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1、厂拌热再生沥青混合料配合比设计 徐培华1 陈梁2 高文娟2 1、长安大学公路学院，陕西西安，710064 2、西安公路材料再生工程技术研究中心 陕西西安 710065摘 要：阐述厂拌热再生沥青混合料配合比设计问题，依次从配合比设计任务与具体步骤进展了全面的介绍，并提出主要控制点与配合比设计过程中需要继续研究与探讨的问题。关键词：厂拌 热再生 混合料 配合比设计第 15 页所谓厂拌热再生技术，是将旧的沥青路面混合料切削回收，集中到再生拌与厂，再根据旧混合料技术性能的变化，掺入不同的添加材料，然后拌与成符合路面技术性能要求的再生混合料，运入施工现场，摊铺并碾压成为新的沥青路面。厂拌再生技术在国内外
2、应用非常普遍，其施工机械为多台功能单一的再生设备如路面铣削机(或冲击镐)、破碎筛分机、再生拌与机、运输厂拌设备、路面摊铺机及压路机等共同配合，完成全部再生作业。厂拌再生通常均采用热拌再生技术，再生混合料的级配、新旧料的掺配比例、温度及拌与均匀程度等，均由再生拌与设备进展控制。因此，沥青路面厂拌再生混合料的质量主要由再生拌与设备来实现与控制。再生沥青混合料，因用了一定数量的旧路面材料，而使得在混合料的组成设计方法上，有别于新沥青混合料。在进展再生混合料组成设计之前，首先须确定再生沥青混合料的类型，对于高等级公路路面补修，一般来说，再生混合料类型要与原路面一致。当然，有时要根据路面病害的形成原因、
3、摊铺厚度的限制、原材料的不同对矿料级配范围可作适当调整，但须实验论证。2.配合比设计的任务与要求沥青混合料的组成设计，要合理地确定旧料的掺配率(利用率)；要根据旧料的老化程度确定是否要掺加再生剂，并确定其掺加的数量；要确定旧沥青与新沥青的配合比，使调配而成的再生沥青具有适合的粘度，并在性能上能获得某种程度的改善，以满足路用要求；要根据再生路面构造类型与旧料级配情况调整再生混合料的集料级配，以满足混合料在强度、抗滑、防渗、稳定等方面的要求。厂拌热再生混合料配合比设计的主要任务确定旧路面材料的掺配比例； 选择再生剂与新沥青材料，并确定其用量； 选择集料，确定新旧集料的配合比例；检验再生沥青品质，并
4、确定再生混合料最正确油石比； 根据路用要求，检验再生混合料的物理力学性质。2.2 厂拌热再生混合料配合比设计的根本要求 再生混合料的配合比设计并不是单纯的技术问题，它涉及诸多因素的考虑。正确而合理地设计再生混合料，必须事先应有充分的调查资料，了解有关道路历史与交通开展的前景，依据对再生混合料的技术经济要求来进展设计，这些技术经济要求是：再生混合料必须具有足够的强度与热稳定性，夏季高温下不出现泛油、推挤、拥包与车辙。 再生混合料具有良好的低温抗裂性。为此，要求混合料在低温下表现为较好的抗变形能力，较高的抗弯拉强度与较低的弯拉模量。 再生沥青路面应具有足够的抗滑性与防渗性。 再生沥青路面应具有良好
5、的抗老化能力，路面经久耐用。 尽可能多地使用旧路面材料，提高旧料掺配率，最大限度地节约沥青与砂石材料。3.旧料掺配率确实定 旧料掺配率是旧料占整个再生混合料的重量百分率，即式中：旧料掺配率，%； O再生混合料中旧料的重量，kg； R再生混合料重量，kg。 旧料掺配率确实定，取决于对诸多因素的考虑，主要有以下几方面的因素：废旧沥青路面材料的品质 旧料经过抽提试验，取得了有关旧沥青及旧集料的资料，即可对旧料品质作出评价。假设旧沥青老化严重，粘度很高，沥青质含量又多(如超过15%)，流变指数很小(如低于0.4)，那么说明旧沥青品质很差，必须使用富芳香分油料作再生剂，否那么，再生效果将很差。假设将这种
