热再生沥青混合料的配合比设计

表 1 沥青老化前后的组分变化
使用年限 年 饱和分 S 芳香分A r 胶质 R 沥青质A s
老化前
3617
3314
2019 < 011
8 老化后
13
3413 3218
2113 1313
3516 4615
115 1213
1 沥青混凝土路面混合料的再生
111 沥青混合料老化的机理 沥青混凝土路面在使用过程中会出现使用性能
筛孔孔径 mm
19 1312 915 4175 2136 1118 016 013 0115 01074
通过 百分率 % 100 95 83 63 52 40 29 21 12 6
注: 旧沥青混合料中沥青含量为 311% , 针入度为 40。
312 确定旧沥青混合料的掺配比例和新矿料的用量 对回收矿料和新矿料进行试配, 确定各自的比
沥青混凝土路面经过一定时期的使用, 其使用 性能会有所下降, 当使用性能低于规范的规定值时, 需要对路面进行维修或改建, 根据以往的经验方法, 多是在旧沥青混凝土路面上铺设新的沥青混合料给 予罩面或清除旧沥青混凝土路面及扔掉沥青混合 料, 然后, 再重新铺设路面结构。 这样做要么提高了 原有路面的标高, 掩盖掉建筑物基础, 破坏地面排水 系统, 增加了路面排水的困难, 要么容易造成资源的 浪费。 实际上, 沥青混凝土路面完全可以再生利用, 沥青混凝土路面的再生技术在北美、欧洲等地区已 经得到了广泛应用。 沥青混凝土路面的再生利用就 是在回收的旧沥青混合料中添加再生剂、新的沥青 结合料和新的矿料对其进行重新加工, 形成再生沥 青混合料, 然后用再生沥青混合料修筑面层、基层 等。添加剂的类型和剂量的确定根据实际情况而定, 当回收沥青混合料作为基层材料时, 可不使用添加 剂, 但回收沥青混合料作为面层材料时, 一般需要加 入添加剂。
公路 2004 年 3 月 第 3 期 H IGHW A Y M ar12004 N o 13
313 确定新的沥青结合料的比例 拟定再生后沥青的针入度值为 70, 再生沥青混
合料中的设计沥青含量为 315%。由于回收沥青的针 入度为 40 且回收沥青混合料的掺配比例为 50% , 故 需要加入新的沥青结合料。通过上述公式(2) 和(3) 计 算得到需加入的新沥青结合料的掺配比例为 56% , 针入度为 92。 314 混合料的制备与试验
2004 年 第 3 期 季 节等: 热再生沥青混合料的配合比设计
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(3) 再生剂的选择和用量的确定。 是否使用再生剂是根据回收沥青的老化程度而
定的, 若回收沥青老化的程度不严重, 可不选用再生
剂; 若回收沥青的老化程度严重, 则需要采用再生剂。
在选用再生剂时, 要符合再生剂的性能指标建议值。
青混合料。 311 对旧沥青混合料的性能评价
对旧沥青混合料的性能评价包括: 测定旧沥青混 合料中沥青含量和矿料级配和评价回收沥青的老化 程度 ( 主要是回收沥青针入度的测定) 。
通过对旧沥青混合料进行抽提试验及筛分试验, 得出旧沥青混合料的性能指标如表 3 所示。
表 3 旧沥青混合料性能指标测定结果
2 热再生沥青混合料的配合比设计 再生沥青混合料根据拌制时的温度可分为热再
生沥青混合料和冷再生沥青混合料。对于热再生沥青 混合料的配合比设计, 可以采用M a rsha ll 试验法, 其 流程见图 2。
图 2 集中热再生沥青混合料配合比设计流程
(1) 回收沥青混合料性能的评价。
(2) 确定回收沥青混合料的掺配率。
下降的现象, 这主要是由于路面材料的老化, 沥青混
凝土路面中材料的老化主要来自以下 2 个方面。
(1) 沥青的老化。 沥青混合料中的沥青在各种自然因素和汽车荷 载的作用下, 沥青结构发生变化, 导致物理性能和力 学性能的下降, 以沥青的四组分结构分析为例, 在 沥青的四组分中, 饱和分含量在老化的过程中变化不
