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改性沥青SMA就地热再生混合料路用性能试验研究
2019年01月24日    阅读量:1271    新闻来源:沥道起重  |  投稿
改性沥青SMA就地热再生混合料路用性能试验研究 中国沥青网,sinoasphalt.com

前言中国高速公路经历了10多年的快速发展,目前已进入大规模的维修养护期,每年产生大量的废弃沥青混合料,对环境造成很大的污染。受能源危机影响,废旧沥青路面材料的循环利用,是未来公路交通行业发展的重要方向之一。

相比传统的养护方法和厂拌再生技术,就地热再生具有如下优点:旧料100%得到利用;工期短,开放交通快,当天即可开放交通;养护效果好,再生路面具有优良的性能;新料用量少,节约资金,经济效益高;环保效益好中国沥青网sinoasphalt.com。因此,针对沥青路面就地热再生方法进行技术及应用的研究,蕴涵巨大的经济效益,顺应交通行业建设可持续发展的战略举措。

就地热再生技术已经使用了多年,并在高速公路养护工程中得到了大量的应用,但是以前的研究和应用只针对普通沥青或改性沥青混合料的再生设计及性能验证,而现在越来越多的路面上面层采用改性沥青SMA,对于这种面层材料的再生研究还不够深入,因此,该文依托连徐高速公路,采用再生剂和SBR胶乳两种添加剂方案,对改性沥青SMA路面的就地热再生混合料的配合比设计以及混合料的性能进行研究,以解决改性沥青SMA路面进行就地热再生的技术难点。

老化沥青性能评价及添加剂选择


由于路面就地热再生中旧料掺加比例往往高达80%以上,新料的掺加对于旧料的性能改变有限,所以需要适量的添加剂。

回收沥青材料性能分析

连徐高速公路连云港港口段目前已使用长达10年之久。可以看出:原路面上面层沥青经过多年的路用老化后,其性能发生了较大程度的衰减,表现为针入度和延度指标有了很大程度的降低,已远不能满足技术要求,而软化点和G*/sinδ由于沥青的老化变硬而有了很大的增长。因此,需通过沥青再生剂对老化沥青性能进行恢复。

添加剂掺量确定

该文选择再生剂和SBR胶乳两种添加剂方案,对改性沥青进行再生,改善老化沥青的性能,使其达到理想状态。

(1)再生剂掺量的确定。采用再生剂对回收老化的SBS改性沥青进行再生,再生剂的用量分别采用2%和4%。将再生后的沥青分别进行性能检测。添加再生剂后,老化沥青的各项性能指标都得到了一定程度的恢复。当再生剂的用量从2%增长到4%时,沥青的针入度和延度增长幅度较小,而软化点则明显下降。综合考虑上述因素,并结合已有的工程经验,将再生剂的用量确定为旧料沥青质量的2%。

(2)SBR胶乳掺量的确定。SBR胶乳是一种阴离子型聚合物分散体,具有良好的机械稳定性及可操作性,并具有很高的粘结强度。SBR胶乳常温下呈乳白色液状,易于流动。将SBR胶乳添加到旧料中,可以提升旧料的路用性能。结合以往工程经验,SBR胶乳的添加量为旧料沥青质量的4%。

改性沥青SMA再生混合料配合比设计


鉴于再生剂并不能完全恢复旧沥青的原有性能,旧料性能的提升也不能完全依赖于它,故建议在再生混合料的组成设计过程中通过添加新拌沥青混合料等措施来提高再生沥青混合料的路用性能。

再生混合料合成级配的确定

研究发现,原SMA路面旧料级配稍微偏粗,需要添加新料对原路面材料的级配进行优化,改进再生混合料的级配,以提高其路用性能。同时,由于车辙、坑槽等路面病害可能使老路面材料有一定的损耗,为保持原路面设计厚度,再生时需添加一定量的新料,以保证标高一致。结合原SMA路面旧料的抽提筛分结果,确定新料的添加量为再生混合料质量的15%。

沥青用量的确定

按照上述设计级配,通过计算沥青膜厚度预估新料中的沥青用量。受原路面旧料数量限制,以旧料中原有沥青用量、新料中沥青用量之和为再生料沥青用量基准,并上下浮动0.3%,初定油石比为5.6%、5.9%、6.2%,成型马歇尔试件。

可以看出:在不添加新料的情况下,原路面旧料的空隙率偏大,未能满足3%~4.5%的要求。各组再生沥青混合料的空隙率、稳定度和流值均满足规范要求。根据以往的工程经验,确定SMA路面再生混合料的最佳油石比为5.9%。

改性沥青SMA再生混合料性能评价


根据以上试验结果,确定SMA路面再生沥青混合料的材料组成方案如下:(1)再生剂方案。旧料所占比例为85%,新料的比例为15%。再生料的油石比为5.9%,再生剂的用量为旧料沥青质量的2%。(2)SBR胶乳方案。旧料所占比例为85%,新料的比例质量为15%。再生料的油石比为5.9%。SBR胶乳的用量为旧料沥青质量的4%。

