沥青路面再生利用技术（二次就地热再生在高速公路沥青路面养护中的应用）

沥青路面再生利用技术（二次就地热再生在高速公路沥青路面养护中的应用）依据再生规范要求 对新添加的原材料进行了相关试验分析 包括集料的密度、级配以及沥青的相对密度等 试验结果详见表1、表2。图2 原路面网裂 下载原图为深入贯彻《交通强国建设纲要》关于“推广施工材料、废旧材料再生和综合利用 提高资源再利用和循环利用水平”的战略要求 “十三五”期间江西省积极推广绿色、低碳和环保型路面养护技术 其中就地热再生技术应用时间较早且规模广泛 部分再生路段已通车运营5年以上 出现局部沥青老化、细集料剥落、轻微裂缝等病害 急切面临二次养护问题 而采用传统铣刨重铺技术成本高、资源消耗大 二次再生技术可有效提高就地热再生路面铣刨料的循环再利用水平 为探索就地热再生路面二次再生的可行性 本文选取大广高速公路武吉北段上行K2776 300～K2778 670作为二次就地热再生试验段 为该技术的后续推广应用提供参考和积累经验。大广高速公路(G35)武吉北段于2008年通车 路面结构为

谭志兵 徐志祥

江西省交通投资集团路网运营管理公司 江西省交通投资集团路网运营管理公司养护技术中心

摘 要：为探索就地热再生路面二次再生的可行性 本文选取大广高速公路武吉北段上行K2776 300～K2778 670作为试验段 该路面上面层在2015年已实施就地热再生养护。通过对原材料和原路面RAP料分析 依据初选目标比配合设计结果 在施工过程中不断增加新旧料掺配比并调整新料的级配 得到3种级配方案的试验段 通过现场试验检测数据可知 级配3试验段的各项检测指标满足规范要求;通过室内试验检测数据可知 级配3试验段的沥青混合料抗水损害、高温稳定和低温抗裂性能满足规范要求。最后 在试验段通车一年后进行跟踪检测 级配3试验段路用性能检测指标仍满足规范要求。

关键词：公路工程;二次再生;就地热再生;路面养护;

0 引言

为深入贯彻《交通强国建设纲要》关于“推广施工材料、废旧材料再生和综合利用 提高资源再利用和循环利用水平”的战略要求 “十三五”期间江西省积极推广绿色、低碳和环保型路面养护技术 其中就地热再生技术应用时间较早且规模广泛 部分再生路段已通车运营5年以上 出现局部沥青老化、细集料剥落、轻微裂缝等病害 急切面临二次养护问题 而采用传统铣刨重铺技术成本高、资源消耗大 二次再生技术可有效提高就地热再生路面铣刨料的循环再利用水平 为探索就地热再生路面二次再生的可行性 本文选取大广高速公路武吉北段上行K2776 300～K2778 670作为二次就地热再生试验段 为该技术的后续推广应用提供参考和积累经验。

1 应用路段选取

大广高速公路(G35)武吉北段于2008年通车 路面结构为4cm AC-13 6cm AC-20 8cm AC-25 8cm ATB-25 在运营7年后 部分路面出现抗滑不足、细集料剥落等表面功能性病害 但未见明显的结构性病害 因此 采用较为适宜的就地热再生技术进行了预防性养护。2020年 部分就地热再生路面开始出现细集料剥落、局部网裂、纵向裂缝、轻微车辙等病害 如图1、图2所示 由于沥青路面结构层较好 大多数病害仍主要发生在上面层 适合进行就地热再生技术开展二次预防性养护。综上所述 结合现场调查情况 本文选取大广高速公路武吉北段上行K2776 300～K2778 670路段进行二次就地热再生试验段。

图1 原路面纵向裂缝 下载原图

图2 原路面网裂 下载原图

2 目标配合比设计2.1 原材料试验

依据再生规范要求 对新添加的原材料进行了相关试验分析 包括集料的密度、级配以及沥青的相对密度等 试验结果详见表1、表2。

表1 原材料试验结果 下载原图

表2 矿料筛分结果 下载原图

2.2 回收料(RAP)试验

对原沥青路面现场取样 进行抽提及筛分试验 结果见表3和图3。可以看出 经过长期行车荷载的作用 原路面RAP沥青混合料级配偏细 0.15mm通过率偏高 油石比为4.67% 最大理论相对密度为2.563。

表3 原路面RAP筛分结果 下载原图

图3 原路面RAP级配 下载原图

取RAP料进行加热松散 并采用旋转法对旧沥青回收后进行常规试验 以判断旧沥青的性能。旧沥青的常规试验检测包括针入度、软化点、延度 试验结果见表4。可以看出 旧沥青的针入度和延度已不满足规范要求。

表4 旧沥青三大指标试验结果 下载原图

2.3 沥青再生剂(RA)掺量确定

将回收的旧沥青按不同剂量掺加再生剂 充分混合均匀后静止24h 并进行常规试验。试验结果见表5 试验中再生剂掺量为再生剂重量占旧沥青重量的百分比。由表5分析可知 沥青再生剂(RA)掺量达到3%后沥青各项指标即可达到规范要求 掺量达到5%后5℃延度不满足规范要求 结合工程实践经验 本文采用再生剂(RA)掺量为原路面沥青混合料中沥青含量的3%。

表5 不同再生剂掺量下沥青三大指标试验结果 下载原图

2.4 最佳矿料级配确定

根据现场情况并结合以往设计经验 本文提出掺配22%的新沥青混合料。依据规范设计要求 根据新集料的实际筛分结果 首先初选出粗、中、细三个级配(级配A、级配B、级配C) 分别制作马歇尔试件 得出试件的体积指标 根据体积指标初选一组满足或接近设计要求的级配作为设计级配。表6为初选级配矿料配合比组成 表7为沥青混合料初选合成级配的通过率和级配控制要求 图4为初选粗、中、细三种级配曲线图。