6、旧料用于路面面层，那么应选用较低的掺配率。如果原沥青路面是采用优质沥青铺筑的，虽经多年使用，但旧沥青老化不严重，或者即使粘度变得很高，但仍具有良好的流变性质，那么可取用较高的旧料掺配率。 旧料的沥青含量较低，再生利用时必须添加较多的新沥青，当旧料的掺配率较低时，再生沥青的性质主要取决于新沥青的性质。在此情况下，旧料根本可作为集料对待。在级配调整可能的范围内，可以使用较多的旧料。 旧料中集料的品质、级配的好坏，往往也影响掺配率的抉择，假设旧集料是风化软质石料，或集料过粗，或细料过多，那么再生利用时宜取用较低的掺配率。再生混合料的用途及其质量要求 在高等级公路路面养护施工中，再生沥青混合料直接用于
7、路面面层时，要求再生混合料具有良好的品质，旧料掺配率宜取较低值，如30%40%；假设在低等级公路路面养护中，旧料掺配率可取较高值，如50%80%。 现各地铺筑再生沥青路面，为适应大交通量的要求，常做成双层路面构造，即将再生层铺筑于路面下层，上面加铺全新混合料面层(封层或罩面)。对于这种再生路面构造，可适当放宽对再生混合料的质量要求，旧料掺配率可取高值。施工条件 采用机械拌制再生混合料，旧料掺配率将受到机械工作方式与旧料加热方法的限制。例如，采用间歇式拌与机拌制再生混合料，新集料在枯燥筒内过热，温度达240左右，然后进入拌与缸，参加旧料，旧料借助于热传导吸收新集料的热量而升温，为了保证再生混合料
8、出料温度不过低，那么必须限制旧料的掺配率，一般不超过30%；如旧料在进入拌与缸前，经过预热(一般预热温度不超过100)，旧料的掺配率可适当提高至40%。 采用滚筒式拌与机拌制再生混合料，根据滚筒式拌与机不同的改装方式，旧料掺配率可以达从40%至60%不等。沥青与砂石材料的供给 在沥青与砂石材料供给困难，资金短缺的情况下，有时为了解决近期内路面工程改建、维修，以满足交通运输的要求，可稍稍放宽对再生混合料品质的要求，如采取将再生层铺筑在路面下层，以求提高旧料掺配率，节约沥青与砂石材料，减少工程投资。总而言之，确保再生混合料的质量，最大限度地节约沥青与砂石材料，争取尽可能高的经济效益与社会效益，是确
9、定旧料掺配率的根本原那么。4.再生剂的选择与用量确实定再生剂的选择 当回收的旧沥青材料其针人度小于沥青路面要求的沥青最稠的针入度，即旧沥青针人度小于40(110mm)时，宜考虑使用再生剂。选择再生剂，包括选择再生剂的品种与选择再生剂的粘度。选择再生剂的品种 假设根据再生混合料使用要求，只要求再生剂能够软化旧沥青，调节其粘度，而不要求改善其性能，在这种情况下，可任意选用各种低粘度的沥青料作再生剂，如润滑沥青、抽出油及其废料，而不管其芳香分或饱与分的含量如何。 假设根据再生混合料使用要求，不但要求再生剂能够调节旧沥青的粘度，而且要求对旧沥青的路用性质有所改善，那么必须根据旧沥青质含量的多少，选取芳
10、香分含量足够多的油料作再生剂。选择再生剂的粘度 粘度较低的再生剂具有较强的渗透能力，老化脆硬的旧路面材料，宜选用粘度较低(0.5Pa.s)的油料作再生剂。反之，那么可选用粘度在O.520Pa.s范围内的油料作再生剂。再生剂用量确实定 再生剂的用量与旧沥青粘度、再生混合料的设计粘度以及再生剂本身的粘度有关。旧沥青粘度与再生剂粘度由试验测得。旧沥青用再生剂调配后的粘度PR，根据混合料设计要求确定。再生剂用量x由式(5-13)经历算后求得。即：掺加再生剂后旧料的沥青含量 旧路面材料假设先用再生剂软化，旧料的沥青含量因此而发生变化，那么应计入再生剂所增加的油量，对此可按下式计算掺加再生剂后旧料的沥青含
