1、廠拌熱再生瀝青混合料配合比設(shè)計 徐培華1 陳梁2 高文娟2 1、長安大學(xué)公路學(xué)院，陜西西安，710064 2、西安公路材料再生工程技術(shù)研究中心 陜西西安 710065摘 要：闡述廠拌熱再生瀝青混合料配合比設(shè)計問題，依次從配合比設(shè)計任務(wù)和具體步驟進行了全面的介紹，并提出主要控制點和配合比設(shè)計過程中需要繼續(xù)研究和探討的問題。關(guān)鍵詞：廠拌 熱再生 混合料 配合比設(shè)計1.概述所謂廠拌熱再生技術(shù)，是將舊的瀝青路面混合料切削回收，集中到再生拌和廠，再根據(jù)舊混合料技術(shù)性能的變化，摻入不同的添加材料，然后拌和成符合路面技術(shù)性能要求的再生混合料，運入施工現(xiàn)場，攤鋪并碾壓成為新的瀝青路面。廠拌再生技術(shù)在國內(nèi)外應(yīng)用

2、非常普遍，其施工機械為多臺功能單一的再生設(shè)備如路面銑削機(或沖擊鎬)、破碎篩分機、再生拌和機、運輸廠拌設(shè)備、路面攤鋪機及壓路機等共同配合，完成全部再生作業(yè)。廠拌再生通常均采用熱拌再生技術(shù)，再生混合料的級配、新舊料的摻配比例、溫度及拌和均勻程度等，均由再生拌和設(shè)備進行控制。因此，瀝青路面廠拌再生混合料的質(zhì)量主要由再生拌和設(shè)備來實現(xiàn)和控制。再生瀝青混合料，因用了一定數(shù)量的舊路面材料，而使得在混合料的組成設(shè)計方法上，有別于新瀝青混合料。在進行再生混合料組成設(shè)計之前，首先須確定再生瀝青混合料的類型，對于高等級公路路面補修，一般來說，再生混合料類型要與原路面一致。當(dāng)然，有時要根據(jù)路面病害的形成原因、攤鋪

3、厚度的限制、原材料的不同對礦料級配范圍可作適當(dāng)調(diào)整，但須實驗論證。2.配合比設(shè)計的任務(wù)與要求瀝青混合料的組成設(shè)計，要合理地確定舊料的摻配率(利用率)；要根據(jù)舊料的老化程度確定是否要摻加再生劑，并確定其摻加的數(shù)量；要確定舊瀝青和新瀝青的配合比，使調(diào)配而成的再生瀝青具有適合的粘度，并在性能上能獲得某種程度的改善，以滿足路用要求；要根據(jù)再生路面結(jié)構(gòu)類型和舊料級配情況調(diào)整再生混合料的集料級配，以滿足混合料在強度、抗滑、防滲、穩(wěn)定等方面的要求。2.1廠拌熱再生混合料配合比設(shè)計的主要任務(wù)確定舊路面材料的摻配比例； 選擇再生劑和新瀝青材料，并確定其用量； 選擇集料，確定新舊集料的配合比例；檢驗再生瀝青品質(zhì)，

4、并確定再生混合料最佳油石比； 根據(jù)路用要求，檢驗再生混合料的物理力學(xué)性質(zhì)。2.2 廠拌熱再生混合料配合比設(shè)計的基本要求 再生混合料的配合比設(shè)計并不是單純的技術(shù)問題，它涉及諸多因素的考慮。正確而合理地設(shè)計再生混合料，必須事先應(yīng)有充分的調(diào)查資料，了解有關(guān)道路歷史和交通發(fā)展的前景，依據(jù)對再生混合料的技術(shù)經(jīng)濟要求來進行設(shè)計，這些技術(shù)經(jīng)濟要求是：再生混合料必須具有足夠的強度和熱穩(wěn)定性，夏季高溫下不出現(xiàn)泛油、推擠、擁包和車轍。 再生混合料具有良好的低溫抗裂性。為此，要求混合料在低溫下表現(xiàn)為較好的抗變形能力，較高的抗彎拉強度和較低的彎拉模量。 再生瀝青路面應(yīng)具有足夠的抗滑性和防滲性。 再生瀝青路面應(yīng)具有良好