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公 路 2004 年 第 3 期
成细粒组分, 这样导致矿料的骨架性发生变化, 因而 矿料之间的内摩擦力逐渐减小, 抗剪强度下降。 112 沥青混凝土路面混合料再生的机理
沥青混凝土路面的再生主要是针对沥青和矿料 的再生, 它们实际上是老化的逆过程。
S: 饱和分 A r: 芳香分 R: 胶质 A s: 沥青质 图 1 沥青老化化学组分的变化示意
(2) 矿料的疲劳。 沥青混合料中的矿料在汽车荷载的长期作用下,
收稿日期: 2003- 11- 06
颗粒之间产生相互的位移和摩擦, 使其发生碎裂, 形
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例, 经计算确定再生矿料的掺配率为 50%。新矿料与 回收矿料的比例为: 回收矿料∶新粗矿料∶新细矿料 ∶新天然砂= 50∶24∶19∶7。掺配后的混合矿料的 级配能满足普通的沥青混合料的级配曲线, 表 4 是再 生矿料的级配曲线。
筛孔孔径 mm 通过率(规范值) % 通过率(实际值) %
表 4 再生矿料级配曲线
(3)
式中: P R 为再生后沥青的针入度值, 011 mm ; P b
为新沥青结合料的针入度, 011 mm ; P o 为回收沥青
的针入度值, 011 mm ; X 为新沥青结合料的掺配率。
(5) 新矿料比例的确定。
根据再生沥青混合料的设计级配, 对照回收矿料
的级配和掺配率 ( 回收矿料的掺配率等于回收沥青混
收沥青混合料的沥青含量; P 为回收沥青混合料的掺
配率。
由于在混合料配合比设计中, 假定回收沥青的掺 配率等于回收沥青混合料的掺配率, 故使得真正的回
收沥青混合料的掺配率变为
P
(
11-
iR io
)。
因此,
式
(4)
中要乘以一个系数 (1- iR )。 1- io
3 热再生沥青混合料的应用 下面结合一个具体的工程实例来设计热再生沥
公路 2004 年 3 月 第 3 期 H IGHW A Y M ar12004 N o 13 文章编号: 0451- 0712 (2004) 03- 0073- 04 中图分类号: U 4141750. 9 文献标识码: B
热再生沥青混合料的配合比设计
对于回收的沥青混合料应做抽提试验和回收骨
回收沥青混合料的掺配率由加工再生沥青混合
料的筛分试验, 以确定回收沥青的性能指标 (针入度、 料的拌和设备、回收沥青混合料的性能、再生后的沥
粘度等) 和确定其级配组成。
青混合料的使用结构层位和交通量等多种因素确定。
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季 节1, 高建立2, 罗晓辉1, 王锐英1
(1. 北京建筑工程学院 北京市 100044; 2. 东南大学交通学院 南京市 210096)
摘 要: 分析了沥青与矿料的老化机理及对沥青再生剂的技术要求, 提出了沥青和矿料的再生方法, 结合实例 讨论了热再生沥青混合料的配合比设计方法。 关键词: 沥青混合料; 热再生; 再生剂; 配合比设计
19
1312
915
4175
2136
1118
016
013
0115
01074
100 82～ 96 75～ 80 59～ 73 46～ 60 34～ 48 24～ 38 15～ 27 8～ 18
3～ 6
100
95
86
60
48
37
28
20
10
418
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(1) 沥青的再生。 沥青老化后, 变硬发脆, 其流变性能降低, 流变指 数降低; 同时, 老化后的沥青粘度提高, 针入度减小。 沥青的再生就是从这 2 个方面着手, 试图通过加入一 定的再生剂来提高其流变指数和减低其粘度。如果从 沥青的组分上分析, 就是使老化沥青在加入再生剂后 其组分能重新发生变化, 也即使沥青质的含量适当减 少, 油分和胶质的含量逐渐增加。 由于芳香分对沥青 质有较好的溶解和分散能力, 因此, 芳香分的含量是 再生剂的一个技术指标。由于再生剂要和老化沥青进 行充分的混合, 故再生剂必须具有良好的流变性质, 同时为保证再生剂和老化沥青之间具有足够的渗透 能力, 其粘度相对来说要求比较低, 一般在 0101～
