龍嘉偉

（貴州路橋集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550001）

0 引言

瀝青路面回收再生技術(shù)是道路工程建設(shè)中保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源的有效手段，是實(shí)現(xiàn)我國(guó)道路交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)前，我國(guó)正處于道路交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高峰期，每年都會(huì)產(chǎn)生大量的施工廢棄物[1-3]。利用廢棄的混凝土制造再生集料并用于瀝青路面攤鋪，可實(shí)現(xiàn)施工廢棄物的回收利用，有效緩解天然集料短缺[4-5]。該文重點(diǎn)探討了瀝青穩(wěn)定再生集料的性能及相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，為瀝青路面設(shè)計(jì)與施工中的水泥—混凝土再生集料應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 試驗(yàn)材料

1.1 試驗(yàn)原材料

（1）該次試驗(yàn)選用70#基質(zhì)瀝青，基于相關(guān)試驗(yàn)規(guī)范對(duì)其進(jìn)行性能檢測(cè)。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，70#基質(zhì)瀝青符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范。

（2）該次試驗(yàn)選用蛇紋巖碎石作為新集料，填充材料為石灰?guī)r，基于相關(guān)集料試驗(yàn)技術(shù)規(guī)范檢測(cè)集料性能，所用新集料滿(mǎn)足材料性能指標(biāo)要求。

（3）該次試驗(yàn)選用廢棄水泥混凝土作為再生集料，原料來(lái)自破舊橋梁拆除，首先運(yùn)至加工廠用鄂式機(jī)破碎成粒徑大小分別為5～10 mm、10～20 mm以及20～30 mm的碎石，通過(guò)試驗(yàn)得出技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了技術(shù)指標(biāo)要求。

1.2 試驗(yàn)混合料

（1）分別以0%、30%、60%、100%的摻加比例摻加再生集料，以取代天然集料。

（2）用線性回歸分析法分別求得4種再生集料的最佳摻加比例，確保4種再生集料級(jí)配相似。

2 最佳瀝青用量及馬歇爾指標(biāo)分析

針對(duì)不同油石比集料試驗(yàn)樣本開(kāi)展馬歇爾試驗(yàn)，通過(guò)計(jì)算得到四種瀝青穩(wěn)定再生集料聚合物的最佳瀝青用量：1）混合料RCA摻配率為0%時(shí)，最佳瀝青用量為3.45%；2）混合料RCA摻配率為30%時(shí)，最佳瀝青用量為4.22%；3）混合料RCA摻配率為60%時(shí)，最佳瀝青用量為5.22%；4）混合料RCA摻配率為100%時(shí)，最佳瀝青用量為6.86%[6]。

針對(duì)四種不同的再生集料摻加比例，按最佳瀝青用量配制試驗(yàn)樣本，通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)可知四種瀝青穩(wěn)定再生集料聚合物的馬歇爾指標(biāo)均符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范[7-8]。

3 瀝青穩(wěn)定再生集料路用性能分析

3.1 ATRCA水穩(wěn)定性

（1）水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果：1）試驗(yàn)材料為石灰石、花崗巖、再生水泥混凝土、SBS改性瀝青、70#基質(zhì)瀝青、活化后再生聚合物。2）通過(guò)試驗(yàn)得到瀝青穩(wěn)定再生集料聚合物表面張力大小及接觸角θ，換算出黏附功，以衡量瀝青與集料的黏附性[9]，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

（2）由表1測(cè)試結(jié)果可知，同類(lèi)瀝青與不同集料之間的附著力從小到大依次為再生水泥混凝土、花崗巖、活化再生聚合物、蛇紋石、石灰石，可見(jiàn)，瀝青、石灰石之間的附著力最強(qiáng)；70#基層瀝青與各類(lèi)集料的黏附功低于改性瀝青與各類(lèi)集料之間的黏附功。

表1 ATRCA水穩(wěn)定性補(bǔ)充評(píng)價(jià)指標(biāo)黏附性能試驗(yàn)結(jié)論

（3）根據(jù)4種不同的再生集料摻加比例配制的瀝青穩(wěn)定再生集料聚合物水穩(wěn)定性試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖1所示。

（4）根據(jù)圖1可知，隨著再生集料摻加比例的上升，瀝青穩(wěn)定再生集料聚合物的殘留穩(wěn)定度、融劈裂強(qiáng)度比降低，且瀝青穩(wěn)定再生集料的水穩(wěn)定性不低于75%，滿(mǎn)足相關(guān)技術(shù)要求。

圖1 ATRCA水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)論

3.2 疲勞性能

通過(guò)MTS測(cè)試瀝青穩(wěn)定再生集料聚合物的抗疲勞性能：測(cè)試加載頻率為15 Hz；應(yīng)力水平分別取0.70、0.75、0.80；環(huán)境溫度15 ℃。試驗(yàn)結(jié)論如下：

（1）混合料RCA摻配率為0%時(shí)，測(cè)試時(shí)應(yīng)力水平分別為0.70、0.75、0.80，疲勞壽命分最小值分別為5 822次、4 477次、2 477次。

（2）混合料RCA摻配率為30%時(shí)，測(cè)試時(shí)應(yīng)力水平分別為0.70、0.75、0.80，疲勞壽命分最小值分別為7 235次、5 011次、3 088次。

（3）混合料RCA摻配率為60%時(shí)，測(cè)試時(shí)應(yīng)力水平分別為0.70、0.75、0.80，疲勞壽命分最小值分別為8 526次、5 995次、3 757次。