11、量。式中：旧料掺人再生剂后的沥青含量，%； 旧料沥青含量，%； x再生剂的配合比。5.新沥青材料的选择与用量确实定新沥青材料的选择 拌制再生混合料时，添加新沥青材料的目的在于补充混合料所需的结合料，使混合料总的沥青结合料含量到达最正确状态；同时，它还在某种程度上调节旧沥青的粘度，改善旧沥青的性质。 新沥青材料，应具有良好的温度稳定性，与集料有良好的粘附性以及耐老化等性能。通常，应特别注意沥青材料的延性。延性好的沥青其路用性能必然是比拟好的，而且其流变性质也比拟好，因为延性好的沥青其流变指数都比拟高。 新沥青材料的粘度，以再生沥青的设计粘度作为选择的依据。假设旧料先用再生剂软化，那么新沥青材料的
12、粘度根本上就可以取用与再生沥青设计粘度一样的标号。假设旧料不先用再生剂软化，而是直接用新沥青材料调节旧沥青粘度，那么新沥青的针入度可以按下式计算：式中：Pb新沥青材料的针人度，110mm； PR再生沥青的针入度，110mm； 0旧沥青的针入度，110mm； x新沥青材料的掺配比例，以小数计； A常数，A=46569。新沥青用量确实定 新沥青材料的掺配比例由下式计算确定：式中：x新沥青材料的掺配比例； 再生沥青混合料的沥青含量，%； 旧料沥青含量(假设旧料先用再生剂软化，那么式中以代替)，%； 旧料掺配率，%。6.再生沥青性能的控制与预估 在实际拌制再生混合料时，虽然不可能直接得知旧沥青与新沥青
13、(必要时还有再生剂)混合交融的情况，然而却并不能因此而无视再生沥青的品质，因为这是控制再生沥青与再生沥青混合料性能的根本依据。再生沥青的设计粘度(PR)确实定 再生沥青的设计粘度随混合料的类型、当地的气候条件、交通性质以及施工条件而异。在气候暖热的地区，用于交通繁重的高等级路面的再生混合料，其设计粘度应采用较小的针人度，如针入度50、70等；反之，那么采用较大的针入度，如针入度90、110等。 确定再生沥青的设计粘度与确定全新混合料的沥青标号一样，可以参照?公路沥青路面施工技术标准?(JTJ 032)的规定选取沥青标号后，进展再生混合料配合比设计。再生沥青粘度的测试与预估在一般情况下，往往是已
14、经测得旧沥青的针人度，同时根据沥青材料可能供给的情况，也已选定了新沥青的标号，并测得新沥青的针入度；如果使用再生剂，那么也测得再生剂的粘度。在进展配合设计时，必须知道在确定的设计配合比情况下再生沥青的粘度，对此可通过试验直接测得。再生沥青延度的预估 由经历得知,沥青延性的优劣，在很大程度上反映沥青路用品质的好坏。旧沥青经过再生剂、新沥青调配后，其延度可能到达怎样的水平，同样是判断再生沥青质量的标准之一。 对于质量较好的旧沥青，根据实际情况，采用性能优越的再生剂，此时可不考虑旧沥青的延度。我国现在生产的沥青质量不一，旧路再生所用的再生剂又无统一规格，这样所调配的再生沥青其质量就有好有差，故有必要
15、对再生沥青的延度进展预估，或通过试验直接测试，以了解再生沥青的品质。再生沥青的质量标准 国外对再生沥青大多未提出专门的质量标准，我国也同样如此。然而，既然对再生沥青的粘度(或针入度)与延度都可由试验室直接测得，或者用计算预估的方法求得，那么对于再生沥青的品质就需要有一个质量标准来加以评定。譬如，如果再生沥青既具有适当的粘度，又具有良好的延性，那么说明再生沥青的品质优良，所拌再生沥青混合料也必将具有良好的路用性能，就可用于交通量较大的道路作面层，并期望获得耐久的使用寿命。反之，假设再生沥青的粘度虽然被调配至适当范围，但延性很差，那么说明再生沥青的品质不良，于是所拌制的、再生沥青混合料就不一定适于
