溫拌再生SMA混合料在道路工程中應(yīng)用

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摘要:依托永濟(jì)路(迎賓大道—鞠官屯泵站)提升改造工程，對(duì)溫拌再生sma混合料進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，對(duì)其原材料、生產(chǎn)及施工工藝進(jìn)行了介紹，并對(duì)該混合料的性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，摻加20%廢舊橡膠改性瀝青RAP的溫拌再生SMA混合料，具有橡膠粉復(fù)合SBS改性瀝青混合料的特性，其高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性優(yōu)于全新SMA混合料。

關(guān)鍵詞:溫拌再生SMA混合料;廢舊改性瀝青;泡沫瀝青;橡膠粉

0引言

伴隨道路交通事業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)道路建設(shè)材料的性能、壽命等方面的要求也日漸提高，改性瀝青混合料路面應(yīng)用越來越多。自2010年以來，滄州市區(qū)多條快車道采用橡膠改性瀝青混合料鋪筑，混合料的粗集料為玄武巖碎石，瀝青膠結(jié)料為廢胎膠粉和基質(zhì)瀝青制備的橡膠改性瀝青。隨著路面服役時(shí)間的延長(zhǎng)，其服務(wù)功能下降，需要對(duì)舊路面進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修或銑刨后重建。銑刨回收的RAP料中含有改性瀝青和優(yōu)質(zhì)玄武巖石料。已有研究表明，橡膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青能夠形成比較穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)［1－2］，從而能夠改善混合料的高低溫性能及水穩(wěn)定性［3］。通常情況下，熱拌SMA混合料的拌和溫度為170℃～185℃，在生產(chǎn)和施工過程中能源消耗大，會(huì)排放出大量的瀝青煙和有害氣體，嚴(yán)重污染環(huán)境，影響施工人員身體健康，而采用泡沫瀝青溫拌技術(shù)可以顯著降低混合料的拌和、攤鋪和碾壓溫度，節(jié)約能源，減少有害氣體的排放，有效解決傳統(tǒng)熱拌技術(shù)的弊端。永濟(jì)路(迎賓大道—鞠官屯泵站)提升改造工程全長(zhǎng)8025m，其路面機(jī)動(dòng)車道、非機(jī)動(dòng)車道上面層均設(shè)計(jì)為4cmSMA瀝青瑪脂碎石混合料，依托該工程，在迎賓大道—開元大道段(約660m)進(jìn)行了溫拌再生SMA混合料的工程應(yīng)用，即在SBS改性瀝青SMA混合料的基礎(chǔ)上摻加20%含橡膠改性瀝青和玄武巖石料的RAP，并采用泡沫瀝青溫拌工藝拌和、施工，將SMA瀝青混合料應(yīng)用技術(shù)、泡沫瀝青溫拌技術(shù)、瀝青路面再生技術(shù)3項(xiàng)技術(shù)有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)廢舊改性瀝青混合料高值化節(jié)能環(huán)保再生。

1原材料

1．1瀝青

采用河北倫特石油化工有限公司的SBS(I－D)改性瀝青，其技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見表1。

1．2新集料及纖維穩(wěn)定劑

粗集料為石家莊10mm～15mm，5mm～10mm玄武巖碎石，細(xì)集料為石家莊機(jī)制砂，填料為唐山石灰?guī)r礦粉。纖維穩(wěn)定劑采用木質(zhì)素纖維。以上原材料的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均能滿足JTGF40—2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范的技術(shù)要求。

1．3改性瀝青RAP

采用滄州市某道路工程上面層銑刨回收的橡膠改性瀝青混合料回收料。對(duì)改性瀝青RAP料進(jìn)行了抽提和篩分試驗(yàn)，檢測(cè)油石比(質(zhì)量比)為5．1%，篩分結(jié)果見表2。回收瀝青的25℃針入度(0．01mm)為19．4，改性瀝青RAP技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見表3。

2目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

由于泡沫瀝青溫拌技術(shù)是生產(chǎn)工藝上的改善，所以溫拌全新SMA－13混合料的配合比設(shè)計(jì)按照J(rèn)TGF40—2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范中熱拌瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)方法進(jìn)行試驗(yàn)。在全新SMA－13混合料配合比設(shè)計(jì)結(jié)果基礎(chǔ)上，根據(jù)RAP的篩分結(jié)果，調(diào)整各集料的摻配比例，使20%RAP摻量再生SMA－13混合料與全新SMA－13混合料具有基本相同的礦料級(jí)配，最終確定的混合料的目標(biāo)配比見表4，礦料級(jí)配曲線見圖1。采用馬歇爾試驗(yàn)確定全新SMA－13的最佳油石比(質(zhì)量比)為5．92%，再生SMA－13混合料采用與全新料相同的油石比，其瀝青結(jié)合料用量由RAP料中的舊瀝青和新瀝青相加組成。對(duì)最佳油石比下SMA－13混合料進(jìn)行了體積指標(biāo)和使用性能檢驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)行謝倫堡析漏試驗(yàn)及肯塔堡飛散試驗(yàn)，結(jié)果見表5，表6。

