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近年来,我国公路事业已经进入管理养护并重的新时期,高速公路总里程已位居世界第一,早期建成的公路大多已进入大修期,其中80%以上的路面为沥青混凝土路面,这势必会有大量废旧沥青路面材料产生。据统计,我国仅干线公路大中修工程,每年产生的沥青路面旧料就达1.6亿t,然而,我国目前公路路面材料循环利用率不到30%,远远低于发达国家90%以上利用率的水平。这使得沥青混合料的回收再利用技术研究将成为我国道路工程界的研究重点,其中厂拌热再生技术能够回收利用旧路面材料并且其性能不亚于普通热拌沥青混合料,但是传统的厂拌热再生技术在较高的拌和温度及原材料加热温度的条件下会引起RAP中沥青的二次老化以及大量污染气体的产生,使得旧料掺配率低且在生产、施工过程中污染气体的大量排放,在提倡绿色公路建设的今天,为了减轻RAP的二次老化、提高旧料的利用率、降低生产温度和减少有害气体的排放,将现有的温拌技术融入厂拌热再生技术当中。本文主要针对厂拌热再生存在的问题以及温拌技术的特点,对温拌再生沥青混合料的性能进行试验研究。
原材料指标分析与选择
RAP
此次试验所选用的RAP料来自哈尔滨市某高速公路大修工程面层铣刨料。将RAP按照试验规程要求进行抽提试验和筛分试验,可知铣刨料的矿料级配组成,其级配类型基本符合AC-16级配,并将高速离心分离矿粉后的三氯乙烯回收液进行阿布森试验得到RAP中老化沥青,通过沥青三大指标试验及布氏旋转黏度试验得到路面老化沥青的各项指标。
可以看出老化沥青相比于基质沥青针入度、延度都有大幅度的降低,软化点有一定的提高,说明沥青在路面使用过程中受环境等各方面因素的影响,使得沥青老化呈现变脆、变硬、变黏的物理特性。
通过试验测得RAP中沥青含量为4.4%,并将旧集料烘干筛分得到RAP抽提后的级配。
温拌剂
温拌技术采用技术,其主要是在DAT技术的基础上,实现温拌浓缩液无需用水稀释状态下的使用,生产过程中可以直接在拌和楼中进行添加。可以实现沥青混合料工作温度下降30℃~40℃。试验过程中可以先将温拌剂加入沥青中进行搅拌,保证温拌剂充分的分散于沥青当中,温拌剂的掺量为1%。
再生剂
试验所采用的再生剂为海川op-再生剂,通过测定不同掺量再生剂下老化沥青的三大指标变化情况以控制针入度为主要指标的手段确定再生剂最佳掺量为10%。
沥青
此次试验采用的基质沥青为盘锦90号沥青,测试其性能均符合试验规程要求。
集料
试验所采用的石料均为石灰岩,经过试验矿料各项指标均符合试验规程的要求。
配合比设计及拌和压实温度确定
合成级配设计
此次试验采用AC-16型沥青混合料,设计级配采用AC-16级配中值。
最佳沥青用量确定
最佳沥青用量的确定采用马歇尔试验方法,以RAP掺量40%为例,取5组不同沥青用量,混合料中沥青由再生沥青与新沥青组成,再生沥青的质量为RAP中旧沥青与再生剂质量之和,加入1%温拌剂,在℃成型马歇尔试件,分别测定试件的稳定度、流值及密度等指标。
根据《公路沥青路面施工技术规范》中规定的最佳沥青用量计算方法,得出混合料的最佳沥青用量为4.7%,其中包括RAP原有沥青含量4.4%,旧沥青质量10%的再生剂,新添加沥青用量2.76%。并且在此沥青用量的条件下的沥青混合料各项物理力学指标均符合规范要求。同样的方法。
压实温度确定
以RAP掺量40%为例。为了确定温拌再生沥青混合料的压实温度,设计不同的压实温度,为了兼顾混合料的性能与温拌效果参考规范中对密级配热拌沥青混合料空隙率的规定范围,取中值空隙率4.5%为目标空隙率,在不同温度下成型马歇尔试件并测定其体积参数指标。