5、的抗老化能力，路面經(jīng)久耐用。 盡可能多地使用舊路面材料，提高舊料摻配率，最大限度地節(jié)約瀝青和砂石材料。3.舊料摻配率的確定 舊料摻配率是舊料占整個再生混合料的重量百分率，即式中：舊料摻配率，%； O再生混合料中舊料的重量，kg； R再生混合料重量，kg。 舊料摻配率的確定，取決于對諸多因素的考慮，主要有以下幾方面的因素：3.1廢舊瀝青路面材料的品質(zhì) 舊料經(jīng)過抽提試驗，取得了有關(guān)舊瀝青及舊集料的資料，即可對舊料品質(zhì)作出評價。若舊瀝青老化嚴(yán)重，粘度很高，瀝青質(zhì)含量又多(如超過15%)，流變指數(shù)很小(如低于0.4)，則說明舊瀝青品質(zhì)很差，必須使用富芳香分油料作再生劑，否則，再生效果將很差。若將這種舊

6、料用于路面面層，則應(yīng)選用較低的摻配率。如果原瀝青路面是采用優(yōu)質(zhì)瀝青鋪筑的，雖經(jīng)多年使用，但舊瀝青老化不嚴(yán)重，或者即使粘度變得很高，但仍具有良好的流變性質(zhì)，則可取用較高的舊料摻配率。 舊料的瀝青含量較低，再生利用時必須添加較多的新瀝青，當(dāng)舊料的摻配率較低時，再生瀝青的性質(zhì)主要取決于新瀝青的性質(zhì)。在此情況下，舊料基本可作為集料看待。在級配調(diào)整可能的范圍內(nèi)，可以使用較多的舊料。 舊料中集料的品質(zhì)、級配的好壞，往往也影響摻配率的抉擇，若舊集料是風(fēng)化軟質(zhì)石料，或集料過粗，或細料過多，則再生利用時宜取用較低的摻配率。3.2再生混合料的用途及其質(zhì)量要求 在高等級公路路面養(yǎng)護施工中，再生瀝青混合料直接用于路面

7、面層時，要求再生混合料具有良好的品質(zhì)，舊料摻配率宜取較低值，如30%40%；若在低等級公路路面養(yǎng)護中，舊料摻配率可取較高值，如50%80%。 現(xiàn)各地鋪筑再生瀝青路面，為適應(yīng)大交通量的要求，常做成雙層路面結(jié)構(gòu)，即將再生層鋪筑于路面下層，上面加鋪全新混合料面層(封層或罩面)。對于這種再生路面結(jié)構(gòu)，可適當(dāng)放寬對再生混合料的質(zhì)量要求，舊料摻配率可取高值。3.3施工條件 采用機械拌制再生混合料，舊料摻配率將受到機械工作方式和舊料加熱方法的限制。例如，采用間歇式拌和機拌制再生混合料，新集料在干燥筒內(nèi)過熱，溫度達240左右，然后進入拌和缸，加入舊料，舊料借助于熱傳導(dǎo)吸收新集料的熱量而升溫，為了保證再生混合料

8、出料溫度不過低，則必須限制舊料的摻配率，一般不超過30%；如舊料在進入拌和缸前，經(jīng)過預(yù)熱(一般預(yù)熱溫度不超過100)，舊料的摻配率可適當(dāng)提高至40%。 采用滾筒式拌和機拌制再生混合料，根據(jù)滾筒式拌和機不同的改裝方式，舊料摻配率可以達從40%至60%不等。3.4瀝青和砂石材料的供應(yīng) 在瀝青和砂石材料供應(yīng)困難，資金短缺的情況下，有時為了解決近期內(nèi)路面工程改建、維修，以滿足交通運輸?shù)囊螅缮陨苑艑拰υ偕旌狭掀焚|(zhì)的要求，如采取將再生層鋪筑在路面下層，以求提高舊料摻配率，節(jié)約瀝青和砂石材料，減少工程投資。總而言之，確保再生混合料的質(zhì)量，最大限度地節(jié)約瀝青和砂石材料，爭取盡可能高的經(jīng)濟效益和社會效益，

9、是確定舊料摻配率的基本原則。4.再生劑的選擇與用量的確定4.1再生劑的選擇 當(dāng)回收的舊瀝青材料其針人度小于瀝青路面要求的瀝青最稠的針入度，即舊瀝青針人度小于40(110mm)時，宜考慮使用再生劑。選擇再生劑，包括選擇再生劑的品種和選擇再生劑的粘度。選擇再生劑的品種 若根據(jù)再生混合料使用要求，只要求再生劑能夠軟化舊瀝青，調(diào)節(jié)其粘度，而不要求改善其性能，在這種情況下，可任意選用各種低粘度的瀝青料作再生劑，如潤滑瀝青、抽出油及其廢料，而不管其芳香分或飽和分的含量如何。 若根據(jù)再生混合料使用要求，不但要求再生劑能夠調(diào)節(jié)舊瀝青的粘度，而且要求對舊瀝青的路用性質(zhì)有所改善，則必須根據(jù)舊瀝青質(zhì)含量的多少，選取

