复拌型就地热再生沥青混合料配合比设计及质量控制

巫裕润,陈 琨

(华蓝设计(集团)有限公司,广西南宁 530000)

质量检测与控制

复拌型就地热再生沥青混合料配合比设计及质量控制

巫裕润,陈 琨

(华蓝设计(集团)有限公司,广西南宁 530000)

为了研究复拌型就地热再生混合料的配合比设计及其质量控制,结合实例对复拌型就地热再生沥青混合料进行试验分析.结果表明:在添加5%的A类再生剂、25%新AC-10沥青混合料以及0．3%新沥青的情况下,沥青混合料满足AC-13马歇尔配合比设计的技术要求,路用性能试验表明其满足沥青路面使用要求;指出就地热再生施工过程中的质量控制重点在于对混合料温度及施工温度的监测,并且给出了质量控制措施及标准.

复拌型就地热再生;配合比设计;路用性能;质量控制

0 引 言

传统的沥青路面养护维修模式主要是对旧沥青路面采取铣刨重铺或挖除重建[1-7],由此带来2类突出问题:沥青路面挖除或铣刨料的堆放需占用大量土地,同时固体废弃物一定程度上对环境产生污染;旧路面材料中的沥青、集料得不到重复利用,浪费有限的不可再生资源[8-12].随着中国沥青路面养护维修技术的快速发展以及人们环保意识的提升,传统粗放式路面养护维修模式逐渐被遗弃,沥青路面再生技术逐步被重视并应用.

就地热再生技术运用专业热再生机组,对旧沥青路面实现加热、耙松、添加再生剂(热沥青),并对再生后的沥青混合料进行摊铺、碾压.本文总结复拌型就地热再生配合比设计流程,结合实例剖析该类型热再生沥青混合料配合比设计方法,对再生后沥青混合料路用性能进行评价,给出就地热再生质量控制措施.

1 复拌型就地热再生工艺及配合比

1．1 复拌型就地热再生工艺

复拌型就地热再生工艺指的是运用加热机组对旧沥青路面进行加热软化、耙松,并按设计掺量在已耙松的沥青混合料上喷洒再生剂(热沥青),然后通过就地热再生机组将喷洒过再生剂(热沥青)的沥青混合料收集成截面呈梯形的料带,该收集过程即为再生剂(热沥青)与旧沥青混合料初步拌和过程;同时,在上述料带中均匀加入定量已知级配的新沥青混合料,新、旧沥青混合料经过提升机提升,充分拌和后进行摊铺、碾压工序,完成沥青路面就地热再生施工.复拌型就地热再生工艺流程如图1所示.

图1 复拌型就地热再生工艺流程

复拌型就地热再生工艺主要适用于旧沥青路面混合料级配不良,且沥青含量不满足再生需要等情况,采用该类型再生的沥青混合料可直接作为上面层或磨耗层使用.

1．2 复拌型就地热再生沥青混合料配合比设计

复拌型就地热再生沥青混合料配合比设计主要包括以下环节:旧沥青路面混合料抽提、筛分试验,评价旧沥青性能;选择再生剂类型,确定掺量以及再生剂对旧沥青性能的影响;确定新添加沥青混合料配合比及添加比例;通过试拌、试铺,采用筛分试验、浸水马歇尔试验以及冻融劈裂试验等验证再生沥青混合料生产配合比.复拌型就地热再生沥青混合料配合比设计流程如图2所示.

图2 复拌型就地热再生沥青混合料配合比设计流程

2 旧沥青路面矿料级配及回收沥青性质

旧沥青路面经过多年的使用后,沥青混合料的各项性能呈现不同程度的衰减,主要表现为沥青老化、旧沥青矿料级配及油石比的改变等.沥青路面再生,即是为了消除上述改变对沥青路面路用性能的影响.因此,沥青混合料配合比设计的前提是掌握旧沥青路面材料的各项性质.

以某市政道路就地热再生工程为例,旧沥青路面上面层为4 cm厚AC-13细粒式沥青混合料.取旧沥青路面上面层混合料,经过抽提试验可知旧料沥青含量为4.3%,将抽提后的矿料进行筛分,级配结果如图3所示.