表6 初选级配组成 下载原图

表7 初选粗、中、细级配及级配要求范围 下载原图

图4 原路面RAP级配 下载原图

参照沥青路面AC-13C目标配合比的工程应用情况 选择4.9%作为3种试级配油石比 制作马歇尔试件 测定空隙率、间隙率和饱和度等指标 结果见表8。可以看出 级配B和级配C各种试验指标均满足规范要求 根据经验选定级配B为最佳矿料级配。

表8 三种级配马歇尔试验结果 下载原图

注*表示要求空隙率4、5、6所对应的VMA最小值分别为14、15、16 当空隙率不是整数时 由内插确定要求的VMA最小值。

2.5最佳油石比确定

按设计矿料比例配料 采用5种油石比进行马歇尔稳定度试验 结果见表9。

表9 不同油石比下马歇尔试验结果 下载原图

注:*表示要求空隙率4、5、6所对应的VMA最小值分别为14、15、16 当空隙率不是整数时 由内插确定要求的VMA最小值。

图5 密度、空隙率、稳定度、流值、饱和度与油石比的关系 下载原图

表9为不同石油比下设计级配马歇尔试验结果 根据试验结果分别绘制密度、空隙率、稳定度、流值、饱和度与油石比的关系曲线(图5) 从曲线上找出相应于最大密度、最大稳定度、目标空隙率(或中值)及沥青饱和度范围中值对应的4个油石比 求出四者的平均值作为最佳油石比初始值OAC1;如果选择试验的油石比范围、密度或稳定度没有出现峰值 可直接以目标空隙率所对应的油石比作为OAC1。然后 以各项指标均满足沥青混凝土标准要求的油石比范围(OACmax OACmin)的中值为OAC2。如果最佳油石比的初始值OAC1在OACmax与OACmin之间 则认为设计结果是可行的 可取OAC1与OAC2的中值作为目标配合比的最佳油石比OAC 并结合当地的气候特点和实际情况得出最佳油石比。如果OAC1不在OACm a x与OACmin之间 则需要重新进行配合比设计。

根据关系图可知 试件毛体积相对密度没有出现峰值 设目标空隙率为4.5%所对应的油石比为4.73% 即OAC1为4.73%。由各项指标与油石比的关系图可得符合沥青混凝土标准要求的油石比范围为4.82%～5.45% 其中值为5.14% 即为OAC2。OAC1与OAC2的平均值为4.93% 根据设计经验和当地气候条件取油石比4.9%为最佳油石比。

2.6 混合料性能检验

为检验沥青混合料的抗水损害性能 按照设计要求分别进行冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验 结果见表10、表11。

表1 0 冻融劈裂试验结果 下载原图

表1 1 浸水马歇尔试验结果 下载原图

为检验沥青混合料的高温稳定性能 在(60 1)℃、(0.7 0.05) MPa条件下进行车辙试验 车辙试件动稳定度试验结果见表12。

综上所述 得出配合比设计结果 见表13。

表1 2 动稳定度试验结果 下载原图

表1 3 配合比设计结果 下载原图

3 应用实施及效果

基于目标配合比设计结果 为最大化试验段的价值 施工期间根据实体工程效果和检测指标及时调整配合比和碾压方案 在试验段内共采用了3种级配进行施工 分别为级配1、级配2和级配3。3个级配试验段的详细信息见表14。

表1 4 二次再生试验段施工情况 下载原图

针对不同生产配合比的二次再生混合料和施工现场进行了试验检测 具体结果见表15。

表1 5 二次再生混合料和实体工程检测情况 下载原图

通过以上试验结果 结合现场情况可知:二次就地热再生级配3(11～16mm∶6～11mm∶0～3mm∶RAP=5.0%∶11.0%∶4.0%∶80%)试验段各项检测数据满足技术要求 铺面效果良好。为了进一步验证混合料的路用性能 本文采用级配3进行了浸水马歇尔、冻融劈裂、高温车辙和低温弯曲梁试验 具体结果见表16～表19。

表1 6 浸水马歇尔稳定度试验结果 下载原图

表1 7 冻融劈裂试验结果 下载原图

表1 8 动稳定度试验结果 下载原图

表1 9 低温弯曲试验结果 下载原图

通过以上试验数据可以看出 二次就地热再生级配3的沥青混合料抗水损害性能、高温稳定性能和低温抗裂性能均满足要求。

4 跟踪检测情况

在试验段通车1年后 本文对3个级配的试验段进行了现场调查和跟踪检测 包括路用性能检测和取芯检测 芯样如图6所示 检测结果见表20。

通过现场调查 结合以上检测数据可知:3个级配的层间黏结均良好 级配1和级配2的芯样空隙较多 而级配3的芯样空隙最少 最为密实 路用性能检测指标最佳。

图6 级配1、级配2和级配3试验段芯样 下载原图

表2 0 二次再生试验段施工情况 下载原图

5 结语

本文选取大广高速公路武吉北段2015年就地热再生路段作为试验段 探索二次就地热再生养护技术的可行性 通过目标配合比设计确定了再生剂用量、矿料级配和油石比 并对混合料性能进行了验证 在目标配合比的基础上进行施工 得到3个级配的试验段 由施工后检测数据和通车1年后跟踪检测数据可知:级配3试验段(11～16mm∶6～11mm∶0～3mm∶RAP=5.0%∶11.0%∶4.0%∶80%)各项检测数据满足技术要求 铺面效

果良好 二次就地热再生养护技术具有可行性。

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