10、芳香分含量足夠多的油料作再生劑。選擇再生劑的粘度 粘度較低的再生劑具有較強的滲透能力，老化脆硬的舊路面材料，宜選用粘度較低(<0.5Pa.s)的油料作再生劑。反之，則可選用粘度在O.520Pa.s范圍內(nèi)的油料作再生劑。4.2再生劑用量的確定 再生劑的用量與舊瀝青粘度、再生混合料的設(shè)計粘度以及再生劑本身的粘度有關(guān)。舊瀝青粘度和再生劑粘度由試驗測得。舊瀝青用再生劑調(diào)配后的粘度PR，根據(jù)混合料設(shè)計要求確定。再生劑用量x由式(5-13)經(jīng)驗算后求得。即：4.3摻加再生劑后舊料的瀝青含量 舊路面材料若先用再生劑軟化，舊料的瀝青含量因此而發(fā)生變化，則應(yīng)計入再生劑所增加的油量，對此可按下式計算摻加再生

11、劑后舊料的瀝青含量。式中：舊料摻人再生劑后的瀝青含量，%； 舊料瀝青含量，%； x再生劑的配合比。5.新瀝青材料的選擇與用量的確定5.1新瀝青材料的選擇 拌制再生混合料時，添加新瀝青材料的目的在于補充混合料所需的結(jié)合料，使混合料總的瀝青結(jié)合料含量達到最佳狀態(tài)；同時，它還在某種程度上調(diào)節(jié)舊瀝青的粘度，改善舊瀝青的性質(zhì)。 新瀝青材料，應(yīng)具有良好的溫度穩(wěn)定性，與集料有良好的粘附性以及耐老化等性能。通常，應(yīng)特別注意瀝青材料的延性。延性好的瀝青其路用性能必然是比較好的，而且其流變性質(zhì)也比較好，因為延性好的瀝青其流變指數(shù)都比較高。 新瀝青材料的粘度，以再生瀝青的設(shè)計粘度作為選擇的依據(jù)。若舊料先用再生劑軟化

12、，則新瀝青材料的粘度基本上就可以取用和再生瀝青設(shè)計粘度一樣的標(biāo)號。若舊料不先用再生劑軟化，而是直接用新瀝青材料調(diào)節(jié)舊瀝青粘度，則新瀝青的針入度可以按下式計算：式中：Pb新瀝青材料的針人度，110mm； PR再生瀝青的針入度，110mm； 0舊瀝青的針入度，110mm； x新瀝青材料的摻配比例，以小數(shù)計； A常數(shù)，A=46569。5.2新瀝青用量的確定 新瀝青材料的摻配比例由下式計算確定：式中：x新瀝青材料的摻配比例； 再生瀝青混合料的瀝青含量，%； 舊料瀝青含量(若舊料先用再生劑軟化，則式中以代替)，%； 舊料摻配率，%。6.再生瀝青性能的控制與預(yù)估 在實際拌制再生混合料時，雖然不可能直接得知

13、舊瀝青和新瀝青(必要時還有再生劑)混合交融的情況，然而卻并不能因此而忽視再生瀝青的品質(zhì)，因為這是控制再生瀝青和再生瀝青混合料性能的基本依據(jù)。6.1再生瀝青的設(shè)計粘度(PR)的確定 再生瀝青的設(shè)計粘度隨混合料的類型、當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、交通性質(zhì)以及施工條件而異。在氣候暖熱的地區(qū)，用于交通繁重的高等級路面的再生混合料，其設(shè)計粘度應(yīng)采用較小的針人度，如針入度50、70等；反之，則采用較大的針入度，如針入度90、110等。 確定再生瀝青的設(shè)計粘度和確定全新混合料的瀝青標(biāo)號一樣，可以參照公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(JTJ 032)的規(guī)定選取瀝青標(biāo)號后，進行再生混合料配合比設(shè)計。6.2再生瀝青粘度的測試與預(yù)估在