图3 旧沥青路面上面层沥青混合料级配曲线

由图3可知,旧沥青路面混合料级配整体偏粗,且部分位于2．36～9．5 mm筛孔范围的通过率低于级配下限,表明旧沥青路面混合料级配不合理.对抽提试验回收到的旧沥青进行针入度、延度和软化点试验,试验结果如表1所示.

表1 旧沥青路面上面层回收沥青性能试验结果

由表1可知,旧沥青路面回收沥青的针入度、软化点及延度等基本性能较70＃石油沥青均出现大幅改变,针入度大幅降低,软化点及延度不同程度下降,表明旧沥青已出现严重老化,需加入再生剂完成沥青再生.依据旧沥青路面级配以及回收沥青试验结果,采用复拌型就地热再生工艺对旧沥青路面混合料级配进行调整,并再生利用.

3 选择再生剂类型及确定掺量

3．1 再生剂种类的选择

对旧沥青混合料添加再生剂时,首先应对再生剂种类进行选择,需具备渗透性强、施工和易性好等特点.选择自主研发的再生剂A与轻油型再生剂B为例进行沥青再生试验,分别在回收沥青中加入3%(旧沥青含量的百分比)的再生剂,试验结果如表2所示.

表2 旧沥青路面上面层回收沥青掺加再生剂试验结果

采用再生剂恢复旧沥青性能的目标是将旧沥青性能恢复至旧路面使用沥青标号(70＃)的下一等级(50＃).对上述2种再生剂效果分析可知,在针入度及软化点都满足要求的前提下,A类再生剂对旧沥青延度性能的改善优于B类再生剂,同时A类再生剂使针入度的恢复接近规范中值.因此,推荐使用A类再生剂.

3．2 再生剂掺量的确定

在选择A类再生剂后,通过分析掺加不同比例的A类再生剂对沥青三大指标的影响,确定再生剂的掺量,试验结果如表3所示.

由表3可知,A类再生剂在掺加量为5%时,再生沥青的三大指标满足规范对50＃石油沥青的要求,且针入度指标位于规范中值.因此,确定再生剂掺量为5%.

表3 A类再生剂掺量对沥青三大指标的影响结果

4 新添加沥青混合料配合比及添加比例的确定

4．1 新添加沥青混合料配合比

复拌工艺对旧沥青路面进行热再生时,需在旧沥青混合料中掺加一定比例的新混合料,其主要目的是为调整旧沥青路面矿料级配,改善路面使用性能.通过抽提筛分试验得知,旧沥青路面混合料中细集料缺失、级配整体偏粗;故采用AC-10密级配沥青混合料根据旧沥青路面筛分结果调整矿料级配曲线.经过对级配曲线的多次调整,确定AC-10的生产配合比,即4.75～9.5 mm碎石、粗石粉、石屑、矿粉的比例为42∶8∶45∶5,级配曲线如图4所示.

图4 新添加沥青混合料AC-10级配曲线

4．2 新沥青混合料的添加比例

在确定添加料级配后,需对新料添加量予以确定.《公路沥青路面再设技术规范》(JTG F41—2008)对复拌型就地热再生新掺加料比例的规定是“不超过旧沥青混合料的30%”,在满足规范要求的前提下,需尽可能提高旧路面材料的利用率.因此,选择新料掺加比例分别为5%、15%、25%(占旧沥青混合料的质量百分比),不同新料掺量下再生混合料合成级配曲线如图5所示.

由图5可知,随着新沥青混合料加入量的提高,再生沥青混合料合成级配曲线逐渐趋于平缓,且靠近AC-13级配中值.因此,结合配合比设计结果和规范,确定新料掺加比例为旧沥青混合料质量的25%.

图5 掺加不同比例新料的就地热再生级配曲线

经过计算,本次复拌就地热再生中新料与旧料的含量分别为20%与80%.同时可得到复拌就地热再生沥青混合料合成级配,如表4所示.

表4 复拌型就地热再生沥青混合料矿料级配组成

4．3 确定新沥青最佳掺量

在掺入5%(占旧沥青含量的百分比)A类再生剂以及适当比例新AC-10沥青混合料后,需添加新石油沥青调整再生混合料油石比.新沥青掺量应以加入新料后矿料总质量为基准,按0、0.3%、0.5%、0.7%进行掺加,进而测定马歇尔稳定度、流值,计算矿料间隙率(VMA)、孔隙率等,最终确定新沥青的最佳掺量.通过对新沥青掺量的马歇尔试验技术指标进行分析,确定新沥青最佳掺量为0．3%.试验结果显示,在此掺量下的沥青混合料各项马歇尔技术指标完全满足规范要求,如表5所示.