3生產(chǎn)工藝

3．1生產(chǎn)設(shè)備

在廠拌熱再生設(shè)備上安裝間歇式瀝青發(fā)泡裝置，使改性瀝青在極短的時(shí)間內(nèi)大量、集中、間歇地發(fā)泡，并以泡沫形態(tài)的改性瀝青噴入攪拌缸中。泡沫改性瀝青黏度降低，和易性增加，能夠在比熱拌工藝降低30℃左右的情況下，與改性瀝青RAP、新集料、纖維穩(wěn)定劑等拌和均勻，生產(chǎn)出性能符合要求的溫拌再生SMA混合料。

3．2生產(chǎn)過程控制

溫拌再生SMA混合料生產(chǎn)時(shí)設(shè)定發(fā)泡用水量為新瀝青用量的1．5%，平均每60s～70s拌制一盤，首先投入改性瀝青RAP和新集料干拌約15s～20s，然后加入礦粉后干拌約5s，最后加入泡沫改性瀝青、同時(shí)投入纖維穩(wěn)定劑濕拌約40s～50s，拌和周期比普通瀝青混合料延長(zhǎng)10s～25s，能夠保證改性瀝青均勻裹附集料。RAP加熱溫度控制在90℃～110℃，因采用泡沫瀝青溫拌工藝，需保證瀝青在高溫下進(jìn)行發(fā)泡，新改性瀝青的加熱溫度與熱拌混合料中瀝青的加熱溫度相同;新集料的加熱溫度比熱拌降低20℃～30℃，最終混合料的出料溫度控制在150℃～165℃，生產(chǎn)的溫拌再生SMA混合料拌和均勻，沒有花白料、離析等現(xiàn)象。溫拌全新SMA混合料各環(huán)節(jié)加熱溫度比溫拌再生SMA混合料低5℃，混合料出料溫度控制在150℃～160℃。

4施工工藝

SMA混合料對(duì)施工各環(huán)節(jié)的控制及要求較高，對(duì)施工因素的敏感性較強(qiáng)，施工中對(duì)施工溫度、壓實(shí)工序等加強(qiáng)管控?；旌狭线\(yùn)輸采用LNG運(yùn)輸車，保溫性能良好且使用方便。SMA混合料到場(chǎng)及攤鋪溫度與出廠溫度相比，溫降較小。溫拌再生與全新溫拌SMA－13采用相同的施工工藝。攤鋪機(jī)分幅攤鋪，碾壓遵循“緊跟、慢壓、高頻、低幅”的原則，具體的碾壓組合及碾壓速度見表7。對(duì)于大型壓路機(jī)難于碾壓的部位，如收水口及井蓋周圍重要邊角部位，采用小型壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)。施工過程中設(shè)專人對(duì)混合料的攤鋪、碾壓溫度進(jìn)行了檢測(cè)，混合料的攤鋪溫度為140℃～149℃，初壓溫度為135℃～139℃，碾壓終了溫度不低于90℃?；旌狭弦子谀雺好軐?shí)，同時(shí)施工作業(yè)環(huán)境得到明顯改善。施工完畢后，及時(shí)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了鉆芯，芯樣完整密實(shí)，經(jīng)檢測(cè)壓實(shí)度均大于96%，滿足規(guī)范要求;摩擦系數(shù)(BPN)51～57，滲水系數(shù)31mL/min～45mL/min，符合設(shè)計(jì)要求。成型后的溫拌再生SMA路面具有理想的外觀效果，行車舒適，路用性能良好。采用XC－0002落錘式彎沉儀檢測(cè)路面彎沉代表值為14．3(0．01mm)，符合交工驗(yàn)收彎沉值不大于19．8mm的要求。

5室內(nèi)試驗(yàn)

生產(chǎn)過程中，分別取溫拌再生和全新溫拌SMA－13混合料進(jìn)行性能對(duì)比試驗(yàn)。

5．1油石比及礦料級(jí)配檢測(cè)

采用離心分離法進(jìn)行油石比檢測(cè)，結(jié)果見表8。溫拌再生SMA混合料中含有橡膠粉，導(dǎo)致檢測(cè)的油石比偏小。

5．2混合料性能檢驗(yàn)

