再生沥青路面混合料的补强技术研究.pdf

交通世界TRANSPOWORLD0 引言就地热再生技术被广泛用于各种沥青路面的病害处治和日常养护，其基本原理是加热路面使其变软，然后用铣刨工具开挖路面，使路面结构松散，再加入适量的再生料、沥青混合料以及其他材料，充分搅拌后得到再生沥青混合料，重新进行路面摊铺、压实作业，达到修补缺损路面的目的。应用就地热再生施工需重视再生料、施工工艺、施工环境等多种因素的影响，充分考虑再生沥青聚合物的特性变化，再生剂质量不合格、再生沥青混合料掺加过多、施工环境温度过低等因素都会降低就地热再生施工质量。本文对再生沥青混合料加固补强技术进行研究。1 沥青混合料补强改性技术的确定1.1 就地热再生技术优点该技术主要用于道路表面出现微弱沉降时的浅层（2560 mm）道路结构修复，在道路路用性能明显降低之前及时修复路面结构。与传统路面处治方法相比，就地热再生技术具备如下优势：可以有效修复老旧路面，提高道路面层的耐久性；可现场回收利用原有路面沥青、骨料，从而节省道路养护成本；能有效解决道路存在的各种病害，如裂缝、坑槽等；可以有效减少路面积水，修复道路截面和边坡；可修正骨料级配，有效提高路面结构的弹性、强度和耐温度变化的能力；施工速度快，恢复交通快，对道路使用的影响小。1.2 改性技术选择的依据在选用改性补强技术时需要考虑改性剂、施工机械、施工工艺和施工成本等多种因素。所选的施工方案应能够有效提高再生沥青混合料的性能，并满足施工技术要求。1）改性剂可以大幅改善再生沥青混合料的耐高温、耐低温以及和水稳定性等路用性能；2）改性剂可与就地热再生施工工艺特点有效匹配，能更好地发挥施工设备和施工工艺的作用；3）选用的改性剂需获取方便，同时要有大量可参考的工程应用资料；4）从成本角度看，改性剂需要有较高的性价比。补强剂是一种常见的改性剂，将其适量掺入沥青混合料中有助于提高沥青路面的使用性能。因此，本文结合试验数据从SBS改性剂、抗车辙剂及补强剂中选择更适合就地热再生施工工艺的材料，以有效提高沥青路面的路用性能。1.3 路用性能试验方案就地热再生技术通常只能对26cm深度范围的沥青路面进行有效补强。因此，本次试验的沥青混合料选用AC-13型，集料选用闪长岩，基质沥青采用70#A级沥青，沥青主要性能参数见表 1，集料级配标准见图 1。根据标准马歇尔试验结果明确沥青用量对各性能指标的影响，求得最佳油石比为5.0%。除非另有说明，其他试验选用的样本材料以及材料级配与该试验相同。表1 基质沥青的技术指标指标名称25 针入度/（0.1 mm）针入度指数PI软化点/15 延度/cm10 延度/cm蜡含量（%）60 动力黏度/（Pas）密度/（g/cm3）薄膜加热后质量变化（%）残留针入度比（163，5 h）（%）规范要求60.080.01.50+1.045.0100.025.02.20180.00.8061.0试验结果69.80-1.4647.50100.0100.01.90186.01.2900.16068.0收稿日期：2022-12-08作者简介：王璐（1987），男，湖南辰溪人，工程师，研究方向为工程建设质量安全监管。再生沥青路面混合料的补强技术研究王璐（怀化市交通建设质量安全监督站，湖南 辰溪 418000）摘要：沥青路面就地热再生技术可以有效增强沥青路面结构的稳定性，但该技术的应用效果取决于施工温度、改性剂类型及掺配量等因素。