16、铺筑路面面层，或只宜用于路面下层。可见，拟定衡量再生沥青品质的标准是有必要的。 我国现有的道路沥青技术标准，可以作为再生沥青的评定标准。当然，再生沥青毕竟不同于新沥青材料，无须对所有的技术工程都进展评定，而只要针对再生沥青的主要技术指标加以对照评定就行了。有技术标准作为评定标准，就能对再生沥青的品质作出恰当的评价，并进而对再生沥青路面构造作出合理的设计。譬如，根据?公路沥青路面施工技术标准?对不符合技术标准的沥青使用规定：对于针入度符适宜当标号，软化点低于50，延度不小于20cm的沥青材料，只能修筑适于交通量为3000辆d以下的沥青面层，而不能用于修筑高等级公路的防滑层与封层。对新沥青材料有这
17、种规定，那么对于再生沥青当然也应遵循这一规定。 如果再生沥青质量不符合要求，而根据路面构造设计需要，可以考虑采取改性沥青材料与其它技术措施。7.再生混合料的集料技术要求集料要求 沥青路面在自然因素与行车荷载的反复作用下，引起粒料疲劳、损伤与破碎，旧路面材料经过铣刨、破碎，筛分分级，集料级配发生变化，都必须添加新集料重新调整级配，以满足不同类型的混合料对集料级配的要求。为了保证再生沥青混合料具有良好的技术性能，在材料选择与配合比设计上，应高度重视。因为旧沥青路面材料的性能不同程度的衰退，需要通过掺配优质、坚硬、棱角清楚的集料来改善混合料的性质。 碎石必须具有足够的强度，以承受行车荷载的作用。碎石
18、颗粒应有良好的形状，以接近立方体为准，以便形成嵌挤强度。针状与片针颗粒的含量应不超过15%。 碎石与沥青材料要有良好的粘结力，通常以水煮法评定，其粘结力宜在5级以上，故宜选用碱性石料。碱性石料硬度变化较大，为保证路面有足够的耐磨性，应尽可能选用硬质石料。必要时，也可以掺入局部酸性石料，以提高集料的耐磨性。 风化石料或软质石料，易被压碎，且不耐磨，不得用于拌制面层混合料。集料中风化软质石料含量，可以采取压碎值试验与硫酸钠溶液浸泡试验加以检验。压碎值在沥青路面施工技术标准有规定：硫酸钠溶液浸泡五次循环，其重量损失不大于12%。 砾石外表圆滑，颗粒之间摩阻力小，不能形成足够的嵌挤强度在行车作用下很容
19、易发生活动，使路面产生推移与变形。假设必须使用时，宜将砾石加以破碎，以增加棱角，提高嵌挤能力。 砂在混合料中起填充粗粒料空隙、提高混合料强度与稳定性的作用。砂应具有棱角，质地坚硬，不得使用风化砂。 机制石屑有丰富的棱角，可提高混合料的内摩阻力。通常采取石屑与砂掺合使用。7.2再生混合料集料级配标准再生混合料集料级配标准可采用全新混合料级配标准，不另立新的标准。近几年来，我国各地所铺再生路面，都是以现行?沥青路面施工技术标准?规定的级配标准为设计依据的。表、表以山西省某段高速公路沥青路面AC-16再生混合料为例，介绍其掺配不同比例的废旧料时新料的级配比例与再生混合料的级配组成。表4 掺配不同比例
20、废旧料的再生混合料级配组成表5 掺配不同比例废旧料时新料的级配组成集料配合的方法 再生混合料集料配合的任务在于确定旧集料与各档新集料的配合比例，使混合集料符合设计要求。但是，与全新混合料集料配合设计不同的是，旧集料的配合比例在确定旧料掺配率时就已经被确定。因此，再生混合料集料的配合比设计，不像全新混合料集料配合有那么大的自由度。集料配合设计时，应先将旧集料的颗粒级配对照设计级配范围进展比拟分析，以便知道粗料或细料是多还是少，从而确定各档新集料的大致配合比例。比拟直观的方法是在级配曲线图中进展比拟。 在有些情况下，按照旧集料与现场所备新集料无论怎样调整其配合比，都不能符合设计级配要求，这时就不能