选取℃为RAP掺量为40%温拌再生沥青混合料最佳压实温度,并确定RAP掺量为30%、50%、60%的最适宜拌和及压实温度。
温拌再生沥青混合料路用性能
RAP的掺加使得混合料的压实温度有着不同程度的提高,RAP掺量越高则对碾压温度的要求就越高,在空隙率近似相等的情况下对不同RAP掺量的温拌再生沥青混合料的高温稳定性能、低温抗裂性能以及水稳定性进行测试,探究RAP掺量对混合料路用性能的影响。
高温稳定性能试验
试验通常以抗车辙性能来表征沥青混合料的高温稳定性,按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》要求进行试验,以确定的拌和、压实温度为基础制作长30cm、宽30cm、厚5cm的车辙板试件,碾压成型后在室温下放置1d,试验前在60℃恒温箱中保温5h,然后进行车辙试验。测试不同RAP掺量下混合料的动稳定度。
由表中结果可知温拌再生沥青混合料相较于温拌沥青混合料其高温性能有所提高,不同RAP掺量的温拌再生沥青混合料其动稳定度呈现随着RAP掺量的提高而提高,引起该现象的原因:一方面是随着旧料掺量的提高,为了使混合料的压实程度达到设计要求,需要在生产过程中提高原材料的预热温度以及混合料的拌和温度,导致掺量较高的混合料沥青老化程度有所提高;另一方面随着旧料掺量的提高,老化沥青所占比例越大,使得沥青呈现旧料掺量越大越黏、越硬的特性,抗高温性能提高。从而表现出RAP掺量越高动稳定度越高的特征。
低温抗裂性能试验
采用低温小梁弯曲试验来评价温拌再生沥青混合料的低温抗裂性能,按照规范要求将车辙板试件锯成长、宽、高的棱柱体小梁,试验温度为(-10℃±0.5℃),按照规定的试验跨径、加载速率等进行试验,测定小梁的低温弯曲破坏应变。
结果可知掺加了RAP的温拌再生沥青混合料的低温弯拉破坏应变均低于温拌沥青混合料;随着RAP掺量的增加呈现混合料的低温弯拉破坏应变逐渐减小的趋势,即混合料的低温抗裂能力降低,说明随着旧料的掺加,老化沥青的含量增多将会使混合料呈现模量升高、更脆、更硬的特性。当旧料掺量达到50%以上时,破坏应变呈现大幅度下降的趋势,说明老化沥青的增多已很难被新沥青与再生剂调和,从而导致混合料的低温抗裂性能大幅下降。
水稳定性能试验
目前国内用于评价混合料水稳定性能的试验有浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验,根据已有的研究认为冻融劈裂试验比浸水马歇尔试验条件更为苛刻,故采用混合料冻融劈裂试验评价温拌再生沥青混合料的水稳定性能。按照规范要求制件。
可知旧料掺量下的温拌再生沥青混合料水稳定性能均满足普通热拌沥青混合料的规范要求,旧料掺量在40%以内时温拌再生沥青混合料的水稳定性能并无太大变化,当旧料掺量达到50%时冻融劈裂强度比出现了大幅度的降低,混合料水稳定性能急剧下降。
结语
(1)在相同温拌剂掺量的情况下,温拌再生沥青混合料随着旧料掺量的增加,其温拌效果越不明显,需要通过增加拌和、压实温度及部分原材料的加热温度来达到目标空隙率。
(2)温拌再生沥青混合料的高温稳定性优于温拌沥青混合料,低温抗裂性能均低于温拌沥青混合料,在RAP掺量高于50%时,其水稳定性低于温拌沥青混合料。
(3)温拌再生沥青混合料高温稳定性随RAP的掺量增加而提高,低温抗裂性能随RAP的增加而下降,在RAP掺量为40%~50%、50%~60%时低温性能下降尤为明显,且在掺量为50%和60%时,已不满足规范对普通热拌沥青混合料低温弯拉破坏应变的要求。
(4)基于温拌再生沥青混合料绿色环保的优点及混合料的性能考虑,建议最优的RAP掺量在30%~40%,冬季寒冷地区旧料掺量不宜大于40%。