大, 但芳香分转变成胶质, 胶质又转变成沥青质, 故 在老化沥青的四组分结构中, 沥青质和胶质的含量 明显增加, 芳香分的含量减少, 这样就导致了沥青变 硬, 脆性增加及粘性减少, 也即在沥青老化后, 其针 入度减少, 粘度提高, 而延度相对下降。 表 1 和图 1 所示的是沥青老化前后的组分对比和组分的变化示 意。
X=
iR - ioP iR
(2)
式中: X 为新的沥青结合料的掺配比例; iR 为再
生沥青混合料的设计沥青含量; io 为回收沥青混合料
的沥青含量; P 为回收沥青混合料的掺配率。
加入再生剂或新沥青结合料的回收沥青, 经过再
生后其稠度可由下式进行计算:
lgP R = X 1102 ( lgP b- 4. 656 9) + (1- X ) 1. 02· ( lgP o- 4. 656 9) + 4. 656 9
合料的掺配率) 来确定新矿料的比例。 也即新矿料按
照其比例和回收矿料按其掺配率混合后形成混合矿
料的级配尽量接近再生沥青混合料的设计级配规定
的中值。
(6) 再生沥青混合料最佳沥青用量的确定。 采用M a rsha ll 试验方法确定再生沥青混合料的 最佳沥青用量。也即以再生沥青混合料的设计沥青用
量 为 基 础, 每 隔 ± 015% 的 沥 青 含 量 制 作 1 组 M a rsha ll 试件, 大致需制作 5 组试件。测定M a rsha ll 试件不同特征值与沥青含量之间的关系图, 从而确定 最佳的沥青用量。最佳沥青含量的确定方法与普通沥
青混合料的确定方法一致。
(7) 新沥青结合料添加量的确定。 再生沥青混合料的最佳沥青用量确定以后, 新沥 青结合料的添加量可由下列公式确定:
ib= iR -
P
·io·
(
11-
iR ) io
(4)
式中: ib 为再生沥青混合料中新沥青结合料的添
加量; iR 为再生沥青混合料的最佳沥青含量; io 为回
再生剂的用量一般可采用下式确定:
lgΓk = X 112 lgΓb+ (1- X ) 112 lgΓ0
(1)
式中: X 为再生剂用量; Γ0 为回收沥青粘度; Γb
为再生剂粘度; Γk 为混合后粘度。
(4) 新沥青结合料的用量。
在回收沥青混合料中加入新沥青结合料的目的
是调节回收沥青的粘度, 改善回收沥青的性质。 其用 量可由下式确定:
分别制备 2 组试件, 进行马歇尔试验。 一组为不 含再生剂, 另一组为含有 015% 的再生剂。
对于不含再生剂的试件, 分别测定其沥青含量在
215%～ 410% 之间时 (每 015% 为一间隔) 沥青混合 料的稳定度、流值、空隙率 (V A )、密度、沥青饱和度 (V FA ) 与沥青含量之间的关系。对于含 015% 再生剂 的试件, 分别测定其沥青含量在 115%～ 315% 之间 时 (每 015% 为一间隔) 沥青混合料的稳定度、流值、 V A 、密度、V FA 与沥青含量之间的关系。
20 Pa·s 范围内。表 2 是建议的再生剂性能指标。
表 2 再生剂性能指标建议值
技术 粘度(25℃) 流变指数 芳香分 表面张力 薄膜烘箱试验
指标 Pa·s
(25℃) 含量 % 10- 3N m 粘度比 (Γ前 Γ后)
建议值 0101～ 20 ≥0190 ≥30 ≥36
<3
(2) 矿料的再生。 由于矿料在使用过程中的碎裂使其细化, 因此在 旧沥青混合料中, 矿料的级配曲线大部分在规定级配 曲线的上方。矿料的再生就是在旧沥青混合料中添加 新的矿料而重新调整混合矿料的级配使其满足规定 的级配要求。