 mm)以下,表明可通過一定措施進(jìn)行再生,恢復(fù)舊瀝青的性能。
對抽提后的舊集料進(jìn)行篩分試驗(yàn),確定舊瀝青路面的級(jí)配范圍,其試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。
表4 舊路面級(jí)配抽提篩分結(jié)果表
由表4可知:原路面級(jí)配整體出現(xiàn)偏細(xì)現(xiàn)象,4.75 mm篩孔通過率為44.6%,較原設(shè)計(jì)級(jí)配增大了14.3%。這表明在車輛荷載的累積作用下,原有4.75 mm以上的粗集料發(fā)生了破碎,導(dǎo)致后續(xù)路面抗車轍性能下降,同時(shí)路表粗集料的棱角性被磨光導(dǎo)致抗滑性能下降嚴(yán)重。為保證路面的抗車轍性能與抗滑性能,及時(shí)填補(bǔ)路面微車轍,需添加一定量的新集料。
采用試驗(yàn)路段上提取的RAP料,進(jìn)行100%RAP料的馬歇爾試驗(yàn),檢驗(yàn)就地?zé)嵩偕旌狭系男阅埽楹罄m(xù)設(shè)計(jì)的就地?zé)嵩偕鸀r青混合料體積參數(shù)提供對比。其馬歇爾體積參數(shù)結(jié)果如表5所示。
表5 舊瀝青路面馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果表
由表5可知:純RAP料的瀝青混合料的馬歇爾體積參數(shù)均滿足規(guī)范要求。這表明舊路面整體性能良好,結(jié)合舊瀝青特點(diǎn)及級(jí)配分析結(jié)果,需采用相應(yīng)妥當(dāng)?shù)姆绞綄εf路面進(jìn)行處置以恢復(fù)原路面使用性能[8]。
就地?zé)嵩偕绞街饕幸韵氯N類型:整形式就地?zé)嵩偕?fù)拌式就地?zé)嵩偕?、加鋪式就地?zé)嵩偕?/p>
(1)整形式就地?zé)嵩偕翰捎镁偷責(zé)嵩偕鷻C(jī)組將路面加熱、添加再生劑、耙松、熨平,不添加新瀝青混合料或攤鋪極少量的新瀝青混合料,壓實(shí)成型。適用于原路面材料較好,主要病害為車轍、橋頭跳車及沉陷等變形類病害的路段。具體施工工藝流程如圖1所示。
圖1 整形式就地?zé)嵩偕┕すに嚵鞒虉D
(2)復(fù)拌式就地?zé)嵩偕河镁偷責(zé)嵩偕鷻C(jī)組將路面加熱、耙松、添加再生劑/熱瀝青、收集舊料,添加新瀝青混合料,拌和、攤鋪、壓實(shí)成型。適用于維修中等破損的路段或舊路面材料級(jí)配需要調(diào)整和優(yōu)化,或舊路面瀝青含量不符合要求的路段。具體施工工藝流程如圖2所示。
圖2 復(fù)拌式就地?zé)嵩偕┕すに嚵鞒虉D
(3)加鋪式就地?zé)嵩偕翰捎镁偷責(zé)嵩偕鷻C(jī)組對舊路面進(jìn)行加熱、添加再生劑、翻松、拌和、再生料攤鋪、新瀝青混合料攤鋪,而后雙層瀝青混合料一起壓實(shí)成型。適用于舊路面破損較嚴(yán)重或早期建設(shè)承載力不滿足當(dāng)前要求的路面。具體施工工藝流程如圖3所示。
圖3 加鋪式就地?zé)嵩偕┕すに嚵鞒虉D
根據(jù)舊路面性能評價(jià)結(jié)果,該路段路面承載力滿足要求,僅發(fā)生抗滑性能衰減過快,由于舊瀝青老化嚴(yán)重導(dǎo)致瀝青路面空隙率稍高。綜合不同就地?zé)嵩偕夹g(shù)特點(diǎn),推薦采用復(fù)拌式就地?zé)嵩偕夹g(shù)進(jìn)行處置。
為了改善再生瀝青混合料的耐久性,需恢復(fù)舊瀝青的路用性能,添加一定量的新瀝青與新瀝青混合料,本節(jié)就再生瀝青混合料的配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。
再生劑是由多種輕質(zhì)組分、基礎(chǔ)油分、抗老化劑等高分子聚合物組配而成,能夠補(bǔ)充喪失的輕質(zhì)組分,恢復(fù)舊瀝青的粘彈性。選取兩種不同種類的(再生劑A和再生劑B),研究不同種類再生劑對于舊瀝青性能恢復(fù)程度,并優(yōu)選出最佳的再生劑。試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。
表6 不同種類再生劑試驗(yàn)結(jié)果對比表
由表6可知:
(1)常規(guī)的延度試驗(yàn)不足以評價(jià)舊瀝青低溫性能。這是由于受制于試驗(yàn)操作,制備的舊瀝青中會(huì)存在一部分礦粉,導(dǎo)致延度試驗(yàn)結(jié)果受到干擾,不能完全反映瀝青的低溫性能。