（4）混合料RCA摻配率為100%時(shí)，測(cè)試時(shí)應(yīng)力水平分別為0.70、0.75、0.80，疲勞壽命分最小值分別為5 902次、4 531次、3 586次。

4 瀝青穩(wěn)定再生集料路面基本設(shè)計(jì)參數(shù)

4.1 基本設(shè)計(jì)參數(shù)之劈裂強(qiáng)度

（1）通過(guò)試驗(yàn)得到四種不同再生集料摻加比例的瀝青穩(wěn)定再生集料聚合物的劈裂強(qiáng)度參數(shù)。

（2）以保證率為95%時(shí)的劈裂強(qiáng)度為基準(zhǔn)值σS，其計(jì)算公式見(jiàn)式（1），結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 四種不同RCA摻配率的ATRC聚合物劈裂強(qiáng)度參考值

式中，σS——ATRCA聚合物路面，劈裂強(qiáng)度參數(shù)值（MPa）；——ATRCA聚合物試件，劈裂強(qiáng)度均值（MPa）；S——樣本標(biāo)準(zhǔn)差。

（3）通過(guò)分析表2的數(shù)據(jù)可以得到瀝青穩(wěn)定再生集料聚合物劈裂強(qiáng)度參考值為：0.660～0.749 MPa，且σS與再生集料的摻加比例無(wú)關(guān)。

4.2 基本設(shè)計(jì)參數(shù)之抗壓回彈模量

（1）通過(guò)抗壓回彈模量試驗(yàn)確定采用四種不同的再生集料摻加比例的瀝青穩(wěn)定再生集料聚合物在環(huán)境溫度15 ℃、20 ℃時(shí)的抗壓回彈模量值。

（2）以保證率為95%時(shí)的抗壓回彈模量作為瀝青穩(wěn)定再生集料聚合物抗壓回彈模量指標(biāo)參考值E，其計(jì)算公式見(jiàn)式（2），結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 四種不同RCA摻配率的ATRC聚合物抗壓回彈模量參考值

式中，E——ATRCA聚合物路面，抗壓回彈模量參數(shù)值（MPa）；E——ATRCA聚合物試件，抗壓回彈模量均值（MPa）；S——樣本標(biāo)準(zhǔn)差。

（3）見(jiàn)表3的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)環(huán)境溫度分別為15 ℃、20 ℃，相應(yīng)的取值范圍分別為1 200～1 380 MPa、1 000～1 120 MPa。

4.3 基本設(shè)計(jì)參數(shù)之抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)

（1）以理論力學(xué)為試驗(yàn)基礎(chǔ)依據(jù)，運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)瀝青路面結(jié)構(gòu)，路面結(jié)構(gòu)各層底部抗拉應(yīng)力σS不超過(guò)容許應(yīng)力值σR，具體計(jì)算如下:

式中，σm——瀝青穩(wěn)定再生集料聚合物路面層底部抗拉應(yīng)力（MPa）；σR——瀝青穩(wěn)定再生集料聚合物路面設(shè)計(jì)抗拉應(yīng)力容許值（MPa）；σS——瀝青穩(wěn)定再生集料聚合物試件的劈裂強(qiáng)度臨界值（MPa）；KS——瀝青穩(wěn)定再生集料聚合物路面抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)。

（2）根據(jù)已知材料疲勞特性確定抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)值KS，獲得路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，以有效保證瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性。當(dāng)前設(shè)計(jì)規(guī)范中為確定最佳瀝青穩(wěn)定再生集料聚合物抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)值KS，該次研究以對(duì)數(shù)形式列出疲勞方程，得到KS值計(jì)算公式：

式中，N——室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)應(yīng)的瀝青路面疲勞壽命；a′，b′——樣本檢測(cè)數(shù)據(jù)線性回歸系數(shù)。

（3）室內(nèi)試驗(yàn)得到的疲勞壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)際情況存在差異，由此給出室內(nèi)試驗(yàn)得到的疲勞壽命與實(shí)際路面疲勞壽命的關(guān)聯(lián)公式:

式中，Ne——實(shí)際的瀝青路面疲勞壽命；N——室內(nèi)試驗(yàn)得到的瀝青路面疲勞壽命；A1——荷載作用時(shí)間系數(shù)調(diào)整值，取0.8；A2——行車(chē)荷載橫向分布系數(shù)調(diào)整值，取0.5；A3——荷載狀態(tài)系數(shù)調(diào)整值，實(shí)際的瀝青路面基層結(jié)構(gòu)為三維受力，室內(nèi)試驗(yàn)的瀝青路基層結(jié)構(gòu)為二維受力，故按實(shí)際值的2/3取值；A4——外部因素決定的非有效施工天數(shù)調(diào)整值，取60/365。由此得到校正后的KS計(jì)算公式如下：

（4）瀝青穩(wěn)定再生集料聚合物疲勞方程系數(shù)取保證率為95%，代入上式求得對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度系數(shù)，設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)取抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)值

5 結(jié)論

我國(guó)正處于道路交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高峰期，每年都會(huì)產(chǎn)生大量的施工廢棄物，廢棄混凝土材料取材方便，將類(lèi)型差異較大、制作工藝不同、強(qiáng)度等級(jí)不同的混凝土摻加到瀝青穩(wěn)定再生集料聚合物中會(huì)導(dǎo)致其基礎(chǔ)性能、路用性能改變。因此，該次試驗(yàn)研究成果及路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)推薦值存在較大局限性，在瀝青路面設(shè)計(jì)及施工中可參考該次試驗(yàn)研究成果，確定更加合理的設(shè)計(jì)參數(shù)。