就地熱再生技術在SMA-13 路面中的應用研究

陳鵬飛

（遵化市交通運輸局，河北 遵化064200）

1 引言

就地熱再生技術可以將舊瀝青路面材料100%再生利用，減少對原材料的開采，大量節省工程成本，減少運輸中的能源消耗和環境污染，保護自然環境。 SMA-13 是一種高性能瀝青混合料，具有高強度、高穩定性、高耐久性等優點。 因此，就地熱再生技術在SMA-13 路面中的應用逐漸引起學者們的關注[1]。

目前，在國內外，就地熱再生技術在道路工程中得到了廣泛應用，應用結果表明，就地熱再生技術可以有效地提高道路的性能并延長其使用壽命[2]。 目前，對于就地熱再生技術在SMA-13 瀝青路面中的應用的研究主要分為以下幾個方面：（1）就地熱再生技術的原理和特點，包括加熱方式、再生深度、再生材料等；（2）就地熱再生技術的適用性，包括路面病害類型、路面結構評價、原材料性能等；（3）就地熱再生混合料的設計，包括老化瀝青再生、骨架-密實結構恢復、施工溫度確定等；（4）就地熱再生道路的施工，包括設備選擇、工藝流程、質量控制等；（5）就地熱再生道路的性能評價，包括力學性能、耐久性能、環境影響等[3]。 可見，關于就地熱再生技術在SMA-13瀝青路面中混合料的最佳RAP 摻量和再生劑摻量的研究有待繼續。

2 工程概況

本項目為某道路養護工程， 該道路原路面上面層結構為SMA-13 型瀝青混合料，本文選取其中K2+120～K2+620 段作為試驗段，探究RAP 摻量和再生劑摻量對路面使用性能的影響。

3 原材料與級配設計

3.1 原材料

3.1.1 瀝青

原路面瀝青混合料采用SBS 改性瀝青， 其性能指標檢測見表1。

表1 SBS瀝青性能指標

3.1.2 再生劑

本研究再生劑采用RA102 瀝青熱再生劑，主要技術指標檢測見表2。

表2 再生劑性能指標

3.1.3 集料

新集料選擇玄武巖集料，其主要技術指標檢測結果見表3。

表3 集料性能指標

3.2 再生劑最佳用量

為保證瀝青具有較好的黏彈性， 需對回收后的瀝青添加合適比例的再生劑使其恢復原有性能。 本文在已有的研究基礎上，選取4 個不同摻量0%、3%、6%、9%，以確定最佳再生劑摻量。 不同再生劑摻量下再生瀝青的針入度、軟化點、延度試驗結果如圖1 所示。

圖1 再生瀝青性能檢測結果

根據圖1 可以看出，當再生劑摻量為6%時，瀝青針入度為5.42 mm，已基本達到原樣瀝青針入度的5.60 mm；當再生劑摻量為3%時，瀝青軟化點為75 ℃，與原樣瀝青的76 ℃已基本一致；當再生劑摻量為6%時，延度為26 cm，已基本達到原樣瀝青延度的28 cm。 隨著再生劑摻量的增加，瀝青的軟化點和延度不斷增加，軟化點不斷降低。 因此，為保證再生瀝青在具有較好黏彈性的同時兼具較好的高低溫性能， 確定最佳再生劑用量為6%。

3.3 級配設計

RAP 材料的級配類型為SMA-13，通過對回收材料的分離和篩分處理，得到原路面瀝青混合料級配如表4 表示。

表4 原混合料級配

在RAP 料中添加6%再生劑 （以舊瀝青質量百分比計），以4 個不同RAP 摻量30%、40%、50%、60%按照表4 級配進行配合比設計，初設5 個目標油石比5.4%、5.7%、6.0%、6.3%、6.6%。 根據馬歇爾法，最終確定4 種不同RAP 摻量的混合料最佳油石比設計結果見表5。

表5 最佳瀝青用量設計結果

4 路用性能

為保證就地熱再生SMA-13 具有較好的路用性能， 本文對不同RAP 摻量下的再生混合料進行高溫性能、 低溫性能、水穩定性試驗。

4.1 高溫穩定性

根據JTG E20—2011 《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗規程》，本研究高溫穩定性研究采用車轍試驗，以300 mm×300 mm×5 mm 車轍試件進行試驗， 試驗前將試件置于60 ℃環境箱中保溫不低于5 h，輪壓0.7 MPa，碾壓時間60 min，并按式（1）計算動穩定度：

式中，DS 為瀝青混合料動穩定度，次/mm；N 為試驗車輪往返碾壓次數， 次；t1、t2為實驗時間， 分別取45 min、60 min；d1、d2為對應時間t1、t2時試件發生的變形量，mm；c1、c2為系數，本試驗均為1.0。

不同RAP 摻量的瀝青混合料動穩定度試驗結果見表6。

表6 車轍試驗結果

3.2 低溫性能

根據試驗所測最大破壞荷載和最大撓度計算小梁試件的抗彎拉強度、抗彎拉應變及勁度模量，不同RAP 摻量下再生混合料抗彎拉應變結果見表7。

表7 小梁彎曲試驗結果

由表7 可以看出，隨著RAP 摻量增加，再生混合料的彎拉應變模量逐漸降低，表明瀝青混合料的低溫性能不斷下降。 在RAP 摻量為30%時，彎拉應變為2 965 με；當RAP 摻量增加至60%時，彎拉應變降低至2 147 με，此時已不滿足規范要求的彎拉應變，這可能是由于隨著RAP 摻量的增加，瀝青混合料在低溫條件下更容易變得脆硬，從而試驗時更容易發生斷裂。

3.3 水穩定性

本研究水穩定性采用浸水馬歇爾試驗進行評價， 不同RAP 摻量下再生混合料的水穩定性試驗結果見表8。

表8 浸水馬歇爾試驗結果

綜合考慮再生瀝青混合料的高溫、低溫、水穩性能，本文建議就地熱再生SMA-13 中RAP 摻量不超過50%為宜。

3.4 RAP摻量與瀝青混合料路用性能的灰色關聯度分析

根據前文試驗結果， 本文利用SPSS 軟件對RAP 摻量與再生混合料的高溫穩定性、低溫穩定性、水穩定性的關聯性進行分析。 分析時以RAP 摻量為母序列，以動穩定度、彎拉應變、殘留穩定度比為子序列，結果見表9。

表9 灰色關聯分析結果

根據灰色關聯分析結果可以看出，RAP 摻量與高溫穩定性關聯性最強，其關聯度為0.83；其次是水穩定性，關聯度為0.68；最后為低溫抗裂性，其關聯度為0.57。

4 結語

本文通過對就地熱再生SMA-13 的最佳再生劑摻量及混合料的路用性能研究，RAP 摻量與路用性能的關聯性分析，得到結論如下：

1）當再生劑摻量為6%時，舊瀝青性能與原樣瀝青性能接近，已可以滿足使用要求；

2）通過路用性能試驗發現，RAP 摻量超過50%后，其低溫性能和水穩定性不再滿足規范要；

3）RAP 摻量與路用性能中的高溫穩定性關系最為密切，其次是水穩定性，最后是低溫抗裂性。