(2)對舊瀝青性能恢復(fù)效果而言,再生劑A優(yōu)于再生劑B。針入度與軟化點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果表明:同等摻量下,使用再生劑A的針入度結(jié)果明顯超出再生劑B。綜合針入度、軟化點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果,最終選用再生劑A。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn),為確保再生瀝青混合料的粘結(jié)性能,降低原瀝青混合料的變異性,需添加0.2%的新瀝青(以瀝青混合料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì))。
為了確認(rèn)再生劑的最佳摻量,對RAP料添加不同摻量再生劑和0.2%的新瀝青后,進(jìn)行室內(nèi)馬歇爾試驗(yàn),根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果,并綜合舊瀝青三大指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)選出最佳摻量。馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。
表7 不同再生劑摻量下RAP料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果表
由表7可知:4%再生劑及0.2%新瀝青的RAP料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果均滿足規(guī)范要求,且空隙率、馬歇爾穩(wěn)定度、流值均最佳。考慮到舊瀝青三大指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果,綜合經(jīng)濟(jì)性,確定再生劑的最佳摻量為4%。
由于舊路面承受交通荷載作用,導(dǎo)致路表存在坑槽、車轍等路面病害,且因施工時(shí)需銑刨行車標(biāo)線,導(dǎo)致部分路面材料存在損耗。為了保持路面原設(shè)計(jì)厚度不變,再生施工時(shí)需添加部分新料。結(jié)合舊路面級(jí)配及性能檢測結(jié)果,添加20%的AC-13C改性瀝青混合料,改性瀝青為SBS改性瀝青。添加新料之后的再生混合料級(jí)配如圖4所示。
圖4 再生混合料級(jí)配曲線圖
由圖4可知:添加20%新料后,舊路面級(jí)配偏細(xì)的現(xiàn)象得到改善,再生混合料的骨架結(jié)構(gòu)得到進(jìn)一步提升。9.5 mm、4.75 mm集料通過率較舊路面級(jí)配分別降低了2.8%、5.6%,說明再生料級(jí)配中粗集料明顯增多,整體處于偏粗狀態(tài),而添加的新集料能夠彌補(bǔ)舊路面中粗集料受車輛荷載導(dǎo)致破碎偏細(xì)狀況。
根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)方法,確定新瀝青混合料的最佳油石比為5.0%,根據(jù)新舊瀝青混合料摻配比例、再生劑添加量及熱瀝青添加量,得出再生混合料的油石比為4.98%。新瀝青混合料與再生瀝青混合料的馬歇爾體積參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。
表8 再生混合料馬歇爾體積參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果表
由表8可知:再生瀝青混合料的馬歇爾體積指標(biāo)均滿足規(guī)范要求,且再生瀝青混合料的力學(xué)性能優(yōu)于新瀝青混合料。再生瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度較新瀝青混合料高1.37 kN,流值降低了0.8(0.1 mm)。
為了評價(jià)就地?zé)嵩偕鸀r青混合料的路用性能,取樣現(xiàn)場的就地?zé)嵩偕鸀r青混合料,在室內(nèi)匹配現(xiàn)場施工實(shí)際溫度,制作相應(yīng)的試件。通過室內(nèi)試驗(yàn),對混合料的高溫穩(wěn)定性以及水穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗(yàn)。
3.3.1 高溫穩(wěn)定性