21、仅局限在新集料配合比上调整，应采取其它措施。如将新集料重新过筛，筛去局部粗料或细料，即调整新集料本身的级配，这样将很容易满足设计级配要求。 有时对旧料掺配率略作适当调整，如稍增加或减少旧料掺配率，也能有助于调整好级配。旧料掺配率调整后，必须对前面再生沥青混合料的配合及其粘度等指标重新加以验算，看其有无明显的变化。由此可见，再生混合料的配合比设计，必须在旧料掺配率、集料级配、再生沥青性能等几方面进展折衷平衡，才能最后加以确定。8.再生沥青混合料沥青含量确实定确定再生沥青混合料的沥青含量，实际上是确定再生混合料所需添加新沥青的数量。所谓沥青混合料的最正确沥青含量，是指保证混合料具有良好路用性能所必
22、须的沥青含量。譬如，能够保证混合料压实后具有足够的强度与稳定性；能够充分裹附集料外表，填充集料空隙并又留有一定空隙；能够保证沥青路面在冬季低温下有足够的柔韧性；能够有利于拌与、压实。具有良好的施工与易性等。沥青混合料沥青含量是沥青结合料占整个混合料的重量百分率。油石比即沥青与混合料中集料重量之比。它们两者之间有如下关系：或式中：i沥青混合料中沥青含量，%； r沥青混合料油石比；%。经历公式估算法对于规模不大的沥青路面工程，沥青混合料用油量可以采用经历公式计算确定，即使是用试验方法确定混合料用油量，也往往需要先用经历公式进展估算。美国沥青协会经历公式式中：Pc沥青结合料占整个混合料的重量百分率，
23、即沥青含量，%； A大于2.5mm集料的重量百分率，%； 0.0742.5mm集料的重量百分率，%； C小于0.074mm集料的重量百分率，%； F修正系数，其数值在0%2.0%范围内，它取决于集料的吸油能力，该公式是以集料平均相对密度在2.602.70为根底的，在缺乏具体数据时，一般可取F=0.7%1.0%; m与C有关的系数：C=11%15%，m=015；C=6%10%，m=018；C15%，m=0.20%。 日本沥青路面设计标准的经历公式式中：P沥青占混合料总重的百分率，即沥青含量,%； a大于2.5mm集料的重量百分率，%； b0.32.5mm集料的重量百分率，%； c0.0740.3
24、mm集料的重量百分率，%； d小于O.074mm集料的重量百分率，%。马歇尔试验法我国广泛采用马歇尔试验方法来确定沥青混合料的用油量。再生沥青路面的出现，国内外许多人对马歇尔试验方法能否适用于再生沥青混合料产生了疑义。这是因为马歇尔试验的稳定度标准值只有最小值，而未限制最高值。对于老化严重脆硬的旧沥青路面材料，倘假设不用再生剂使之软化，而直接用高粘度的沥青拌与成混合料，那么马歇尔稳定度往往会很高，且旧料掺配率越大，其稳定度越高，但这并不说明再生混合料具有良好的品质，相反，用这种混合料铺筑路面面层，会导致过早地出现龟裂。因此，用马歇尔试验法确定再生沥青混合料的用油量不尽如人意。然而，迄今为止国内外尚未研究出更好的试验方法来取代马歇尔试验法。现在，许多欧美国家、日本都仍然使用马歇尔试验法确定再生混合料的沥青含量。我国这几年铺筑再生沥青路面的实践也证明，马歇尔试验方法仍然不失为一种较好的试验方法。这是因为马歇尔试验方法所用设备简单，便于为试验者所掌握，同时还因为长期以来积累了丰富的经历与资料。旧路面材料再生利用，假设在应用马歇尔试验方法确定再生混合料用油量的同时，充分注意到旧沥青材料的再生，根据再生混合料的使用要求，适当地使用再生剂，改善混合料拌制工艺条件，那么所确定的用油量是能够令人满意的。