就地热再生沥青混合料配合比设计——以太原南收费站改造工程为例

刘小强

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032）

作为一种预防养护技术，就地热再生施工速度快速，具有节约材料、环保的优点[1]。太原南收费站改造工程时间紧、任务重，收费站前后约6 km的路面改造采用了就地热再生技术。以太原南收费站改造工程为例阐述了就地热再生沥青混合料配合比设计及对确定混合料路用性能设计检验。

1 配合比设计用材料

配合比设计用复拌型再生沥青混合料为太长高速公路K9+831下行沥青路面上面层切取的AC-16沥青混凝土板块；新沥青采用平遥生产的SBS（I-C型）改性沥青；再生剂采用沥青混凝土再生剂JP-I型；集料采用寿阳县生产的9.5～16 mm、9.5～13.2 mm、4.75～9.5 mm碎石和0～4.75 mm石屑；矿粉采用太钢生产的矿粉。通过试验，配合比设计所用材料试验检测结果均符合《公路工程集料试验规程》要求[2]。

2 配合比设计

2.1 旧沥青路面材料级配及沥青用量

在样品中随机选取块状沥青混合料6份，单独加热后剔除边缘混合料，剩余样品经完全分散后取样进行级配抽提试验，考虑到原沥青在长期使用过程中发生老化并与矿料黏附不牢固。在进行抽提前取洁净三氯乙烯溶剂浸泡2 h，抽提后进行筛分分析原路面沥青混合料级配状况，旧沥青路面材料抽提筛分试验结果及AC-16级配范围要求见表1。

表1 旧沥青路面材料抽提筛分试验结果及AC-16级配范围要求

从图1看出，此路段原路面沥青混合料沥青用量相对平稳，所有曲线均在中值附近，全部在级配曲线范围内，设计要求添加15%新料AC-16沥青混合料，设计时新骨料的添加为粗集料和细骨料，原路面沥青混合料沥青用量按照平均值进行配合比设计，但在施工过程中应及时抽检，根据现场实际情况对沥青用量做出相应调整，及时应对原路面存在的变异性。

图1 抽提试验级配曲线与限制曲线对比

2.2 旧沥青回收与再生剂用量的确定

按相关规范，对旧沥青路面材料中的沥青进行了抽提回收、检测，检测的主要指标有25℃针入度等。因原沥青路面在自然环境使用时间较长，胶结料已经发生了老化，致使使用性能水平降低。在旧胶结料中加入部分再生剂使其性能部分恢复。在回收胶结料的基础上，掺加不同比例的再生剂，进行技术指标检验[3]。

表2 添加不同剂量再生剂的沥青性能

沥青胶结料经过长时间使用，会出现胶质含量减少、沥青质含量增加及轻组分缺失现象，其造成软化点升高、延度下降。通过加入再生剂，沥青技术指标可以部分修复。从图2可以看出，针入度与软化点随着再生剂用量的变化而变化，根据相关规范，从图读取再生剂合理范围，针入与软化点指标均为12%.

图2 沥青胶结材料技术指标变化图示

2.3 级配设计

从沥青铣刨料（RAP）级配结果得出该路段原级配属AC-16沥青混合料，设计增加新骨料使合成级配符合AC-16混合料关于级配范围的要求[4]，新矿料筛分情况见表3。

表3 矿料筛分结果

根据RAP级配情况及新矿料筛分分析，如要改变级 配 需 添 加 9.5～16 mm、9.5～13.2 mm、4.75～9.5 mm、0～4.75 mm、矿粉，总量为再生混合料的15%，以保证目前新料添加工艺下沥青混合料的均匀性，参照AC-16沥青混合料规范要求，新矿料比例为9.5～16 mm∶9.5～13.2 mm∶4.75～9.5 mm∶0～4.75 mm∶矿粉为4∶2∶3∶5∶1，级配计算见表4。

表4 再生混合料级配范围

图3 再生混合料级配曲线图

2.4 确定最佳沥青用量

再生沥青混合料配合比设计中以胶结料总量作为总的沥青用量，包含以下3个部分：旧沥青混合料胶结料部分、再生剂部分（以占旧沥青胶结料质量百分比计）和新加入沥青部分。该次确定最佳沥青用量试验以总矿料质量为基数，以总油石比为4.5%、4.8%、5.1%、5.4%、5.7%分别进行马歇尔试验（击实温度为146℃）。依据马歇尔试验结果绘制最佳沥青油石比曲线见图4。

图4 最佳沥青油石比曲线图

根据试验的结果，得出a1=5.10，a2=5.10，a3=5.15，a4=5.35，OAC1=5.18，OACmin=5.18，OACmax=5.18，OAC2=5.18，得出最佳油石比为5.18%，最佳沥青用量为4.92%.

2.5 新沥青添加量的确定

原路面RAP材料油石比4.86%，根据马歇尔试验及相关技术规范，拟定复拌型就地热再生配合比。旧沥青路面混合料、再生剂及新AC-16配合比为85%∶12%∶15%.

3 再生沥青混合料设计检验

3.1 水稳定性检验

3.1.1 残留马歇尔稳定度试验

采用旧沥青路面混合料、再生剂及新AC-16配合比为85%∶12%∶15%的材料制备试验试件。按试验结果，残留稳定度为91.1，满足规范要求。

3.1.2 冻融劈裂试验

采用旧沥青路面混合料、再生剂及新AC-16配合比为85%∶12%∶15%的材料制备试验试件。按试验结果，冻融劈裂强度比为85.3%，满足规范要求。

表5 冻融循环劈裂强度试验表

3.2 高温稳定性检验

按技术要求，在最佳沥青含量制备车辙试件，按试验结果，动稳定度DS=5339次/mm，满足规范要求。

表6 动稳定度试验表

4 结论与建议

本文以太原南收费站改造工程为依托，通过对确定级配进行的路用性能分析，得出设计配合比条件下再生沥青混合料相关技术指标。

a）通过抽提试验分析了既有路沥青混合料级配范围，确定了旧沥青回收与再生剂用量。

b）通过添加不同剂量再生剂的沥青性能试验，分析了沥青胶结材料技术指标变化情况。

c）再生沥青混合料配合比设计中以胶结料总量作为总的沥青用量，通过马歇尔试验得出沥青混合料各项路用性能指标，进而得出最佳油石比及最佳沥青用量。

d）通过劈裂试验、高温稳定性试验，对确定的最佳油石比及沥青用量情况下的沥青混合料进行检验，结果满足规范要求。