针对再生剂和SBR胶乳两种添加剂方案,采用上述设计级配和沥青用量,通过动态蠕变试验、冻融劈裂试验、浸水飞散试验和低温弯曲试验,评价SMA路面再生沥青混合料的路用性能。

高温性能

采用单轴动态蠕变试验评价再生混合料的高温抗车辙性能。采用旋转压实仪成型直径100mm,高63.5mm的试件,试验温度60℃,轴向压力700kPa。采用试验结果中得到的流变点Fn作为评价指标来评价试件的高温性能。已有研究表明:流变点Fn与车辙试验动稳定度有着良好的正相关性,能够较好地反映沥青混合料的高温抗车辙性能。

从试验结果中可以看出:

(1)对比4种混合料的Fn值和动态蠕变曲线图,可明显得出4种混合料的高温抗车辙性能从低到高依次为:旧料<再生混合料<再生混合料<新拌SMA-13,原路面旧料高温抗车辙性能最差。

(2)相对于新拌沥青混合料SMA-13,无论添加SBR胶乳还是再生剂,各再生料均很快地进入了永久变形第3阶段,出现了明显的剪切流动。其流变次数Fn均远小于新拌沥青混合料。

(3)对比再生剂和SBR胶乳两种添加剂方案,添加SBR胶乳的再生混合料的累积微应变和第2阶段斜率更小,流变次数更大,对高温稳定性的提升更为显著。因此,建议在路面再生工程中使用SBR胶乳以提升路用性能。

水稳定性

(1)冻融劈裂试验。采用冻融劈裂试验对再生料及旧料的水稳定性进行评价。可见:添加再生剂和SBR胶乳的两种再生混合料的TSR都满足要求,且添加SBR胶乳的再生混合料TSR达到94.5%,比添加再生剂的再生混合料表现出更好的水稳定性。(2)浸水飞散试验。采用规范中肯塔堡浸水飞散试验方法,对试件在60℃水槽中养生2d,取出后放置1d进行飞散试验。

可知:两种再生混合料和旧料的飞散损失都满足规范要求,且添加SBR胶乳的再生混合料飞散损失更小。结合冻融劈裂试验和浸水飞散试验结果,可知两种再生混合料的水稳定性都符合技术要求,且添加了SBR胶乳的再生混合料因为粘性增加,集料间的作用更加稳固,从而具有更好的水稳定性。

低温性能

采用小梁弯曲试验评价再生混合料的低温抗裂性能。试验条件:温度-10℃,速率50mm/min。可知:①较纯旧料的再生混合料,掺加再生剂和SBR胶乳两种方案,其最大破坏荷载、跨中挠度、抗弯拉强度及破坏应变等指标均有明显提高;②掺加再生剂和SBR胶乳的再生混合料,其破坏应变均满足技术要求;添加再生剂的再生混合料,其破坏应变大于SBR胶乳,具有更好的柔韧性和低温抗裂性能。

实体工程验证


连徐高速是江苏省内连接徐州和连云港的交通主干道,于2003年建成通车。部分路段行车道出现了车辙、裂缝和坑槽等病害,其中尤以车辙病害较为严重。为了改善路面的使用性能,根据该文就地热再生混合料配合比设计结果,采用就地热再生技术对上面层SMA-13进行治理。

对再生后的路面进行压实度、抗滑、渗水及平整度检测。现场检测结果表明:试验段铺筑后外观表面平整密实,无明显轮迹、裂痕、推挤、油包、离析等缺陷,车辙病害得到有效处治,平整度、渗水系数和摩擦系数也满足要求。因此,就地热再生对于改性沥青SMA路面车辙具有理想的处治效果,且对于平整度和抗滑性能都有显著的改善效果,可提高路面性能,改善行车舒适性和安全性。

结论


该文依托连徐高速公路,对改性沥青SMA路面的就地热再生混合料的配合比设计以及混合料的性能进行室内试验研究,并将研究成果应用于实体工程,取得了良好的效果。主要结论如下:

(1)再生剂和SBR胶乳两种添加剂方案,均可以使老化沥青的软化点、针入度等性能指标逐渐恢复,改善老化沥青的性能,使其达到理想状态。

(2)现有添加剂并不能完全恢复旧沥青的原有性能,在再生混合料的组成设计过程中需要添加一定比例的新料来改善旧料的级配,提高再生沥青混合料的路用性能。

(3)室内试验结果表明:无论添加SBR胶乳还是再生剂,各再生料的路用性能均符合技术要求,且添加SBR胶乳的再生混合料表现出更好的高温性能和水稳定性。

(4)连徐高速实体工程应用结果表明,就地热再生对于改性沥青SMA路面具有理想的处治效果,可提高路面性能,改善行车舒适性和安全性。


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