表5 复拌型就地热再生沥青混合料马歇尔试验结果

5 复拌再生后沥青混合料的性能评价

通过对再生剂、新沥青混合料以及新沥青掺量开展各项试验,得到该复拌型就地热再生配合比中需添加5%A类再生剂(以旧沥青质量百分比为基准)、25%新AC-10沥青混合料(以旧沥青混合料的质量百分比为基准)以及0．3%新沥青(以加入新料后矿料总质量为基准).

按上述混合料配合比设计结果成型各类型试件,分别进行车辙、低温弯曲、浸水马歇尔以及冻融劈裂试验,以检测新配合比设计下的沥青混合料高低温性能以及水稳定性,进而评价该复拌型就地热再生混合料的路用性能.试验结果如表6所示.

表6 复拌型就地热再生沥青混合料路用性能试验结果

由表6可知,该复拌型就地热再生沥青混合料配合比设计满足规范对AC-13沥青混合料各项技术指标的要求,且路用性能检测合格,进而表明本次复拌型就地热再生沥青混合料配合比设计合理,具备可实施性.

6 就地热再生质量控制措施及标准

采用就地热再生工艺进行沥青路面施工时,应遵循“分阶段、抓重点、强标准”原则加强质量控制,主要分为3个阶段:施工前旧路全方位评价、施工中全过程质量控制以及施工后交工验收质量评价.

6．1 施工前旧路全方位评价

在采用就地热再生工艺施工前应对旧路面进行详细调查,并对旧沥青路面混合料进行筛分试验、马歇尔试验等,以评价沥青混合料中沥青的老化程度、矿料级配状况以及马歇尔指标等.

6．2 施工中全过程质量控制

就地热再生施工过程中的质量控制是确保工程质量的核心,质量控制的重点在于对混合料温度及施工温度的监测.施工全过程质量控制标准如表7所示.

表7 就地热再生施工中全过程质量控制标准

6．3 施工后交工验收质量评价

施工完成后,对新沥青路面进行质量检测,主要检测项目有压实度、平整度、摩擦系数以及渗水系数等.质量要求如表8所示.

表8 复拌型就地热再生交工验收质量标准

7 结 语

(1)复拌型就地热再生配合比设计的关键在于选择再生剂及新添加混合料的类型,并确定再生剂、新沥青混合料及新沥青的掺量.

(2)本文的复拌型就地热再生沥青混合料配合比设计为:添加5%A类再生剂(以旧沥青质量百分比为基准)、25%新AC-10沥青混合料(以旧沥青混合料的质量百分比为基准)以及0．3%新沥青(以加入新料后矿料总质量为基准).对上述配合比设计进行沥青路面路用性能验证,结果表明本次配合比设计合理,具备可实施性.

(3)就地热再生施工过程中的质量控制是确保工程质量的核心,质量控制的重点在于对混合料温度及施工温度的监测.

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[责任编辑:杜卫华]

Research on Mix Design and Quality Control of Hot In-place Recycling Asphalt Mixture by Remixing

WU Yu-run,CHEN Kun
(Hualan Design&Consulting Group Co．,Ltd．,Nanning 530000,Guangxi,China)

In order to study the mix design and quality control of hot in-place recycling by remixing,the experimental analysis of hot in-place recycling asphalt mixture was carried out based on practical case．The results show that the asphalt mixture meets the technical requirements of AC-13 Marshall mix design in the case of adding 5%of regenerant A,25%of new AC-10 asphalt mixture and 0．3%of fresh asphalt,and the test indicates that the pavement performance is also satisfactory．It is pointed out that the key to quality control in the process of hot in-place recycling is the monitoring of the temperatures of mixture and construction,and related measures and standards are proposed．

hot in-place recycling by remixing;mix design;pavement performance;quality control

U416．26

B

1000-033X(2017)05-0108-05

2016-11-23

内蒙古交通运输厅科技基金项目(NJ-2011-13)

巫裕润(1988-),男,广西南宁人,高级工程师,研究方向为道路工程.