基于此，针对现有的沥青混合料改性技术，通过对比分析，提出最符合沥青路面就地热再生特点的加固补强方案，并开展路用性能试验，确定改性剂用法及用量。关键词：就地热再生；沥青混合料；补强技术；改性沥青中图分类号：U414文献标识码：B23总651期2023年第21期（7月 下）图1 AC-13型沥青混合料级配本次研究选用国产路菲特公司的SBS沥青改性剂、苏博特公司的润强-MA101型沥青抗车辙剂和巨贸公司的JM-1型沥青补强剂。结合目前的相关研究资料可知三者的掺加量分别为沥青混合料总量的 5%、0.4%、0.35%。这三种补强剂的使用方式不同：聚合物拌和过程中将补强剂或抗车辙剂直接掺入沥青混合料；借助剪切机将沥青、SBS沥青改性剂加工成SBS改性沥青后，再掺入混合料中充分拌和。1.4 不同改性技术路用性能比较对 AC-13基质沥青混合料进行各种性能试验，根据试验结构分析抗车辙剂、SBS沥青改性剂和补强剂这三种改性剂对道路路用性能的影响，具体试验结果见图2。图2 改性剂与沥青混合料路用性能的关系从图2可以看出，沥青混合料中掺加改性剂后，在60 温度下的动态稳定性、-10 温度下的断裂应变以及马歇尔残留稳定度都有所改善，说明三种改性剂都能提高道路路用性能性。在耐高温性能方面，补强剂的改善效果最好，抗车辙剂次之，SBS沥青改性剂最差；在耐低温性能方面，SBS沥青改性剂最好，补强剂次之，抗车辙剂效果最差；在水稳定性方面，SBS沥青改性剂和补强剂的改善效果一样好，抗车辙剂效果较差。可见补强剂对道路路用性能的改善效果优于抗车辙剂，而与SBS沥青改性剂相比，补强剂对道路耐高温性能的改善效果更好，在水稳定性改善方面两者效果一样，在耐低温方面补强剂效果略差，但依然可以满足施工要求。由此可见，补强剂、SBS沥青改性剂的效果较好，抗车辙剂的效果较差。1.5 不同改性技术施工工艺比较SBS沥青改性剂作用于沥青，需将其添加到基层沥青中制成改性沥青，然后与骨料混合形成沥青混合料，沥青与SBS沥青改性剂的相容性较差。此外，在进行就地热再生施工时很难满足 SBS改性沥青的施工温度要求，沥青路面处治效果难以保证。抗车辙剂、补强剂作用于沥青混合物，与使用SBS改性剂相比，施工更便捷，可长期保存不变质，适用于任何沥青混合料，因此，更适用于就地热再生施工。结合试验结果，应选用补强剂。2 补强剂的使用方法及其作用机理2.1 补强剂的性质补强剂为高分子聚合物，外观为黑色的长 3 mm、直径2 mm颗粒，其关键性能指标见表2。表2 补强剂物理技术指标指标值指标标准检测结果外观颜色黑色黑色聚合物占比（%）80.088.0密度/（g/cm3）0.920.980.94熔点值/120.0150.0139.4熔融指数/（g/10 min）1.01.39尺寸/mm2.03.02.12.92.2 补强剂的作用机理掺配补强剂后可有效改善沥青混合料路用性能，其作用机制可概括为以下几点：1）补强剂熔点远低于沥青混合料施工温度，因此表现出良好的可塑性，可根据施工要求塑造成各种形状，并与集料良好结合，从而大幅改善沥青混合料的耐高温性能。2）在高温拌和沥青混合料的过程中，补强剂可交联形成三维网络纤维结构，有效减少裂纹的形成，从而提高路面的抗裂性。3）高温下，补强剂的三维交联网络结构可以有效扩散吸收沥青中的油脂，提高沥青道路高温抗车辙性能。2.3 补强剂的使用方法补强剂作用于沥青混合料，在混合料拌和阶段便可起效。