沥青混凝土路面就地热再生施工技术作为一种环保高效的沥青混凝土路面养护措施近年来得到广泛运用。由于不同路面设计和施工存在较大差异,在路面就地热再生之前都要对旧路面进行详细评价并进行再生沥青混合料设计。
再生沥青混合料配合比设计时,需肯定回收沥青混合料的掺量,新沥青用量及新集料的级配及用量,即在肯定新沥青混合料掺量的条件下,通过调剂新沥青混合料的级配和沥青含量来调剂合成后再生沥青混合料的级配。调剂新沥青混合料级配的根据通常是通过室内实验肯定再生混合料的高温、低温稳定性和水稳定性,进而肯定最好的新沥青混合料级配。这类肯定新混合料级配的方式建立在室内实验的基础上,以新混合料添加量精确控制为条件,与实际施工状态脱离,存在着局限和不足。
新旧沥青混合料构成比例影响因素
鞍山森远SY再生机组为近年来广泛运用的沥青混凝土路面再生装备,本文以该机组施工为例,其进行就地热再生时,新沥青混合料添加量平均为再生后沥青混凝土质量的10%。以此为条件,设计再生沥青混合料时新旧沥青混合料以1:9的比例进行掺配,并进行相干实验。但是在现场施工时,新旧沥青混合料的比例常常遭到以下因素的影响:
(1)原路面铣刨深度的控制精度。原路面铣刨时由标高控制装置自动控制铣刨深度,但是随铣刨车前进各段路面铣刨深度由于车辆不稳定行驶及机械运行的误差会有一定的波动,铣刨出的旧混合料总量也产生波动和变化。
(2)添加新混合料的控制精度。新混合料添加方式为料斗中新混合料从出料孔中由重力作用自由落下。料斗中剩余新混合料的质量在不断变化,其从出料孔中落下的速度也随之变化,则添加的新混合料质量总是处于波动中。
(3)松铺厚度的影响。沥青混凝土路面就地热再生针对的是路面的面层,深度为4~6cm,一般再生后路面要求路表标高保持不变。为到达这1目的,松铺厚度总是需要随着混合料压实的情况不断进行调剂,保证路面压实良好的条件下到达要求的标高。这就会致使在松铺前不断调剂新混合料添加量,保证再生沥青混合料有恰当的总量供应摊铺需求,则新混合料的添加量必定处于波动中。
由于以上因素,新旧沥青混合料的比例总是在产生变化。根据施工中新混合料添加量记录,其占再生混合料的质量比例在8%~14%范围内波动,部份路段和点位最高可达16%。
新沥青混合料的掺量在施工中不断波动,而室内实验以肯定的新沥青混合料掺量为条件设计再生沥青混合料,这必定致使实际施工中再生沥青混合料级配变异性的增大。
新沥青混合料掺量影响分析
在设计再生沥青混合料时,通过设计不同级配的新沥青混合料与RAP掺配来改良再生混合料级配。但由于就地热再生施工时新旧混合料比例不断变化,这就需要研究新混合料在肯定比例下设计的级配对于施工中再生混凝土的级配影响。
再生沥青混合料级配设计
对不同的道路和路段的上面层RAP级配差别较大,以昌9(南昌-九江)高速公路其中一个标段的AC-13型沥青混合料上面层为例,通过室内实验分析得到其RAP级配,同时以添加新混合料为总量的10%的标准,设计了A、B、C三种新沥青混合料级配,与RAP合成后构成A、B、C3种设计级配。以设计级配各筛通过率与RAP的各筛通过率作差,差值定义为P(%),其代表了设计级配与RAP级配的偏离程度,A、B、C三个级配的P值分别定义为Pa,Pb,Pc。
以RAP级配为标准,A级配靠近原RAP级配,各筛通过率差值小于±1.1%;B级配为适当偏粗级配,2.36mm与4.75mm两筛孔通过率较RAP小,接近-3%;C级配为适当偏细级配,4.75mm筛孔通过率较RAP大,接近+2%。
新沥青混合料掺量对级配影响分析
如第二节所述,在施工中新旧沥青混合料构成比例在不断变化,现研究新沥青混合料占总量的8%、12%、14%,16%这几种情况下合成级配的变化情况。以不同新沥青混合料掺量下的合成级配与设计级配各筛通过率作差,差值定义为Q(%),其代表了不同新混合料掺量下合成级配与设计级配的偏离程度,A、B、C三个级配的Q值分别定义为Qa,Qb,Qc。
