2023-02-24
 
上面层废旧SMA再生利用配合比设计及性能评价
2023年02月24日   阅读量:193394

摘 要

目前中国大部分公路及城市道路已逐渐进入养护或大修期,在此过程中,上面层铣刨工作将产生大量的废旧沥青混合料。特别是对于上面层常用的SMA旧料,由于其造价偏高、性能优异等特点,弃之可惜。因此,研究废旧SMA再生技术具有较大经济和实用价值沥青网sinoasphalt.com。采用实际道路大修工程中铣刨的上面层SMA-13废旧沥青混合料,抽提废旧沥青并测试其性能衰减情况,确定了再生剂掺量;以20%旧料掺配率为例,对不同油石比下路用性能结果进行分析,确定了此条件下最佳油石比;最后,通过逐步提高旧料掺配率,判断混合料各路用性能在满足规范要求的最大旧料掺配率。


关键词 道路大修 | 废旧沥青混合料 | 厂拌热再生 | 旧料最大掺配率


SMA沥青玛蹄脂混合料是当前国际上公认的一种抗变形能力强、耐久性能较好的沥青面层混合料,由于粗集料的良好嵌挤,混合料有非常好的高温抗车辙能力[1-2];同时由于沥青玛蹄脂的粘结作用,低温变形性能和水稳定性也有较多的改善;添加纤维稳定剂,使沥青结合料保持高粘度,其摊铺和压实效果较好,但造价相对较高,在北京高等级道路上面层中实用广泛。随着我国城市高等级沥青道路建设由新建为主逐渐转为养护、大修为主,频繁地铣刨或者翻挖产生了大量的废旧SMA沥青混合料[3-5]。因此,回收并再生废旧SMA沥青混合料具有很强的经济价值及实用意义。


本文采用实际道路大修工程产生的上面层SMA-13废旧沥青混合料,研究其性能衰减情况,确定再生剂最佳用量及旧料最佳掺配比,再生混合料路用性能评价等几个方面入手系统研究了废旧沥青再生技术,以期为工程实践提供参考。


1原材料性能及其衰减情况分析


1.1废旧沥青及新沥青


根据路段原始设计文件,该SMA-13沥青混合料采用SBS改性沥青,其各项性能指标满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)中的技术标准。本文通过离心抽提法及旋转蒸发法,将废旧沥青混合料中的沥青与集料分离,并分别测试废旧沥青的主要性质以及废旧旧料的级配情况,以反映废旧沥青混合料的性能衰减情况。


所提取的废旧沥青主要技术指标见表1。

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本文试验中所新添的SBS改性沥青为Ⅰ-D类改性沥青,其各项性能指标应满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)中的技术标准,主要技术指标试验结果见表2。

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从表中可以看出废旧沥青混合料所提取的旧沥青出现了比较严重的老化,针入度降低,软化点显著增加,延度显著降低。因此,废旧沥青的性能严重衰减,不能满足使用要求。


1.2矿料及级配


对旧料抽提后,废旧集料的筛分结果见表3。

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矿物骨料粒度的精细化(细料比例提高)是RAP的重要特征[6]。这是因为在车辆载荷下的沥青路面受到压力碾压使得石料破碎同时,矿物颗粒之间的摩擦也可以引起颗粒表面的磨损,从而增加了沥青混合物的粉末[7-8]。由筛分结果可知,废旧集料已不能满足SMA-13级配规范通过率要求。需新掺集料,通过合成级配以满足规范通过率要求。


2再生剂掺量对废旧沥青主要技术指标影响研究


再生剂主要采用低黏度石油系的矿物油,如精制润滑油时的抽出油、润滑油、机油和重油等[9],为节省成本,工程上可用上述各种油料的废料,通过掺入,恢复老化沥青的原有特性,以满足路用性能要求是使用沥青再生剂的目的。本次研究采用糠醛油作为废旧沥青再生剂,掺入3%、4%、5%、6%、7%后废旧沥青的主要技术指标见表4。

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由表4可知,随着再生剂掺加量的提高,废旧沥青软化点降低,延性和针入度提高。经比较,当再生剂掺量为5%时,针入度、延度及软化点均可满足规范要求。并且当掺加量提高时,软化点将低于要求;参加量降低时,延度将低于要求。因此本次试验选择5%为再生剂掺加量。


3再生沥青混合料配合比设计方法研究


3.1废旧旧沥青混合料中沥青含量


由抽提法试验结果得出,废旧沥青混合料中废旧沥青含量见表5。

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通过对比设计油石比得知,废旧沥青混合料中的沥青含量较之铺筑时有一定的损失,原因如下[10-11]:


a.沥青路面经过长时间的碾压、雨水的浸泡使得沥青路面发生病害,造成沥青损失。


b.沥青路面经过长期的热晒、氧化,沥青老化,内部分子发生反应致使沥青损失。


3.2新掺集料筛分试验


对石灰岩10~15mm,5~10mm,0~5mm集料进行了水洗筛分,结果如表6示。

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3.3掺配料矿料合成级配


本文以20%旧料掺配率为例,将铣刨旧料、新集料及矿粉进行级配合成,合成级配满足《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2006)的级配范围要求,具体见表7及图1。

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3.4再生沥青混合料油石比确定


对新集料和铣刨旧料分别预热,新集料的预热温度为180℃,铣刨旧料预热温度为110℃,加入5%的再生剂,在155℃~165℃的拌合器中拌合30s,加入预热的新集料干拌30s,再加入新沥青及矿粉继续拌合60s,形成热再生沥青再生混合料[12-13]。


选用5.0%,5.5%,6.0%,6.5%,7%的5组递增的油石比(即新沥青掺配率分别为0.9%、1.4%、1.9%、2.4%、3.9%)按上述方法制备再生沥青混合料,测定不同油石比下的再生沥青混合料性能指标,结果见表8~表11及图2~图5。

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由不同油石比下再生SMA-13沥青混合料的性能指标变化曲线可知,当油石比大于6.0%(新沥青掺配率为1.9%)时,各指标均满足规范技术要求,且当油石比继续提高时,各指标提高速度放缓。考虑实用性和经济性,选取6.0%(新沥青掺配率为1.9%)为本次试验油石比。


3.5旧料最大掺配率确定


旧料掺配率很大程度上决定了混合料生产成本[14],前文中以20%旧料掺配率为例研究再生SMA-13沥青混合料设计方法,本节采用前文确定的油石比(6%)及再生剂掺配比,在10%旧料掺配率的基础上逐步提高,并对再生料分别进行路用性能测试,以确定旧料最大掺配率,得到的结果见表12~表15。

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由表12~表15可知,当旧料掺配率提高时,再生沥青混合料各指标呈下降趋势,当旧料掺配率大于40时将出现个别指标不满足规范技术要求的情况。因此,本次旧料所生产的再生SMA-13沥青混合料最大旧料掺配率为40% 。


4结论


本文利用实际 道 路 大 修 工 程 铣 刨 的 上 面 层SMA-13废旧沥青混合料,抽提废旧沥青并测试其性能衰减情况,确定了再生剂掺量为废旧沥青的5% ; 以20%旧料掺配率为例,对不同油石比下路用性能结果进行分析,确定了此条件下最佳油石比为 6%(新掺1.9%); 最后,通过逐步提高旧料掺配率,判断该再生SMA-13混合料各路用性能在满足规范要求的最大旧料掺配率为40%。本文所开发的再生 SMA设计方法能够保证沥青混合料路用性能并尽量提高旧料掺配比率,具备很强的工程指导意义。

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