吳春穎，于明明，劉開瓊

(1. 江蘇省交通科學(xué)研究院股份有限公司，江蘇 南京 210017； 2. 新型道路材料國家工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 211112)

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橡膠瀝青再生舊瀝青路面技術(shù)應(yīng)用研究

吳春穎1,2，于明明1,2，劉開瓊1,2

(1. 江蘇省交通科學(xué)研究院股份有限公司，江蘇 南京 210017； 2. 新型道路材料國家工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 211112)

依托貴州省道S305線大中修改造工程，對(duì)廢舊輪胎橡膠瀝青再生舊瀝青路面技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用研究，給出了確定“橡膠瀝青+再生瀝青”混溶比例的方法，驗(yàn)證橡膠瀝青再生膠結(jié)料性能、配合比設(shè)計(jì)方法及其路用性能。結(jié)果表明：橡膠瀝青內(nèi)摻比例不低于70%時(shí)，再生膠結(jié)料各項(xiàng)指標(biāo)均滿足橡膠瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；橡膠瀝青再生混合料AC13的各項(xiàng)路用性能均滿足改性瀝青混合料技術(shù)要求，綜合性能優(yōu)異。

道路工程；橡膠瀝青；瀝青再生；設(shè)計(jì)方法；混溶比例

0 引 言

受能源危機(jī)影響，廢舊瀝青路面材料的循環(huán)利用，是未來公路交通行業(yè)發(fā)展的重要方向之一。如何在高速公路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)過程中，進(jìn)行再生和循環(huán)利用技術(shù)的應(yīng)用，是當(dāng)前工作的重中之重。廠拌熱再生技術(shù)[1]采用集中破碎、重新設(shè)計(jì)配比、添加再生劑等方法，重新拌合成新瀝青混合料，瀝青利用率更高、路面性能優(yōu)異，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和研究應(yīng)用價(jià)值。

隨著我國經(jīng)濟(jì)快速蓬勃發(fā)展，全國汽車保有量大幅攀升，產(chǎn)生的廢舊輪胎數(shù)量也快速增加。橡膠瀝青作為世界上公認(rèn)的資源化利用廢舊輪胎、減少廢舊輪胎“黑色污染”的最有效方式，不但在環(huán)境保護(hù)方面獨(dú)樹一幟，而且具有優(yōu)良的穩(wěn)定性、耐久性以及抗滑降噪能力[2-3]。

現(xiàn)有的再生技術(shù)對(duì)舊路面老化瀝青進(jìn)行再生，再生后的瀝青路面性能與原路面初始路面性能相當(dāng)，而與新型的改性瀝青路面如SBS改性瀝青路面、橡膠瀝青路面等仍有相當(dāng)大的差距。同時(shí)，國內(nèi)無論廢舊瀝青路面再生還是廢舊輪胎橡膠瀝青方面，均有大量研究成果和工程應(yīng)用，但把橡膠瀝青和再生技術(shù)相結(jié)合的“雙廢”研究卻鮮有報(bào)道。

筆者依托貴州省道S305線大中修改造工程，在分析“橡膠瀝青+再生瀝青”混溶比例的基礎(chǔ)上，對(duì)橡膠瀝青再生膠結(jié)料性能進(jìn)行研究，并提出橡膠瀝青再生混合料的配合比設(shè)計(jì)方法，驗(yàn)證其再生混合料AC13的路用性能，實(shí)現(xiàn)了舊路面向橡膠瀝青路面的升級(jí)轉(zhuǎn)變，大幅度提升路面養(yǎng)護(hù)質(zhì)量和養(yǎng)護(hù)后的路面性能。

1 橡膠瀝青再生膠結(jié)料研究

1.1 “橡膠瀝青+再生瀝青”混溶比例的確定

現(xiàn)有的再生技術(shù)，采用新瀝青或再生劑對(duì)舊路面老化瀝青進(jìn)行再生，再生后的瀝青路面性能與原路面初始路面性能相當(dāng)，而與新型的改性瀝青路面如SBS改性瀝青路面、橡膠瀝青路面等仍有相當(dāng)大的差距。再生技術(shù)的核心，其實(shí)是混合料中瀝青結(jié)合料的再生。為保證再生瀝青膠結(jié)料達(dá)到橡膠瀝青的性能，將橡膠瀝青與再生后的老化瀝青進(jìn)行混溶，以177 ℃黏度作為控制指標(biāo)(1.0～4.0 Pa·s)，確定“橡膠瀝青+再生瀝青”混溶的適宜摻配比例，試驗(yàn)結(jié)果如圖1。筆者采用貴州省公路局久長(zhǎng)物資管理處提供的工廠化的成品橡膠瀝青，技術(shù)指標(biāo)如表1。

