公路交通是资源占用型和能源消耗型行业, 是我国能源资源消耗较大行业, 近年来, 我国公路交通发展面临的资源和环境形势日趋严重, 为了适应建设资源节约型、环境友好型社会的要求, 沥青路面再生技术已经在我国公路建设和养护中推广应用。随着科技的不断发展, 新技术、新材料和新工艺的不断投入和使用, 沥青路面再生技术已经派生出厂拌热再生、厂拌冷再生、就地热再生和就地冷再生等四大类。为了提高和保障沥青路面再生施工质量, 根据沥青再生生产技术类型, 合理确定回收沥青路面材料掺配比例, 选择合适的再生剂, 优化出最佳的配合比设计成果, 显得尤为重要。从试验检测的角度, 提出在厂拌热再生沥青混合料配比设计阶段需要注意的一些工作重点, 对影响配合比设计成果的因素有一个正确的分析把控, 以获得各项技术指标都满足规范要求的最佳再生利用沥青混合料配合比设计。
1 回收沥青路面材料的分析评价
回收沥青路面材料再生利用, 是将其与新材料拌和结合, 其性能直接影响再生利用混凝土路面的各项指标。再生利用与非再生利用的配合比设计的差别在于对旧料的性能要得出一个全面的试验分析。要对回收料中的沥青老化程度及其含量、是否添加了稳定剂、集料的压碎值等等参数进行详细检测, 为确定再生沥青混合料掺量、沥青、集料、再生剂以及填料比重拿出分析对照参考数据。
1.1 回收沥青路面材料样品的处理
厂拌热再生沥青混合料配合比设计所利用的回收沥青路面材料需要在拌和站料场回收沥青路面材料料堆取样。回收沥青路面材料一般是以下两种回收方式:一种是道路专用设备铣刨机经过冷铣刨所获得的一种散状物;还有一种就是使用挖掘机以及装载机或者是其他一些掘除设备所获得的块状物。厂拌热再生沥青混合料需要对回收沥青路面材料采用专用破碎设备进行二次粉碎以及过筛分类之后才能使用。送到试验室的回收沥青路面材料样品是按照生产需求经过破碎过筛分类后的一种预分级样品, 如果送检样品自身并未完成粒度的分级, 试验室就需要按照拌和站配置的回收沥青路面材料冷料仓的数量进行筛分, 去除超过再生沥青混合料的最大公称粒径颗粒, 在试验室按照粒度分级筛孔的尺寸给予有效的确认, 完成预分级之后方可以对其进行使用。
1.2 回收沥青路面材料的含水率
回收沥青路面材料的含水率大小是不可忽略的一个参数。从拌和站场地堆放的回收沥青路面材料料堆上取样后, 应根据回收沥青路面材料的粒径大小, 建议采用烘干法, 进行回收沥青路面材料的含水率检测, 测定回收沥青路面材料烘干前后的变化。回收沥青路面材料是道路专用设备铣刨机经过冷铣刨所获得的一种散状物, 由于在施工过程中采取喷水降尘, 所有铣刨机都同步配置喷水装置。加上堆放过程中覆盖措施不到位的情况下, 降雨的影响, 都会导致回收沥青路面材料含有水分。厂拌热再生中回收沥青路面材料的含水率不能过高, 否则会造成回收沥青路面材料加热效率太低, 并可能影响再生混合料的性能, 影响混合料配合比验证结果。按照规范要求, 单一就回收沥青路面材料的含水率检测需要将温度控制在105℃, 但是考虑后续的矿料级配和沥青含量等试验检测需要, 试验温度应控制在 (50±5) ℃。
1.3 回收沥青路面材料的矿料级配
回收沥青路面材料中的矿料将与新集料一起拌和摊铺后在混凝土中形成骨架结构。确定回收沥青路面材料中的矿料级配同样至为重要。根据回收沥青路面材料粒径的大小, 按《公路工程集料试验规程》JTG E42中的T 0302粗集料及粗集料混合料筛分或T 0327细集料筛分试验方法执行, 采用干筛法筛分, 检测回收沥青路面材料的级配。试样烘干温度宜调整为 (50±5) ℃或更低, 宜以回收沥青路面材料不粘盘且不散掉为准。
1.4 回收沥青路面材料的沥青含量以及性质