14、一般情況下，往往是已經(jīng)測得舊瀝青的針人度，同時根據(jù)瀝青材料可能供應(yīng)的情況，也已選定了新瀝青的標(biāo)號，并測得新瀝青的針入度；如果使用再生劑，則也測得再生劑的粘度。在進行配合設(shè)計時，必須知道在確定的設(shè)計配合比情況下再生瀝青的粘度，對此可通過試驗直接測得。6.3再生瀝青延度的預(yù)估 由經(jīng)驗得知,瀝青延性的優(yōu)劣，在很大程度上反映瀝青路用品質(zhì)的好壞。舊瀝青經(jīng)過再生劑、新瀝青調(diào)配后，其延度可能達到怎樣的水平，同樣是判斷再生瀝青質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)之一。 對于質(zhì)量較好的舊瀝青，根據(jù)實際情況，采用性能優(yōu)越的再生劑，此時可不考慮舊瀝青的延度。我國現(xiàn)在生產(chǎn)的瀝青質(zhì)量不一，舊路再生所用的再生劑又無統(tǒng)一規(guī)格，這樣所調(diào)配的再生瀝青其

15、質(zhì)量就有好有差，故有必要對再生瀝青的延度進行預(yù)估，或通過試驗直接測試，以了解再生瀝青的品質(zhì)。6.4再生瀝青的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 國外對再生瀝青大多未提出專門的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，我國也同樣如此。然而，既然對再生瀝青的粘度(或針入度)和延度都可由試驗室直接測得，或者用計算預(yù)估的方法求得，那么對于再生瀝青的品質(zhì)就需要有一個質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來加以評定。譬如，如果再生瀝青既具有適當(dāng)?shù)恼扯龋志哂辛己玫难有裕瑒t表明再生瀝青的品質(zhì)優(yōu)良，所拌再生瀝青混合料也必將具有良好的路用性能，就可用于交通量較大的道路作面層，并期望獲得耐久的使用壽命。反之，若再生瀝青的粘度雖然被調(diào)配至適當(dāng)范圍，但延性很差，則表明再生瀝青的品質(zhì)不良，于是所拌制的、再

16、生瀝青混合料就不一定適于鋪筑路面面層，或只宜用于路面下層。可見，擬定衡量再生瀝青品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)是有必要的。 我國現(xiàn)有的道路瀝青技術(shù)規(guī)范，可以作為再生瀝青的評定標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，再生瀝青畢竟不同于新瀝青材料，無須對所有的技術(shù)項目都進行評定，而只要針對再生瀝青的主要技術(shù)指標(biāo)加以對照評定就行了。有技術(shù)規(guī)范作為評定標(biāo)準(zhǔn)，就能對再生瀝青的品質(zhì)作出恰當(dāng)?shù)脑u價，并進而對再生瀝青路面結(jié)構(gòu)作出合理的設(shè)計。譬如，根據(jù)公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范對不符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的瀝青使用規(guī)定：對于針入度符合適當(dāng)標(biāo)號，軟化點低于50，延度不小于20cm的瀝青材料，只能修筑適于交通量為3000輛d以下的瀝青面層，而不能用于修筑高等級公路的防滑層和封

17、層。對新瀝青材料有這種規(guī)定，那么對于再生瀝青當(dāng)然也應(yīng)遵循這一規(guī)定。 如果再生瀝青質(zhì)量不符合要求，而根據(jù)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計需要，可以考慮采取改性瀝青材料和其它技術(shù)措施。7.再生混合料的集料技術(shù)要求7.1集料要求 瀝青路面在自然因素和行車荷載的反復(fù)作用下，引起粒料疲勞、損傷和破碎，舊路面材料經(jīng)過銑刨、破碎，篩分分級，集料級配發(fā)生變化，都必須添加新集料重新調(diào)整級配，以滿足不同類型的混合料對集料級配的要求。為了保證再生瀝青混合料具有良好的技術(shù)性能，在材料選擇和配合比設(shè)計上，應(yīng)高度重視。因為舊瀝青路面材料的性能不同程度的衰退，需要通過摻配優(yōu)質(zhì)、堅硬、棱角分明的集料來改善混合料的性質(zhì)。 碎石必須具有足夠的強度，

18、以承受行車荷載的作用。碎石顆粒應(yīng)有良好的形狀，以接近立方體為準(zhǔn)，以便形成嵌擠強度。針狀和片針顆粒的含量應(yīng)不超過15%。 碎石與瀝青材料要有良好的粘結(jié)力，通常以水煮法評定，其粘結(jié)力宜在5級以上，故宜選用堿性石料。堿性石料硬度變化較大，為保證路面有足夠的耐磨性，應(yīng)盡可能選用硬質(zhì)石料。必要時，也可以摻入部分酸性石料，以提高集料的耐磨性。 風(fēng)化石料或軟質(zhì)石料，易被壓碎，且不耐磨，不得用于拌制面層混合料。集料中風(fēng)化軟質(zhì)石料含量，可以采取壓碎值試驗和硫酸鈉溶液浸泡試驗加以檢驗。壓碎值在瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范有規(guī)定：硫酸鈉溶液浸泡五次循環(huán)，其重量損失不大于12%。 礫石表面圓滑，顆粒之間摩阻力小，不能形成足夠