圖1 橡膠瀝青摻配比例與177 ℃黏度關(guān)系

指標(biāo)針入度/(0.1mm)軟化點(diǎn)/℃彈性恢復(fù)/%177℃黏度/(Pa·s)試驗(yàn)數(shù)值4770972.10技術(shù)要求35～65≥60≥751.0～4.0

由橡膠瀝青摻配比例(內(nèi)摻)與177 ℃黏度關(guān)系圖可知，隨著橡膠瀝青摻配比例的減小，橡膠瀝青再生膠結(jié)料的177 ℃黏度不斷降低；30%和50%“橡膠瀝青+再生瀝青”，不能滿足DB32/T 2286—2012《濕法橡膠瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》177 ℃黏度大于1.0 Pa·s的技術(shù)指標(biāo)要求，因此要求橡膠瀝青再生膠結(jié)料中，橡膠瀝青的摻配比例(內(nèi)摻)不低于70%。

1.2 橡膠瀝青再生膠結(jié)料性能驗(yàn)證

鑒于以上結(jié)論，采用70%橡膠瀝青的摻配比例，將成品橡膠瀝青與再生后的瀝青進(jìn)行混溶，測(cè)試混溶瀝青性能(針入度、軟化點(diǎn)、彈性恢復(fù)、177 ℃黏度)，試驗(yàn)結(jié)果見表2?！跋鹉z瀝青+再生瀝青”混溶的橡膠瀝青再生膠結(jié)料，各項(xiàng)物理性能指標(biāo)均達(dá)到了成品橡膠瀝青的技術(shù)要求[4-5]，采用橡膠瀝青實(shí)現(xiàn)了老化瀝青的升級(jí)再生。

表2 “橡膠瀝青+再生瀝青”性能

2 橡膠瀝青再生混合料配合比設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)步驟

目前，國內(nèi)再生混合料配合比設(shè)計(jì)過程中，舊料的摻量以經(jīng)驗(yàn)法為主，沒有明確的技術(shù)方法、控制指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合橡膠瀝青再生膠結(jié)料相關(guān)研究成果，筆者提出以橡膠瀝青與老化瀝青的摻配比例(內(nèi)摻)宜不低于70%為控制指標(biāo)，確定銑刨料RAP的最高摻量，從而為舊料摻量的確定提供了理論依據(jù)。

橡膠瀝青再生瀝青混合料通常由4部分組成，分別為回收的瀝青路面混合料、新集料、橡膠瀝青膠結(jié)料、再生劑。由于其中摻加了一定比例的舊料和再生劑，并采用橡膠瀝青膠結(jié)料進(jìn)行再生，其配合比設(shè)計(jì)與普通的新拌瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)有所不同。在清楚認(rèn)識(shí)橡膠瀝青再生混合料特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，制定橡膠瀝青再生混合料的設(shè)計(jì)流程(如圖2)，并以貴州省道S305線大中修改造工程為例進(jìn)行說明。

圖2 橡膠瀝青再生混合料設(shè)計(jì)流程

具體設(shè)計(jì)步驟如下：

步驟1 獲取有代表性的RAP；

步驟2 原材料的分析與評(píng)價(jià)；

步驟3 初擬總瀝青用量，估算RAP摻配比例。借鑒已往工程經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)新集料、舊料的性質(zhì)(密度和吸水率)進(jìn)行估算，初擬橡膠瀝青再生混合料的總瀝青用量，建議橡膠瀝青再生混合料AC13的油石比5.0%±0.5%，SMA13油石比6.1%±0.5%。在經(jīng)驗(yàn)總瀝青用量的基礎(chǔ)上，以橡膠瀝青占總瀝青用量的70%為控制指標(biāo)，反推RAP的最大摻配比例。

以貴州S305線橡膠瀝青再生AC13為例：結(jié)合貴州當(dāng)?shù)芈酚媒?jīng)驗(yàn)，初擬總油石比為4.9%。從現(xiàn)場(chǎng)銑刨料狀況看，RAP中含舊瀝青為4.3%。假設(shè)瀝青路面材料RAP用量為a，摻入新礦料用量為b。以舊瀝青 ∶新橡膠瀝青=3 ∶7為控制比例，則：

得到a ∶b(RAP∶新礦料)=1 ∶1.925。

即瀝青路面材料RAP的摻量控制在34%范圍以內(nèi)。

步驟4 橡膠瀝青再生混合料級(jí)配設(shè)計(jì)。確定添加新集料的級(jí)配和粗、細(xì)RAP的級(jí)配比例。特別注意，粗、細(xì)銑刨料的級(jí)配應(yīng)控制在估算RAP摻配比例范圍內(nèi)。