由于廣西地區(qū)年平均溫度較高,該段高速公路重載車輛較多,對于抗車轍性能提出較高要求。為評價(jià)再生混合料的高溫穩(wěn)定性,在60 ℃、0.7 MPa輪胎壓力的條件下,制備三組再生混合料平行試樣進(jìn)行車轍試驗(yàn),其試驗(yàn)結(jié)果如表9所示。
表9 再生混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果表
由表9可以看出,就地?zé)嵩偕旌狭系膭?dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)均值達(dá)到6 160次/mm,具有良好的高溫穩(wěn)定性,滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)[9]的要求,能夠滿足廣西地區(qū)高溫重載的運(yùn)營條件。
3.3.2 水穩(wěn)定性
該路段處于熱帶季風(fēng)性氣候,夏季高溫潮濕,對路面的抗水損害能力要求較高,檢驗(yàn)再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性十分必要。試驗(yàn)結(jié)果如表10所示。
表10 再生混合料浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果表
由表10可知,就地?zé)嵩偕旌狭暇哂辛己玫乃€(wěn)定性,浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度達(dá)到89.5%,可以滿足廣西地區(qū)對路面抗水損害能力的要求。
項(xiàng)目完工后,對復(fù)拌式就地?zé)嵩偕鸀r青路面進(jìn)行質(zhì)量檢測,主要檢測指標(biāo)包含:構(gòu)造深度、摩擦系數(shù)、平整度、路面厚度、滲水系數(shù)。具體數(shù)據(jù)如表11所示。
表11 工后質(zhì)量檢測結(jié)果表
由表11可知:
(1)就地?zé)嵩偕鸀r青路面的抗滑性能優(yōu)于舊路面。再生瀝青路面TD與BPN的實(shí)測均值高出舊路面0.28 mm、32,且均滿足相應(yīng)的技術(shù)要求。這表明,舊路面經(jīng)就地?zé)嵩偕夹g(shù)處置后,抗滑性能得到明顯提升。
(2)再生路面平整度優(yōu)于舊路面,再生路面的平整度均值較舊路面降低近20%,表明就地?zé)嵩偕夹g(shù)可以提升路面平整度,提升行車安全性與舒適性。
(3)再生路面厚度與舊路面厚度接近。再生路面厚度均值與舊路面厚度僅相差1.6 mm,表明對路面附屬設(shè)施(如路緣石等)基本不會(huì)造成影響。
(4)舊路面與再生路面的滲水系數(shù)均滿足規(guī)范要求(<200),說明就地?zé)嵩偕鸀r青路面的密實(shí)性能優(yōu)于舊路面。再生路面的滲水系數(shù)均值為46 mL/min,明顯小于舊路面的80 mL/min,這表明,經(jīng)就地?zé)嵩偕夹g(shù)處置后,可以有效提升路面的密實(shí)性能。
(1)舊路面性能分析結(jié)果表明,舊路面整體滿足就地?zé)嵩偕?;舊路面的各項(xiàng)馬歇爾體積參數(shù)均滿足要求;舊路面瀝青含量為4.4%,但舊瀝青老化嚴(yán)重;舊路面級(jí)配在行車荷載作用下出現(xiàn)偏細(xì)現(xiàn)象。
(2)根據(jù)舊路面調(diào)研結(jié)果,結(jié)合就地?zé)嵩偕夹g(shù)方式,推薦采用復(fù)拌式就地?zé)嵩偕夹g(shù)進(jìn)行處置。
(3)通過三大指標(biāo)試驗(yàn)優(yōu)選出最佳再生劑A,考慮到舊瀝青老化嚴(yán)重,需添加一部分新瀝青增強(qiáng)混合料的粘結(jié)性能,結(jié)合馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果得出摻加4%再生劑+0.2%新瀝青為最優(yōu)摻配組合;考慮到舊路面施工過程中的損失,在室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上添加20%的AC-13C改性瀝青混合料,能夠明顯改善舊路面級(jí)配的偏細(xì)狀況,且再生瀝青混合料的抗車轍性能與抗水損害性能均得到明顯改善。
(4)工后質(zhì)量檢測結(jié)果表明,就地?zé)嵩偕夹g(shù)能夠明顯提升舊路面的抗滑性能、密實(shí)性及行車舒適性,且不會(huì)對附屬設(shè)施產(chǎn)生影響。