按照J(rèn)TGE20—2011公路工程瀝青及混合料試驗(yàn)規(guī)程中的試驗(yàn)方法進(jìn)行馬歇爾、車轍及凍融劈裂試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表9。同時(shí)，引入漢堡車轍試驗(yàn)綜合評(píng)價(jià)混合料的水穩(wěn)定性(見圖2)。漢堡車轍試驗(yàn)水浴溫度為50℃，控制試件空隙率為(7±1)%，設(shè)置鋼輪達(dá)到20000次往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)停止試驗(yàn)，其結(jié)果為浸水輪碾20000次時(shí)的車轍深度，試驗(yàn)結(jié)果見表10。從上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出:1)溫拌再生SMA混合料的馬歇爾穩(wěn)定度、動(dòng)穩(wěn)定度、殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度比均滿足現(xiàn)行規(guī)范中對(duì)全新熱拌SMA混合料的技術(shù)要求，且各項(xiàng)指標(biāo)均高于全新溫拌SMA混合料。2)2種混合料的漢堡車轍深度均較淺，而全新溫拌SMA混合料的平均車轍深度約為溫拌再生SMA混合料的1．8倍，說明溫拌再生SMA混合料在水浴狀態(tài)下具有良好的抗車轍性能。3)溫拌再生SMA混合料具有良好的抗車轍性能，主要有兩方面的原因，一是RAP中瀝青老化而變硬，增加了再生混合料的抗車轍變形能力;二是RAP中殘留的橡膠粉與新SBS改性瀝青復(fù)合后，提高了瀝青結(jié)合料的黏性，改善了瀝青的高溫穩(wěn)定性，從而使混合料的高溫穩(wěn)定性提高。4)溫拌再生SMA混合料的水穩(wěn)定性優(yōu)于全新溫拌SMA混合料，分析原因可能是RAP中含有殘留的橡膠粉，與新?lián)郊拥腟BS改性瀝青發(fā)生了復(fù)合作用，瀝青黏度得到改善，因此瀝青與集料之間的界面強(qiáng)度得到了提高，形成的瀝青混合料就能夠有效抵抗水進(jìn)入油石界面，減少瀝青從集料表面剝離，從而改善了混合料的水穩(wěn)定性。綜合上述試驗(yàn)結(jié)果，摻加20%廢舊橡膠改性瀝青混合料的再生SMA混合料，其高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性優(yōu)于全新SMA混合料，具有橡膠粉復(fù)合SBS改性瀝青混合料的特性，性能更優(yōu)于單純的SBS改性瀝青混合料，與金科的研究結(jié)論一致［4－5］。

6效益分析

瀝青混合料拌和設(shè)備以天然氣為燃料，在生產(chǎn)過程中，對(duì)溫拌再生SMA混合料拌和溫度和天然氣耗氣量進(jìn)行了跟蹤，將其與傳統(tǒng)熱拌工藝進(jìn)行了對(duì)比，經(jīng)濟(jì)效益分析見表11。與傳統(tǒng)熱拌SMA混合料相比，溫拌再生SMA混合料技術(shù)再生利用了RAP料，節(jié)約了新石料及新瀝青的消耗，同時(shí)生產(chǎn)拌和溫度降低20℃～30℃，節(jié)能率達(dá)30%，每噸混合料的生產(chǎn)成本可降低50余元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。此外，拌和溫度的降低，使生產(chǎn)及施工現(xiàn)場(chǎng)瀝青煙的排放量明顯減少，明顯改善施工作業(yè)環(huán)境。溫拌再生與溫拌SMA混合料均采用泡沫瀝青溫拌工藝，平均單位耗氣量基本相同，兩者相比，溫拌再生SMA混合料生產(chǎn)成本中節(jié)省了新石料及新瀝青等材料費(fèi)用。

7路面效果評(píng)價(jià)

永濟(jì)路通車使用1a后，對(duì)溫拌再生SMA路段進(jìn)行了觀測(cè)，路面無裂縫，沒有出現(xiàn)推移、壅包、松散、坑槽、車轍及水損害等破壞，檢測(cè)路面摩擦系數(shù)(BPN)50～53，滲水系數(shù)39mL/min～48mL/min，彎沉代表值為15．4(0．01mm)，路面使用狀況良好。

8結(jié)論和建議

永濟(jì)路溫拌再生SMA的成功應(yīng)用為廢舊改性瀝青混合料的再生利用提供了一種應(yīng)用途徑和工程參考。通過該工程實(shí)踐，主要得出以下結(jié)論和建議:1)摻加20%廢舊橡膠改性瀝青混合料的溫拌再生SMA混合料，具有橡膠粉復(fù)合SBS改性瀝青混合料的特性，其高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性更優(yōu)于單純的SBS改性瀝青SMA混合料。2)溫拌再生SMA混合料應(yīng)用于瀝青路面上面層，提高了改性瀝青RAP的應(yīng)用層位，實(shí)現(xiàn)了改性瀝青RAP的高值化再生利用。3)溫拌再生SMA混合料再生利用了含改性瀝青和玄武巖石料的RAP料，解決了廢舊瀝青路面材料棄置堆放占用土地問題，減少了高品質(zhì)砂石材料的開采和新瀝青的使用，結(jié)合泡沫瀝青溫拌技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了廢舊改性瀝青混合料高值化節(jié)能環(huán)保再生。

作者:董文紅 單位:滄州市市政工程股份有限公司 河北省路用材料與工藝技術(shù)創(chuàng)新中心