沥青混合料与补强剂混合时，只需稍微调整拌和的顺序、时间和温度，基本原则如下：1）搅拌顺序：分3次完成掺配有补强剂的沥青混合料拌和：将集料和补强剂一同放入搅拌，使补强剂均匀分布在集料表面；加入沥青进行第2次拌和，24交通世界TRANSPOWORLD促进补强剂吸收热量、熔化并黏附在集料表面；最后加入矿粉进行第3次拌和。2）搅拌时间：沥青混合料搅拌方式形式有2种，包括湿拌和干拌，其中干拌形式需510 s，湿拌时间通常不低于50 s；沥青混合料搅拌时需严格控制其质量，尤其注意集料需均匀裹覆沥青；沥青湿拌完成至添加矿粉需间隔35 s时间，保障沥青混合料均匀散布补强剂。3）搅拌温度：为将补强剂效果充分发挥，搅拌温度要严格控制，以便充分熔化补强剂。控制搅拌温度可参考表3。表3 沥青混合料拌和温度要求普通沥青聚合物温度控制要求/矿料加热温度标准沥青加热温度标准聚合物拌和温度标准170180150160165175改性沥青聚合物温度控制标准/矿料加热温度标准沥青加热温度标准混合料拌和温度标准1801901601701751854）搅拌均匀性：为使再生沥青混合料中均匀分布补强剂，补强剂分两次添加，第一次于新沥青混合料中添加，第二次于就地热再生施工现场的铣刨料料垄中添加。5）本文以回收铣刨料掺量80%为例，详细说明补强剂在地热再生中的使用方法，图4为就地热再生施工中补强剂使用方法示意图。图3 就地热再生施工中补强剂使用方法示意图2.4 室内试验沥青混合料制备方法室内试验虽然便捷，但拌和设备存在一定的局限性，本文按照以下形式制备沥青混合料：1）集料与沥青加热。在180190 恒温烘箱内放置集料并加热4 h，在160170 恒温烘箱内放置沥青并加热1 h。2）搅拌。搅拌共分三步进行，第一步，拌锅内处于180 恒温状态下加入补强剂，集料，严格控制补强剂加入量，科学搅拌90 s；第二阶段将基质沥青加入并搅拌90 s，第三阶段将矿粉植入并搅拌90 s。3）制件：科学制备标准马歇尔试件和板状试件，试件成型后于室温下静置24 h，然后对其路用性能进行测试。3 沥青混合料补强剂掺量的确定本文通过室内试验研究补强剂的最佳掺量。于AC-13型基质沥青混合料中选择四种掺量的补强剂，掺量分别为 0%，0.2%，0.35%，0.5%，后借助四组试验，研究不同剂量补强剂对沥青混合料路用性能的影响情况，试验结果如图4所示。图4 补强剂掺量对沥青混合料路用性能的影响通过图4可知：补强剂掺入后，沥青混合料的性能显著提升，尤其是高温抗车辙性较好，同时也一定程度上改善了其低温抗裂、水稳性等；当补强剂掺配量为0.35%时，相较于规范要求，沥青混合料的动稳定度更高，高达9 845次/mm；继续增加补强剂掺量，低温抗裂、水稳性改善效果不再明显，虽然其动稳定性较高，但实际意义不大；因此从经济性、实际应用角度考虑，建议在AC-13型基质沥青混合料中掺入0.35%的补强剂。4 结论综上所述，本文通过试验，对比了再生沥青路面混合料的三种补强改性技术，并结合实际研究了就地热再生施工技术的普适性，得出结论如下：1）沥青路面再生，其性能效果存在变异性，因此需通过补强改性技术，实现沥青混合料性能的提升；通过试验分析，论证了 AC-13 基质沥青混合料性能，受三种补强改性技术的影响，其中路用性能效果最佳的为SBS改性剂与补强剂；2）对比三种补强剂改性技术，认为沥青混合料中直接加入抗车辙剂、补强剂更为方便，相较于SBS改性剂在就地热再生施工中的应用，二者更加适宜；3）研究了补强剂的使用方式、作用原理，认为补强剂掺入沥青混合料中，需将搅拌顺序进行调整，适度加长搅拌时间，同时需科学控制搅拌温度；4）依托抗车辙、低温弯曲、水稳定性等相关试验，分析了补强剂不同掺入量影响AC-13型基质沥青（下转第40页）25总651期2023年第21期（7月 下）功能主要根据前期实测沉降数据，通过反演计算预测后期的沉降发展趋势。