高性能半柔性再生联结层的应用

[摘要]研究采用回收废旧沥青材料铺筑形成的路面半刚性基层与沥青面层间起联结过渡作用结构层――高性能半柔性再生联结层的应用。

[关键词]半柔性再生联结层

1　前言

半柔性再生联结层胶结料是由完全刚性的水硬性胶结料(如水泥、粉煤灰等)和完全柔性的特种乳化沥青(如微膨胀乳化沥青、高弹性乳化沥青等)组成的双胶结料。利用再生联结层胶结料铺筑形成的路面结构层，一般用于半刚性基层与沥青面层间起联结过渡作用，称为高性能半柔性再生联结层。

为贯彻落实交通部提出的“建立资源节约型、环境友好型行业，发展交通循环经济，推进再生资源和废弃路面材料回收利用”的要求，在施工中选择合适的沥青路面再生技术进行生产必将有效地解决道路养护工程中废旧料的处理问题，降低工程成本并减轻对环境的污染和有效抑制反射裂缝。我们在日兰高速公路大修工程研究采用利用回收废旧沥青材料铺筑形成的路面半刚性基层与沥青面层间起联结过渡作用结构层，即高性能半柔性再生联结层。

2　海母(HiRM)半柔性再生的混合料设计

为选取旧料和新料的合适比例，我们在试验室对旧料和新料(20－30mm、0－3mm)的级配进行了分析，结果如下：

2.1　旧料级配组成(见表1)

从表2可以看出，新旧料掺配后的再生料其级配符合JTGF40－2004规范对AC－25型沥青混凝土的级配要求。

2.3　确定最佳含水量(OWC)

采用特种乳化沥青作为海母(HiRM)半柔性再生混合料的粘结剂时，混合料中的剂是裂化前的特种乳化沥青和水的混合液。海母(HiRM)半柔性再生混合料目标配合比设计所指的液体含量是特种乳化沥青与水按质量比1：1掺配后的混合液质量百分比。与最大干密度有直接的关系是混合液体总体含量，而非单纯的特种乳化沥青或水的含量。因此，对于海母(HiRM)半柔性再生混合料需确定的不是最佳含水量，而是最佳混合液体含量，通常 称为最佳液体含量。

试验依据《公路工程无机结合稳定材料试验规程)(JTGE5I－2009)中的重型击实试验(T0804－94)方法(丙法)进行，特种乳化沥青与水按质量比1：1调匀后加入混合矿料中(水泥剂量均为2％)拌和，通过击实试验获得海母(HiRM)半柔性再生混合料干密度随含水量变化曲线，可求得最大干密度时的含水量，即为海母(HiRM)半柔性再生混合料的最佳含水量(OWC)。

2.4　确定最佳特种乳化沥青用量(OEC)

1)以预估的沥青用量为中值，按照一定的间隔变化形成5个特种乳化沥青用量，保持最佳含水量(OWC)不变，制备马歇尔试件，方法及步骤如下：

①向拌和机内加入足够(大约为1150g)拌和均匀的混合料(包括旧料、水硬性胶结料、新集料)，干拌均匀。

②按照计算得到的外添用水量加水，拌和均匀，拌和时间为一般为1min。

③按照预估的用量加入特种乳化沥青，拌和均匀，拌和时间一般为1min。

④将拌和均匀的混合料装入试模，放到马歇尔击实仪上，试样双面各击实75次。

⑤将试样连同试模一起侧放在60℃的鼓风烘箱中养生至恒重，养生时间不少于40h。养生结束后取出，在室温下冷却养生不少于8h，然后脱模。

2)在成型马歇尔试件同时，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052)中的T0711真空法实测各组混合料的最大理论相对密度γ1。

3)按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052)中的T0705表干法或T0707蜡封法测试各组试件的毛体积相对密度，用其他方法测定试件的毛体积密度前，应对该试验方法进行验证。

4)将成型的各组油石比试件进行15℃劈裂试验和浸水24h劈裂试验(或马歇尔稳定度试验、浸水48h马歇尔稳定度试验)。

浸水24h劈裂试验方法：将养生后的试件完全浸泡在25℃恒温水浴中23h，然后在15℃恒温水浴中完全浸泡1h，取出试件立即进行15℃的劈裂试验。

浸水48h马歇尔稳定度试验方法：将养生后的试件完全浸泡在60℃恒温水浴中48h，取出试件立即进行60℃的马歇尔稳定度试验。

5)根据劈裂强度试验、浸水劈裂强度试验(或马歇尔稳定度试验、浸水马歇尔稳定度试验)及7d无侧限抗压强度试验的结果，结合工程经验，确定最佳特种乳化沥青用量(OEC)。

6)使用特种乳化沥青用量(OEC)的海母(HiRM)混合料空隙率应结合工程实际进行控制，一般宜在3～8％范围内。

3　施工

2010年6～7月我们在日兰高速公路K52+000～K 56+000进行高性能半柔性再生联结层的试验段，我们组织精干的施工队伍，调配了优良的设备，严把材料质量，安排专职试验人员对各个环节、各个工序进行全面检测，收集数据，全面完成试验路的施工任务。

4　效果检查

经试验及施工发现拌制的HiRM－25半柔性再生沥青混合料空隙率随着特种乳化沥青用量的增大而减小，干湿劈裂强度随着特种乳化沥青用量的增大先增大后减小。结合本工程确定HiRM－25混合料特种乳化沥青用量为4.0％。在确定好矿料级配与特种乳化沥青用量后，进行HiRM－25半柔性再生沥青混合料高温稳定性、低温抗裂性、干缩与温缩性能验证，验证结果见表7。

车辙试验17127次／mm说明，半柔性混合料具有良好的高温稳定性，可以作为高等级公路的面层使用；混合料冻融劈裂强度比值83.5％、低温弯曲应变2332.8μ，能够满足规范中对于普通沥青混合料的要求，说明半柔性混合料具有良好的抗水损害能力；7d无侧限抗压强度1.63 MPa表明半柔性混合料具有足够的承载能力，能满足路面的使用要求。

5　效益分析

5.1　日兰高速公路大修工程其它路段采用的是LSPM－25沥青碎石基层路面结构，采用了将沥青面层铣创料经厂袢再生后，用于日东高速公路的连结层，以取代LSPM－25沥青碎石基层，节省造价为35万元／Km。

5.2　节省占用土地费用。

5.3　节省铣刨旧料全部废弃后将产生的环境污染及治理等费用。

5.4　减少CO2和温室气体的排放，降低对环境的污染和对施工人员健康的损害。

5.5　减少燃油和燃料及原材料、骨料和沥青的消耗，减轻热拌过程中沥青的老化，延长沥青路面的使用寿命。

5.6　延长施工季节。

综合以上分析，日兰高速公路大修工程采用再生技术，将沥青面层铣创料100％地妥善利用后，节省造价为200余万元。因此，采取合适的再生技术妥善应用旧混合料，对降低改造工程的造价、减少废弃混合料对环境的污染和堆放土地占用等都具有重大的意义。

参考文献

[1]公路工程沥青路面施工技术规范，JTG F40－2004，人民交通出版社，2005

[2]公路工程无机结合料稳定材料试验规程，(JTGF40－2004)人民交通出版社，2010