步驟5 新橡膠瀝青用量的計(jì)算。在擬定再生瀝青混合料的總瀝青用量后，根據(jù)舊料的添加比例以及舊瀝青混合料中瀝青含量，按式(1)確定新橡膠瀝青用量，注意，必須進(jìn)行舊瀝青與橡膠瀝青比例的驗(yàn)算：

(1)

式中：IB為新瀝青的加入量，g；M為再生瀝青混合料的礦料質(zhì)量，g；IR為舊瀝青混合料的摻量，g；i0為舊瀝青混合料中瀝青含量，%；iR為再生瀝青混合料的設(shè)計(jì)油石比，%。

步驟6 橡膠瀝青再生膠結(jié)料性能驗(yàn)證。成型馬歇爾試件之前，必須對(duì)橡膠瀝青再生膠結(jié)料性能進(jìn)行驗(yàn)證。將回收瀝青、再生劑與橡膠瀝青進(jìn)行混溶，檢測(cè)其物理性能指標(biāo)(針入度、延度、軟化點(diǎn)、177 ℃運(yùn)動(dòng)黏度等)，使之滿足橡膠瀝青再生膠結(jié)料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[6]。

步驟7 馬歇爾方法成型試件。

步驟8 配合比選擇。

2.2 貴州S305橡膠瀝青再生AC13配合比設(shè)計(jì)

2.2.1RAP的檢驗(yàn)評(píng)價(jià)

S305線銑刨料回收的老化瀝青測(cè)試指標(biāo)如表3，老化瀝青再生試驗(yàn)結(jié)果如表4，再生劑摻量7.0%時(shí)老化瀝青的針入度達(dá)到普通道路石油瀝青60～80(0.1mm)的標(biāo)準(zhǔn)。

表3 RAP回收老化瀝青測(cè)試指標(biāo)

表4 老化瀝青再生試驗(yàn)結(jié)果

2.2.2 RAP的摻配比例

按照筆者提出的橡膠瀝青再生混合料配合比設(shè)計(jì)方法，以橡膠瀝青占總瀝青用量的70%為控制指標(biāo)，反推得到貴州S305線大中修改造工程RAP的最大摻配比例為34%。

2.2.3 橡膠瀝青再生混合料級(jí)配設(shè)計(jì)

按照普通的新拌瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)方法，依據(jù)規(guī)范(JTG F 40—2004)的設(shè)計(jì)要求，在工程設(shè)計(jì)級(jí)配范圍內(nèi)，根據(jù)新集料、舊料的篩分結(jié)果初選出粗、中、細(xì)3個(gè)級(jí)配(級(jí)配1、級(jí)配2、級(jí)配3)，圖3為3種級(jí)配曲線圖。

圖3 S305橡膠瀝青再生AC-13級(jí)配曲線圖

2.2.4 橡膠瀝青用量的計(jì)算

采用上文的集料級(jí)配，確定的新橡膠瀝青用量，并驗(yàn)算舊瀝青與新橡膠瀝青的摻配比例，計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 3種級(jí)配新橡膠瀝青用量(礦料100 g為基礎(chǔ))

2.2.5 級(jí)配的確定

采用3種設(shè)計(jì)級(jí)配和新橡膠瀝青用量，雙面各擊實(shí)75次成型馬歇爾試件，馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果匯總?cè)绫?。由試驗(yàn)結(jié)果可以看出僅級(jí)配2體積指標(biāo)滿足要求，級(jí)配1及級(jí)配3體積指標(biāo)均不滿足要求，結(jié)合本項(xiàng)目研究成果及當(dāng)?shù)貙?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本次設(shè)計(jì)選擇級(jí)配2為設(shè)計(jì)級(jí)配。

表6 3種試級(jí)配馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果匯總

注：*要求空隙率4%、5%、6%所對(duì)應(yīng)的VMA最小值分別為13%、14%、15%，當(dāng)空隙率不是整數(shù)時(shí)，由內(nèi)插確定要求的VMA最小值。

3 橡膠瀝青再生混合料性能評(píng)價(jià)

依據(jù)橡膠瀝青再生混合料配合比設(shè)計(jì)結(jié)果，采用車轍試驗(yàn)、低溫小梁試驗(yàn)、浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗(yàn)，進(jìn)行橡膠瀝青再生混合料的高溫性能、低溫性能及水穩(wěn)定性能進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果如表7。

表7 S305橡膠瀝青再生AC13路用性能

由試驗(yàn)結(jié)果可知：采用橡膠瀝青再生混合料，各項(xiàng)路用性能均滿足改性瀝青混合料技術(shù)要求[7-8]，且動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到6 000次/mm，高溫性能優(yōu)異。