随着新沥青混合料掺量的不同,A级配产生的变化较微弱,各筛通过率差值均不足±1%;B级配各筛通过率则表现出较明显的变化,随新沥青混合料掺量增大,4.75mm筛孔通过率逐步减小,接近-1.8%;C级配仅在4.75mm筛孔处表现较大差值,随掺量增大该筛孔通过率差值最高达+1.1%;
现分别以Pa,Pb,Pc作为横坐标P,相同筛孔下对应的Qa,Qb,Qc为纵坐标Q,分别作各级配不同新沥青混合料掺量下的(P,Q)散点图。
①各级配中P与Q有良好的线性关系,表明设计级配和RAP的偏离程度影响不同新沥青混合料掺量下合成级配与设计级配的偏离程度;②各级配中除设计掺量(新沥青混合料掺量为10%)外,各掺量下以横坐标P=0为分界点,越阔别该值,Q的绝对值越大,表明设计级配越偏离RAP级配时,各新沥青混合料掺量下合成级配越偏离设计级配;③各级配中随新沥青混合料掺量的增加,回归直线的斜率增大(即Q值的变化范围增大),表明新沥青混合料掺量的增加引发合成级配的更大变化。
新沥青混合料掺量对沥青含量影响分析
各级配新沥青混合料沥青含量与RAP沥青含量不同,当新沥青混合料的掺量产生变化时,合成沥青混合料的沥青含量也会产生变化。
A、C级配新沥青混合料中,设计的最好沥青含量接近RAP沥青含量,则A、C级配新沥青混合料掺量产生变化时,合成混合料的沥青含量变化微弱;B级配新沥青混合料中,设计的最好沥青含量较低,则当其掺量变化时,合成混合料的沥青含量变化幅度相对较大。总体上三个级配新沥青混合料掺量变化后的合成混合料沥青含量与混合料级配粗细的变化趋势相匹配,且掺量不同致使的沥青含量变化幅度较小(最大为B级配的变化幅度0.15%),认为掺量变化后的沥青含量仍为其最好沥青含量。
现场混合料级配分析
在实验路现场铺筑中,采取了A、B两种差异较大的级配,便于显示级配带来的混合料性能差异,同时在铺筑现场取某段A、B两种混合好的沥青混合料进行级配分析。
同时以现场两个级配实际筛分结果为标准,分别计算出Pa、Pb(设计级配各筛通过率与RAP的各筛通过率差值)。
现场施工中A级配沥青含量接近新沥青混合料添加量为14%的理论沥青含量,B级配沥青含量接近新沥青混合料添加量为13%的理论沥青含量,二者均接近其设计值。
现场施工A级配十分接近其设计级配,而B级配明显偏离设计级配,部份筛孔通过率已靠近级配下限。
①现场混合料中A级配Qa值在±1%内,而B级配该值(Qb)最大变化范围已达-3.5%,表明B级配偏离设计级配更严重;②两个级配的Qmax值均比新沥青混合料添加量为16%时的Qmax值大,表明现场混合料级配散布与设计值相比更加离散,这主要与现场施工所用的新沥青混合料和RAP的级配变异性有关;③对现场混合料两个级配的P-Q值做多元线性回归,B级配的回归参数为0.5771,小于A级配的0.7331,表明B级配相对A级配,其各筛孔通过率的变化更加离散。
综合新沥青混合料掺量影响分析与本节现场混合料级配分析可以看到,设计的新沥青混合料级配偏离RAP级配越大,由新沥青混合料掺量变化带来的再生沥青混合料级配变化越大。新沥青混合料级配靠近RAP级配时,其掺量不同引发的再生沥青混合料级配变化小,在施工中具有良好的适用性。因此,在RAP级配可作为再生沥青混合料级配的条件下,推荐设计的再生沥青混合料级配靠近原RAP级配,利于再生沥青混合料级配稳定。
结语
对就地热再生沥青混合料级配,以室内级配设计与分析、现场施工特点与混合料级配分析表明:(1)就地热再生施工添加新混合料时,添加比例受机械状态、原路面状态影响,添加比例总在波动中,会对再生沥青混合料级配产生影响。(2)设计的再生混合料级配越偏离RAP级配,由新沥青混合料掺量变化致使的再生混合料级配变化越大。(3)偏离RAP级配的设计级配受新沥青混合料添加比例的波动影响会致使再生混合料级配发生较大偏差;在RAP级配可作为再生沥青混合料级配的条件下,推荐设计的再生沥青混合料级配靠近原RAP级配。
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