预测采用的路基沉降计算模型，综合考虑了土体流变以及卸荷与再加荷过程，可采用式（1）简单表示：St=-Ut S+Ss（1）式（1）中：St为t时刻预测沉降量；-Ut为多级加载情况下，平均固结度；S为所加荷载引起的最终沉降量，根据荷载比例系数的定义有S=C Pk；Pk为第k级荷载增量；C为荷载比例系数，是第k级荷载增量引起的最终沉降量与此级荷载增量的比值；为卸载系数，当加载情况下=1；为超固结再压缩系数，当地基土出现先期固结应力大于当前总应力时，其他时候=1；Ss为次固结沉降量。换填前后沉降监测以及预测沉降结果见图4。混合料高温抗车辙性、低温抗开裂性及水稳性的情况。最终试验结果表明，使用0.35%的补强剂掺入量，能够显著提升沥青混合料的性能，因此工程实践中推荐AC-13型基质沥青混合料使用0.35%的补强剂掺入量。参考文献：1 张勇.再生剂对高比例RAP热再生沥青混合料路用性能的影响研究J.公路与汽运，2017（2）：118-121.2 周志刚，赖艳婷，李惠.基于CT图像处理技术的再生沥青混合料集料均匀性分析J.公路与汽运，2015（6）：81-88.3 董玉凯.RAP热再生沥青混合料路用性能研究J.公路与汽运，2017（3）：112-115.4 田引安.热再生沥青混合料精细化设计与路用性能研究J.公路工程，2022（1）：142-148.（上接第25页）图4 断面换填前后沉降监测及沉降预测结果由图4可知，该断面在未换填时沉降速率没有得到有效的控制，在换填后至2022年1月沉降速率下降至0.3 mm/月，满足规范要求。该断面在未换填的工况下，总沉降为 168.6 mm，换填后的总沉降为 134.4 mm。换填后的路堤工后沉降为27.1 mm，相比未换填路堤在该段时间内沉降61.3 mm，工后沉降减少了34.2 mm，体现出泡沫混凝土换填有显著的沉降控制效果。4 结论1）采用泡沫混凝土对路基进行换填时，应严格设计泡沫混凝土配比及置换路基形状，以确保达到工程设计要求。施工时控制各项技术指标，使换填施工达到工程质量要求。2）提出公路工程施工期沉降过大时泡沫混凝土的换填工艺，主要包括路堤换填开挖以及泡沫混凝土制备浇筑等方面。3）实践研究表明，使用泡沫混凝土对高速公路路堤进行换填可以有效减少上覆荷载作用，达到降低沉降速率以及工后沉降的效果。参考文献：1 朱志明.软土地区高速公路泡沫混凝土路基换填施工技术J.交通世界，2022（18）：130-132.2 刘国庆.泡沫混凝土在深厚软土地区的施工技术及其应用J.土工基础，2018，32（4）：385-388.3 邓飞.泡沫轻质土在杭州东站软土路基地基处理中的应用J.铁道标准设计，2018，62（3）：31-35.4 徐友治.轻质泡沫混凝土的特点及在道路施工中的应用J.安徽建筑，2021，28（7）：189-190.5 彭子茂，宁英杰，叶林杰，等.泡沫混凝土置换路堤对基底压力及沉降的影响J.新型建筑材料，2020，47（9）：163-167.40