4 實(shí)體工程驗(yàn)證

4.1 施工工藝研究

依托貴州省S305線大中修改造工程，修筑了橡膠瀝青廠拌熱再生專項(xiàng)試驗(yàn)路。結(jié)合橡膠瀝青技術(shù)與路面再生工藝兩者相關(guān)研究成果，在完成拌和樓改造的基礎(chǔ)上，對(duì)橡膠瀝青再生施工工藝進(jìn)行優(yōu)化。

4.1.1 拌和時(shí)間

為了保證拌和均勻，再生混合料的拌和時(shí)間應(yīng)比普通混合料略有延長(zhǎng)。養(yǎng)護(hù)段拌和站，采用1 000型間歇式拌和樓。干拌時(shí)間采用12 s，濕拌時(shí)間48 s。從所拌和瀝青混合料情況看較為均勻，無花白料現(xiàn)象。

4.1.2 施工溫度的控制

采用廠拌熱再生裝置進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制RAP加熱溫度不可過高，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)RAP加熱溫度一般控制在120～140 ℃，并適當(dāng)提高新集料的加熱溫度，但最高溫度不宜超過220 ℃。

橡膠瀝青具有較高的黏度，因此橡膠瀝青再生混合料各階段的溫度與其他再生混合料相比，均普遍高于普通道路石油瀝青。結(jié)合已往研究成果及工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，橡膠瀝青加熱溫度為175～185 ℃。橡膠瀝青再生混合料出料溫度在170～180 ℃，比普通熱拌瀝青混合料高5～15 ℃，超過195 ℃者廢棄。S305線橡膠瀝青再生AC13鋪面效果如圖4。

圖4 橡膠瀝青再生AC13鋪面效果和整體效果

4.2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

在項(xiàng)目實(shí)施過程中，分別對(duì)橡膠瀝青再生路面進(jìn)行了滲水和壓實(shí)度抽檢和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表8。

表8 路面現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果

S305線橡膠瀝青再生AC13的厚度滿足設(shè)計(jì)要求，密水和壓實(shí)效果良好。

5 結(jié) 論

筆者依托貴州省道S305線大中修改造工程，對(duì)廢舊輪胎橡膠瀝青再生舊瀝青路面技術(shù)進(jìn)行探討，給出了確定“橡膠瀝青+再生瀝青”混溶比例的方法，提出了橡膠瀝青再生混合料的配合比設(shè)計(jì)流程，并驗(yàn)證橡膠瀝青再生混合料性能，主要結(jié)論如下：

1)為保證再生的瀝青膠結(jié)料達(dá)到橡膠瀝青的性能，以177 ℃黏度作為控制指標(biāo)(1.0 ～ 4.0 Pa·s)，確定橡膠瀝青的最低摻配比例。

2)結(jié)合貴州省道S305線大中修改造工程，優(yōu)化了橡膠瀝青再生混合料的配合比設(shè)計(jì)流程，以老化瀝青：新橡膠瀝青的控制比例計(jì)算RAP的用量。

3)橡膠瀝青再生混合料試驗(yàn)結(jié)果可知，其各項(xiàng)路用性能均滿足改性瀝青混合料技術(shù)要求，且動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到6 000 次/mm，高溫性能優(yōu)異。

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Application Research on Technology of Scrap Tire Rubber Asphalt Regenerating Old Asphalt Pavement

Wu Chunying1,2, Yu Mingming1,2, Liu Kaiqiong1,2

(1.Jiangsu Transportation Institute, Nanjing 210017, Jiangsu, China;2. National Engineering Laboratory for Advanced Road Materials, Nanjing 211112, Jiangsu, China)

Based on large and medium-made project S305 line in Guizhou province, the technology of scrap tire rubber asphalt regenerating old asphalt pavement was researched. The method to determine “rubber asphalt & regenerated asphalt" miscible proportion was put forward. The performance of asphalt rubber regeneration binder, the mix design method and its road performance were verified. The results show that when the proportion of the rubber asphalt is not less than 70%, all the indexes of asphalt rubber regeneration binder meet the technical standards of asphalt rubber; the road performance of asphalt rubber regeneration mixes AC13 reaches the effect of modified asphalt mixture, and with an excellent comprehensive performance.

road engineering; rubber asphalt; asphalt regeneration; design method; proportion

10.3969/j.issn.1674-0696.2015.01.14

2014-05-29；

2014-08-12

基金作者：江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(BK2011085)；科學(xué)技術(shù)部國際科技合作與交流專項(xiàng)項(xiàng)目(2010DFB83850)

吳春穎(1976—)，女，江蘇南京人，高級(jí)工程師，博士，主要從事瀝青路面技術(shù)研究方面的工作。E-mail：wcy@jsti.com。

TU535

A

1674-0696(2015)01-064-04