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大摻量的廠拌熱再生瀝青路面設計實例研究
2023年05月26日    閱讀量:241526    新聞來源:瀝青網 sinoasphalt.com  |  投稿

摘 要:

論述了瀝青回收的改進工藝,包括采用油浴加熱方式、持續加熱時間的標準化和空白瀝青標定; 提出了考慮瀝青黏附與設備誤差的集料有效密度測量方法;以體積法設計大摻量的廠拌熱再生瀝青路面,并進行了使用性能驗證,為工程界提供具有可操作性的設計與施工方案。


關鍵詞: 廠拌熱再生瀝青路面;瀝青回收;集料密度;大摻量設計


1 引言


近年來,我國的瀝青路面建設有了長足的發展。隨著使用年限的增長,相當一部分瀝青路面的路用性能已不能滿足使用要求,若對其銑刨并廢置填埋,則會造成較大的環境污染[1,2]瀝青網sinoasphalt.com。瀝青路面的再生利用技術可以節約資源并顯著降低公路建設成本[3]。廠拌熱再生瀝青是公認的相對穩定的再生利用技術,能夠為工程界提供及時和具有良好性能的道路養護與修復。一般而言,舊瀝青混合料的摻量為 10%~30%。應用的范圍包括道路路面、機場跑道等[4,5]。


廠拌熱再生瀝青路面作為多工序的單一工業產品,其質量必定受到多種因素的影響[6,7]:包括舊回收料(又稱 RAP 材料、舊瀝青混合料,英文全稱為 Reclaimed Asphalt Pavement)、新集料、瀝青、設計方法、拌合工藝、運輸、攤鋪、碾壓、自然環境等。為了提高廠拌熱再生瀝青路面的設計與施工質量可靠性,本文指出了瀝青回收試驗、集料密度試驗的具體方法,并設計舊回收料產量比例為 50%的瀝青混合料,提出了施工技術要點,具有較為明顯的方法創新性和工程實用性。


2 改進的舊瀝青回收工藝


在進行廠拌熱再生瀝青路面設計時,需要明確舊瀝青的路用性能,進而為新舊瀝青摻配比例和選用新瀝青等級提供基礎數據。目前,常用的瀝青回收試驗方法為阿布森法,主要是通過蒸發溶劑(三氯乙烯等)來回收瀝青,儀器簡單,價格低廉,其主要問題是溶劑不能徹底清除。采用油浴加熱代替加熱套加熱,可以提高清除效率。同時,采用空白瀝青標定的方法來明確回收溶劑對瀝青性能的影響,比較原狀瀝青與回收瀝青的針入度等指標差異。


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由表 1 可知,與原狀瀝青相比,回收瀝青的針入度偏大、軟化點較低、密度減少、黏度降低。說明三氯乙烯溶劑沒有完全蒸發。


針對以上問題,改進了試驗步驟,適當延長加熱時間,檢查二氧化碳通氣量是否充足。最佳的持續加熱時間為 25~30min,瀝青質量與溶劑質量比值為 1:6,選取兩個不同的試驗人員和設備,進行了對比試驗。


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由表 2 可知,在持續加熱時間為 25min,保證二氧化碳通氣量的穩定和持續的條件下,兩個試驗的結果較為類似,其中,編號為 4 的瀝青試驗出現了測量誤差??梢?,該方法是有效可靠的,因此,推薦采用以上方法進行瀝青回收試驗。


3 集料有效密度試驗


瀝青路面是由瀝青膠漿、集料和空氣等組分構成。不同規格的集料級配在一定范圍內波動,這就使得目標配合比與生產配合比之間存在差異。換言之,集料的級配波動和質量不穩定是造成瀝青路面施工質量控制困難的重要因素之一。同時,舊回收料的來源、瀝青含量、原材料質量要比新集料更加復雜,因此,又進一步加大了再生瀝青混合料的質量控制難度。


集料有效密度 ρe 是準確設計瀝青用量的關鍵參數,也是瀝青混合料體積設計方法的基本指標。所謂的集料有效密度是指在規定的條件下集料的單位有效體積的質量。有效體積為集料的閉口孔隙、未被填充的開口孔隙和實體體積。


本文論述了 1 種集料有效密度測量的改進方法,主要試驗步驟為:(1)在 25℃條件下,測量瀝青的相對密度;(2)對容器 + 鋼制攪拌勺的空中質量和水中質量進行測量,分別記為m1 和 m1';(3)選取有代表性的各檔粒徑集料 1 200g 左右,稱量其烘干后的質量 m,然后,和攪拌勺一起加熱至 160℃;(4)取兩份瀝青,分別加熱至 160℃和 120℃;(5)取出裝有集料的容器置于加熱電爐上,滴入 160℃的瀝青 5g,用鋼勺攪拌均勻,重復 5 次左右,直到瀝青攪拌均勻、無花白料和多余瀝青沉積在容器底部,鋼勺留置在容器內;(6)在室溫條件下將瀝青混合料溫度降至 120℃,加入大量溫度為 120℃的瀝青,均勻攪拌 3min,用吹風機將氣泡清除干凈;(7)冷卻至室溫,測量瀝青混合料試樣(瀝青 + 集料)+ 容器 + 攪拌鋼勺的空氣質量 m;(8)在水中恒重 2h,測量瀝青混合料試樣(瀝青 + 集料)+ 容器 + 攪拌鋼勺的水中質量 M';集料有效密度的改進計算方法如下:


