时间:2024-08-31
蔡紫艳
(江苏淮安交通勘察设计研究院有限公司,江苏 淮安 223001)
目前我国高速公路总里程已居世界第二,在不断铺设新公路的同时,公路养护技术和养护管理已经得到人们越来越多的重视。由于交通的日益繁重,超载、重载的车辆越来越多,以及施工中质量控制不严等原因,据2009年的统计,我国每年需要翻修的沥青路面大约有12%,而产生的废旧沥青混合料量达到约220万t,而如今每年的翻修量将会更多。
若将铣刨下来的沥青混合料废弃,不但造成了严重的浪费,而且还占据了大量的土地,同时影响了当地的环境。因此欧美发达国家很早便开始了对废旧路面材料回收利用的研究,再生利用率普遍达到75%,有些国家甚至实现了百分百的利用[1]。我国在该方面的研究起步较晚,尚缺乏较为完善的系统研究成果。因此我们需要从混合料设计、性能评价、施工工艺、质量控制及相关设备研发等关键技术问题入手进行深入的研究,以缩短在再生方面与欧美国家的差距。
我国将沥青路面再生技术分为四大类,包括厂拌热再生、现场热再生、厂拌冷再生和现场冷再生[2]。不同的再生方法具有各自相应的特点,确定合理的再生方法和实施方案,需根据原路面的损坏类型、损坏程度及相关配套工程条件而决定的。本文现从冷再生研究的最为基础的混合料设计进行试探性的研究。
本研究所采用的旧沥青混合料取自于某高速公路淮安段铣刨、破碎后得到的。采用离心抽提仪将RAP中的集料和沥青分离以后,用阿布森法分离回收溶液中的沥青和三氯乙烯,从而得到RAP中的旧沥青样品。得到RAP中沥青含量为4.7%,回收沥青的各项指标测试结果如表1所示。
表1 回收后的旧沥青三个指标
针入度、延度的显著降低、软化点的升高说明回收的沥青老化程度较为严重。
一般铣刨后的RAP含有未充分破碎的块状或片状旧沥青混合料,若直接应用,这些由粒径较小的一些集料组成的团块与粗骨料的尺寸类似,但无法在新的混合料中起到骨架作用。为了保证再生混合料的使用性能,严格的控制再生混合料的级配,应对RAP进行二次破碎。采用离心抽提仪分离完全破碎后的RAP中的集料,将抽提后的材料进行筛分分析,其结果见表2所示。
表2 RAP抽取后的级配组成
从表2可以看出,抽提后集料偏细,级配大部分落在规范的范围之内,与规范上限比较接近,但各别档料超出了级配规定的范围。集料偏细的原因可能是由于行车荷载的长期作用、铣刨和二次破碎所造成的。
采用慢裂型阳离子乳化沥青,宜在常温下使用,使用温度不超过60℃。乳化沥青的主要技术指标如表3所示。
表3 乳化沥青技术指标测试值
由于旧料本身可能存在微小裂纹,并且铣刨后的RAP级配未必适合再生层的级配,因而需要另外添加新的集料。新矿料为石灰岩,测得其压碎值为16.7%,加入量为再生混合料质量的20%左右。
矿粉采用石灰岩矿粉,表观密度为2.74,其他指标均满足规范要求。
综合美国沥青协会AI、美国联邦高速公路管理局FHWA、日本和中国等对沥青稳定基层级配的规定[4],采用接近于我国粗粒式级配范围中值的级配进行配合比设计研究。研究按照RAP∶碎石∶水泥=84∶15∶1的比例进行掺配,得到的合成级配应满足AM-25沥青碎石的级配范围见表4所示。
表4 再生混合料合成级配范围
有关研究表明,乳化沥青、泡沫沥青冷再生添加超过2%的水泥会对稳定层的疲劳特性带来不利的影响。参考《公路沥青路面冷再生技术规范》(JTG F41—2008)中用规定的水泥含量为1%~2%进行试验[5],为减少该研究的工作量,试验时采用的水泥含量为1.5%。
乳化沥青冷再生混合料拌和过程需要加入水,其压实性能与土的类似,都存在一个最佳的含水量,而且在最佳含水量下,混合料的干密度将达到最大值。水泥在水化过程中需要有充足的水分,并且适量的水能使乳化沥青均匀地分散在集料表面,润滑集料,有利于混合料的压实。
将RAP、新集料、矿粉和水泥按照设计的掺配比例混合,通过重型击实试验确定最佳含水率,结果见图1所示,试验确定乳化沥青冷再生混合料的最佳含水量为6.0%。
图1 乳化沥青冷再生混合料的击实曲线
按照合成级配进行掺配后,加入最佳含水量,然后按四个油石比加入乳化沥青:3.5%、4.0%、4.5%和5.5%,进行拌合,制作试件,并按《公路沥青路面再生技术规范》(JTJ F41—2008)中规定的试验方法,在常温下分别测试各初试乳化沥青用量的再生混合料干ITS和湿ITS,并计算干湿劈裂强度比(简称“强度比”),试验结果如表5所示。按照湿劈裂强度最大,同时兼顾干ITS和劈裂强度比较大的原则,确定出再生混合料的最佳乳化沥青用量为4.0%。
表5 不同乳化沥青用量下混合料的劈裂强度试验
制备冷再生沥青混合料马歇尔试件,检测其马歇尔稳定度、流值、孔隙率等指标,测试结果见表6所示。与规范相比,采用该方法设计的再生混合料的最佳乳化沥青用量略小,且马歇尔稳定度较高。
表6 再生混合料性能检测
借鉴国内外再生沥青混合料配合比设计的经验,得出了该研究的乳化沥青冷再生混合料AM-25的级配组成。结果表明,采用本文方法设计的再生混合料的最佳乳化沥青用量略小,且马歇尔稳定度较高。
[1]拾方治,马卫民.沥青路面再生技术手册[M].北京:人民交通出版社,2006.
[2]张金喜.道路工程材料资源循环利用技术[M].北京:人民交通出版社,2008.
[3]徐剑,黄颂昌.北京市道路材料再生利用技术指南和标准研究报告[R].北京:交通运输部公路科学研究所,2009.
[4]拾方治,李秀君,孙大权,等.冷再生沥青混合料设计方法概述[J].公路,2004,(11):102-107.
[5]JTG F41—2008,公路沥青路面再生技术规范[S].
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