当回收沥青路面材料旧沥青含量很低, 且沥青严重老化时[针入度〈10 (0.01mm) ], 旧沥青与新沥青性质相差悬殊, 难以相容。旧沥青再生是根据生产调和沥青的原理, 在旧沥青混合料中添加低粘度的软沥青或再生剂, 使得调配后的再生沥青具有适合的黏度, 且满足相应的路用性质。从回收沥青路面材料里回收旧沥青, 确定其中的旧沥青含量, 同时用于检测其物理性质及化学组分, 以判断它的老化程度和是否掺加了纤维稳定剂, 可以说是进行厂拌热再生配合比设计的难点, 建议直接按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20中的T 0726阿布森法从回收沥青路面材料里完成旧沥青的回收, 回收剂采用三氯乙烯。然后完成针入度、软化点、延度和60℃动力黏度等相关的参数检测, 以及化学组分分析。为新沥青标号选择和再生剂选择提供决定参数。
1.5 回收沥青路面材料的矿料级配和集料性质
回收沥青路面材料中旧矿料级配是否合理, 将对厂拌热再生混合料的级配范围会造成极大的影响, 也会直接影响混合料摊铺后厂拌热再生摊铺的沥青混凝土承载能力。回收沥青路面材料中原有的矿料级配和强度为厂拌热再生沥青混合料配合比设计中必须考虑的问题, 在充分了解设计行车荷载、自然环境、工程机械、施工工艺的前提下, 对旧矿料性能变化进行分析, 对其再生适用性进行科学判断。选用离心分离法对沥青进行抽提, 并对剩下的矿料级配进行检测, 确定矿料级配试验可按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20中的T 0735燃烧炉法执行, 但是高温燃烧容易造成旧回收沥青路面材料里结构沥青中矿粉性质变异, 不易得到真实级配构成数据;应将旧回收沥青路面材料抽提试验后得到的矿料烘干, 当矿料降到室温后, 采用标准方孔筛进行水洗法筛分试验, 确定回收沥青路面材料的矿料级配。完成矿料级配分析之后按《公路工程集料试验规程》JTG E42进行回收沥青路面材料中集料性质的压碎值、针片状等试验。
1.6 回收沥青路面材料砂当量
回收沥青路面材料还是处在矿料级配以及沥青胶结的状态, 其中含油的石矿粉或填料 (<0.075 mm颗粒) 已与沥青共同作用形成结构沥青, 因此不能够像新集料拌和时那样使用拌和站除尘设备去除含黏土粉尘和对于矿粉的用量进行控制, 在铣刨过程中, 由于铣刨机强力铣刨时会使集料破碎, 产生新的粉料或是黏土颗粒的混入。需要对回收沥青路面材料里的细集料进行砂当量检测, 确定回收沥青路面材料自身的洁净程度, 同时使用对原生矿料比例进行调整的方式令再生沥青混合料矿料级配能够满足相关的技术标准需要。进行砂当量试验, 应采用4.75mm方孔筛筛除回收沥青路面材料中的粗颗粒。试验过程依据《公路工程集料试验规程》JTG E42中的T 0334细集料砂当量试验方法执行。
1.7 回收沥青路面材料理论最大相对密度试验
回收沥青路面材料里各种材料自身的比例和相对密度都是未知的, 无法直接使用计算法获得理论上的最大相对密度。对于沥青混合料自身理论上的最大相对密度进行预知, 进行沥青混合料自身的体积指标计算。所以, 需要按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》和《公路工程集料试验规程》有关的规定, 使用真空法试验检测以获得回收沥青路面材料理论最大相对密度。进行试验之前, 回收路面材料 (RAP) 试样需要在60℃烘箱里将其烘干到恒重, 对于沥青黏结细集料团块的处理应由试验人员用手人为分散开。
2 配合比设计与验证
再生利用混合料配合比设计, 在确定了回收路面材料的应知性能, 包括旧沥青含量、针入度、软化点和延度等物理性质鉴定, 旧料中矿料级配、压碎值、针片状等各项指标;以及新沥青标号及用量、再生剂的型号和用量, 还有新矿料和矿粉等等材料的各项指标参数。一切按照热拌沥青混合料的设计方法---马歇尔设计方法进行设计。设计出的混合料各项指标如孔隙率、稳定度、流值等皆应满足《公路沥青路面再生技术规范》和《公路沥青路面施工技术规范》的要求, 它们的水稳定性能、高温稳定性能和低温抗裂性能也都应满足设计文件及规范要求。
2.1 回收沥青路面材料的掺量确定