19、的嵌擠強度在行車作用下很容易發(fā)生活動，使路面產(chǎn)生推移和變形。若必須使用時，宜將礫石加以破碎，以增加棱角，提高嵌擠能力。 砂在混合料中起填充粗粒料空隙、提高混合料強度和穩(wěn)定性的作用。砂應(yīng)具有棱角，質(zhì)地堅硬，不得使用風(fēng)化砂。 機制石屑有豐富的棱角，可提高混合料的內(nèi)摩阻力。通常采取石屑和砂摻合使用。7.2再生混合料集料級配標(biāo)準(zhǔn)再生混合料集料級配標(biāo)準(zhǔn)可采用全新混合料級配標(biāo)準(zhǔn)，不另立新的標(biāo)準(zhǔn)。近幾年來，我國各地所鋪再生路面，都是以現(xiàn)行瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范規(guī)定的級配標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計依據(jù)的。表、表以山西省某段高速公路瀝青路面AC-16再生混合料為例，介紹其摻配不同比例的廢舊料時新料的級配比例和再生混合料的級配組成

20、。表4 摻配不同比例廢舊料的再生混合料級配組成表5 摻配不同比例廢舊料時新料的級配組成7.3集料配合的方法 再生混合料集料配合的任務(wù)在于確定舊集料和各檔新集料的配合比例，使混合集料符合設(shè)計要求。但是，與全新混合料集料配合設(shè)計不同的是，舊集料的配合比例在確定舊料摻配率時就已經(jīng)被確定。因此，再生混合料集料的配合比設(shè)計，不像全新混合料集料配合有那么大的自由度。集料配合設(shè)計時，應(yīng)先將舊集料的顆粒級配對照設(shè)計級配范圍進行比較分析，以便知道粗料或細料是多還是少，從而確定各檔新集料的大致配合比例。比較直觀的方法是在級配曲線圖中進行比較。 在有些情況下，按照舊集料和現(xiàn)場所備新集料無論怎樣調(diào)整其配合比，都不能符

21、合設(shè)計級配要求，這時就不能僅局限在新集料配合比上調(diào)整，應(yīng)采取其它措施。如將新集料重新過篩，篩去部分粗料或細料，即調(diào)整新集料本身的級配，這樣將很容易滿足設(shè)計級配要求。 有時對舊料摻配率略作適當(dāng)調(diào)整，如稍增加或減少舊料摻配率，也能有助于調(diào)整好級配。舊料摻配率調(diào)整后，必須對前面再生瀝青混合料的配合及其粘度等指標(biāo)重新加以驗算，看其有無明顯的變化。由此可見，再生混合料的配合比設(shè)計，必須在舊料摻配率、集料級配、再生瀝青性能等幾方面進行折衷平衡，才能最后加以確定。8.再生瀝青混合料瀝青含量的確定確定再生瀝青混合料的瀝青含量，實際上是確定再生混合料所需添加新瀝青的數(shù)量。所謂瀝青混合料的最佳瀝青含量，是指保證混

22、合料具有良好路用性能所必須的瀝青含量。譬如，能夠保證混合料壓實后具有足夠的強度和穩(wěn)定性；能夠充分裹附集料表面，填充集料空隙并又留有一定空隙；能夠保證瀝青路面在冬季低溫下有足夠的柔韌性；能夠有利于拌和、壓實。具有良好的施工和易性等。瀝青混合料瀝青含量是瀝青結(jié)合料占整個混合料的重量百分率。油石比即瀝青與混合料中集料重量之比。它們兩者之間有如下關(guān)系：或式中：i瀝青混合料中瀝青含量，%； r瀝青混合料油石比；%。8.1經(jīng)驗公式估算法對于規(guī)模不大的瀝青路面工程，瀝青混合料用油量可以采用經(jīng)驗公式計算確定，即使是用試驗方法確定混合料用油量，也往往需要先用經(jīng)驗公式進行估算。美國瀝青協(xié)會經(jīng)驗公式式中：Pc瀝青結(jié)合料占整個混合料的重量百分率，即瀝青含量，%； 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修正系數(shù)，其數(shù)值在0%2.0%范圍內(nèi)，它取決于集料的吸油能力，該公式是