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式中, ρw 為 25℃條件下水的密度;ρ b 為 25℃條件下瀝青相對水的密度。


按下式計算改進后的集料毛體積密度:


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式中,m2 為瀝青 + 容器 + 攪拌鋼勺的空氣中質量;m′2 為瀝青+ 容器 + 攪拌鋼勺的水中質量。


在上述試驗方法中,分次、分溫度(160℃和 120℃)加入瀝青,是為了確保氣體的順利排出,保證流動性,減少試驗步驟,降低系統性誤差。試驗結果如表 3 所示。

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采用真空法測量的集料有效密度更為接近真實值,能夠最大限度地將集料表面和開口孔隙中的空氣抽除干凈。因此,可將其作為基準值。以 A 混合料為例,其真空法測得的最大理論密度為 2.74 g/cm3,表干法測得的最大理論密度為 2.726g/cm3,相差了 0.014 g/cm3,改進后的密度試驗方法測得值為2.736 g/cm3,可見,與真空法實測值更為接近。需要說明的是,改進后的密度試驗方法適用于多孔隙或少孔隙的各種集料類型。這樣,也就從原理上保證了廠拌熱再生瀝青混合料設計的科學性與合理性。


 4 大摻量的廠拌熱再生瀝青路面設計


本文以馬歇爾設計方法進行了大摻量(舊回收料)的廠拌熱再生瀝青混合料的配合比設計,其設計步驟為:(1)選取有代表性的舊瀝青混合料;(2)試驗室分析。確定舊瀝青混合料的組成與性能,新舊瀝青混合料的摻配比例,選擇新瀝青、新集料,在試驗室試配、拌和、壓實與性能驗證(; 3)確定廠拌熱再生瀝青混合料的最佳配合比。


瀝青為 AH-70(密度為 1.05g/cm3),新集料為石灰巖。1號 ,2 號 ,3 號 ,4 號 和 5 號集料的毛體 積密度分別為2.691g/cm3,2.69g/cm3,2.688g/cm3,2.66g/cm3 和 2.649g/cm3,表4 為集料的篩分試驗結果。


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粗銑刨料和細銑刨料的油石比分別為 1.8%和 6.2%,采用改進的有效密度試驗方法測量其毛體積密度,對于粗銑刨料,粒徑大于 4.75mm 的舊回收料有效密度為 2.71g/cm3,粒徑小于 4.75mm 的舊回收料有效密度為 2.714g/cm3。對于細銑刨料,粒徑大于 4.75mm 的舊回收料有效密度為 2.723g/cm3,粒徑小于 4.75mm 的舊回收料有效密度為 2.729g/cm3。


通過對摻加舊回收料的瀝青混合料進行試配,得到表 5的級配,對應的生產配合比為:1 號集料、2 號集料、3 號集料、4號集料、5 號集料、粗銑刨料、細銑刨料的百分比分別為15,11,7,12,5,25,25。油石比為 3.8%。

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對成型后的瀝青混合料試樣進行體積指標測定,試驗結果均能滿足技術要求。測得的馬歇爾殘留穩定度為 89%(技術要求為大于 80%),凍融劈裂試驗結果為 86%(技術要求為大于 75%),動穩定度試驗結果為 2 132 次 /mm(技術要求為大于 1000 次 /mm)。表 6 是瀝青混合料體積性質指標。


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5 結論

本文通過對廠拌熱再生瀝青路面全過程設計與施工的研究,在對舊瀝青回收、集料密度測量進行改進的基礎上,進行了舊回收料大摻量的再生瀝青混合料設計研究,結論如下:

1)針對瀝青回收方法對其性能和新舊瀝青混合比例有著重要影響,采用空白瀝青標定、規范加熱方式與時間,能夠提供較為穩定的試驗結果。

2)為了準確測量集料的有效密度,采用考慮試驗設備的密度測量方法,并給出了計算公式,通過與真空法對比,改進后的密度測量結果與實測值更為接近。

3) 設計了舊回收料摻量比例為 50%的廠拌熱再生瀝青混合料,明確了相應的級配、油石比、設計控制指標和體積指標,經過性能試驗證明,可以滿足實際工程要求。


參考文獻:

【1】朱成.高比例RAP熱再生瀝青混合料性能試驗研究[D].廣州:華南理工大學, 2012.

【2】方楊,劉宇,張國民.高摻量RAP廠拌熱再生混合料高溫穩定性能研究[J]. 公路, 2013 (4): 99-102.

【3】楊成.RAP摻量對再生瀝青及再生瀝青混合料性能的影響[J].公路工程, 2016, 41(6): 299-302.

【4】王真,黃文婷,李振,等.溫拌再生瀝青混合料性能的試驗研究[J].科學技術與工程, 2014 (1): 273-276.

【5】馬煜纓.纖維加強再生瀝青混合料的壓實特性研究[J].科學技術與工程, 2014 (8): 256-259.

【6】陳強,吳文亮,王端宜,等.耐久性再生集料半剛性基層瀝青路面三階段結構設計[J].科學技術與工程, 2014 (2): 247-251.

【7】Shirodkar P, Mehta Y, Nolan A, et al. A study to determine the degree of partial blending of reclaimed asphalt pavement (RAP) binder for high RAP hot mix asphalt. Construction and Building Materials, 2011, 25(1): 150-155.


標簽:綜合論文,技術中心,再生瀝青
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