国内外研究表明, 在回收沥青路面材料掺量不超过40%的范围, 再生混合料的疲劳性能略低于非再生混合料, 其低温性能劣于非再生混合料, 热再生混合料的水稳定性略低于非再生混合料。我们国家确定回收沥青路面材料掺量比例一般为15%~30%。这只是给出了一个取值范围, 但是具体确定一个合理的回收掺量比例值, 须依据道路交通等级、拌和设备的类型、加热干燥能力;以及回收沥青路面材料中的沥青老化程度、含水率、矿料级配的变异状况;还有新沥青和新集料的性质、再生剂的性能等等实际情况, 综合确定。
2.2 新沥青标号确定
首先确定再生沥青目标标号, 依据道路交通等级、交通流量、设计速度、工程的气候条件、施工环境、混合料使用的层次以及掺配比例等这些因素综合确定。在确定了再生沥青标号后, 选择新沥青标号。可以根据回收沥青路面材料的性质、掺配比例, 直接选择新沥青标号, 在需要使用再生剂的情况下也可以采用新旧沥青调和法确定新沥青的黏度, 依据黏度值确定新沥青标号。
2.3 再生剂品种选择及用量确定
厂拌热再生沥青混合料对再生剂的技术要求是:1必须具有软化与渗透能力, 即具备适当的黏度;2必须具有良好的流变性质, 复合流动度接近1, 显现牛顿液体性质;3必须具有溶解分散沥青质的能力, 即应富含芳香分。可以再生效果系数K—再生沥青的延度与原 (旧) 沥青延度的比值表征旧沥青添加再生剂后恢复原沥青性能的能力;4具有较高的表面张力;5必须具有良好的耐热化和耐候性 (以薄膜烘箱试验前后黏度比衡量) 。选择使用的再生剂品质必须满足上述技术要求。在确定再生剂的用量时还要兼顾到下列因素:旧沥青的黏度、再生沥青的黏度、再生剂的黏度。
2.4 最佳新沥青用量确定
目前再生沥青混合料最佳沥青用量的确定方法采用马歇尔试验方法。通过检测计算再生混合料的空隙率、矿料间隙率、饱和度、马歇尔稳定度、流值等各项指标参数来确定最佳新沥青用量。需要注意的是试配时再生混合料拌和的投料顺序, 即将回收沥青路面材料、粗细集料倒入预热的拌和机预拌, 然后加入再生剂和新沥青, 最后再加入单独加热的矿粉, 继续拌和至均匀为止, 总拌和时间不少于3min, 不宜颠倒混乱顺序, 影响试验成果。
2.5 配合比设计验证
厂拌热再生沥青混合料配合比设计完成后, 再生沥青混合料的性能指标也要根据道路等级, 交通量和设计行车荷载等级进行验证, 沥青混合料马歇尔各项技术指标应当符合《公路沥青路面施工技术规范》 (JTG F40) 热拌沥青混合料配合比设计的有关规定。要按照生产配合比试拌试铺, 除确定松铺系数、施工工艺等技术要求, 还要通过试验检测计算沥青混合料试件的最大理论密度、空隙率、沥青饱和度、矿料间隙率等参数, 在马歇尔试验仪上, 按照标准方法测定沥青混合料试件的马歇尔稳定度和流值。
3 结束语
我国国省级主干线绝大部分采用的是沥青混凝土路面面层结构, 从经济角度讲, 沥青厂拌热热再生技术是对旧路维护改造的一种有效方式, 既具有良好的经济效益, 又能够有效满足市场需求, 更是资源节约的有效途径。沥青路面厂拌热再生技术的运用与推广, 为建设资源节约型、环境友好型社会开拓了新路径。本文对再生沥青混合料配合比设计的相关影响因素进行了分析和研究, 列举出区别于非再生利用沥青混合料配合比设计时需要注意各项指标或参数。需要技术人员, 仔细分析, 认真研究, 合理组织, 精心设计, 尽量把有可能影响配合比以及影响施工质量的一切可变因素控制在合理区间, 设计出合理的厂拌热再生沥青混合料配合比成果。
摘要：本文对厂拌热再生沥青混合料配合比设计阶段存在的相关影响因素进行了分析和研究, 列举出了区别于非再生利用沥青混合料配合比设计时需要注意各项指标和参数。如:合理的分析评价回收沥青路面材料性能时, 应做好回收沥青路面材料样品自身的处理, 以及含水率、砂当量和矿料级配检测等;对于再生沥青混合料配合比设计时, 回收沥青路面材料的掺量、新沥青标号和用量确定、再生剂型号的选择和用量的确定等因素, 等进行了分析。提出厂拌热再生沥青混合料配比设计阶段应该注意的工作重点。
关键词：回收沥青路面材料,再生利用,配合比设计验证
参考文献
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