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温拌再生SMA混合料在道路工程中应用

期刊目录网交通运输论文发表2022-07-05 09:47关注(1)

  依托永济路(迎宾大道—鞠官屯泵站)提升改造工程,对温拌再生SMA混合料进行了实际应用,对其原材料、生产及施工工艺进行了介绍,并对该混合料的性能进行了试验研究,结果表明,掺加20%废旧橡胶改性沥青RAP的温拌再生SMA混合料,具有橡胶粉复合SBS改性沥青混合料的特性,其高温稳定性、水稳定性优于全新SMA混合料。

温拌再生SMA混合料在道路工程中应用

  关键词:温拌再生SMA混合料;废旧改性沥青;泡沫沥青;橡胶粉

  0引言

  伴随道路交通事业的发展,人们对道路建设材料的性能、寿命等方面的要求也日渐提高,改性沥青混合料路面应用越来越多。自2010年以来,沧州市区多条快车道采用橡胶改性沥青混合料铺筑,混合料的粗集料为玄武岩碎石,沥青胶结料为废胎胶粉和基质沥青制备的橡胶改性沥青。随着路面服役时间的延长,其服务功能下降,需要对旧路面进行养护维修或铣刨后重建。铣刨回收的RAP料中含有改性沥青和优质玄武岩石料。已有研究表明,橡胶粉与SBS复合改性沥青能够形成比较稳定的三维网络结构[1-2],从而能够改善混合料的高低温性能及水稳定性[3]。通常情况下,热拌SMA混合料的拌和温度为170℃~185℃,在生产和施工过程中能源消耗大,会排放出大量的沥青烟和有害气体,严重污染环境,影响施工人员身体健康,而采用泡沫沥青温拌技术可以显著降低混合料的拌和、摊铺和碾压温度,节约能源,减少有害气体的排放,有效解决传统热拌技术的弊端。永济路(迎宾大道—鞠官屯泵站)提升改造工程全长8025m,其路面机动车道、非机动车道上面层均设计为4cmSMA沥青玛脂碎石混合料,依托该工程,在迎宾大道—开元大道段(约660m)进行了温拌再生SMA混合料的工程应用,即在SBS改性沥青SMA混合料的基础上掺加20%含橡胶改性沥青和玄武岩石料的RAP,并采用泡沫沥青温拌工艺拌和、施工,将SMA沥青混合料应用技术、泡沫沥青温拌技术、沥青路面再生技术3项技术有机融合,实现废旧改性沥青混合料高值化节能环保再生。

  1原材料

  1.1沥青

  采用河北伦特石油化工有限公司的SBS(I-D)改性沥青,其技术指标检测结果见表1。

  1.2新集料及纤维稳定剂

  粗集料为石家庄10mm~15mm,5mm~10mm玄武岩碎石,细集料为石家庄机制砂,填料为唐山石灰岩矿粉。纤维稳定剂采用木质素纤维。以上原材料的各项技术指标均能满足JTGF40—2004公路沥青路面施工技术规范的技术要求。

  1.3改性沥青RAP

  采用沧州市某道路工程上面层铣刨回收的橡胶改性沥青混合料回收料。对改性沥青RAP料进行了抽提和筛分试验,检测油石比(质量比)为5.1%,筛分结果见表2。回收沥青的25℃针入度(0.01mm)为19.4,改性沥青RAP技术指标检测结果见表3。

  2目标配合比设计

  由于泡沫沥青温拌技术是生产工艺上的改善,所以温拌全新SMA-13混合料的配合比设计按照JTGF40—2004公路沥青路面施工技术规范中热拌沥青混合料的配合比设计方法进行试验。在全新SMA-13混合料配合比设计结果基础上,根据RAP的筛分结果,调整各集料的掺配比例,使20%RAP掺量再生SMA-13混合料与全新SMA-13混合料具有基本相同的矿料级配,最终确定的混合料的目标配比见表4,矿料级配曲线见图1。采用马歇尔试验确定全新SMA-13的最佳油石比(质量比)为5.92%,再生SMA-13混合料采用与全新料相同的油石比,其沥青结合料用量由RAP料中的旧沥青和新沥青相加组成。对最佳油石比下SMA-13混合料进行了体积指标和使用性能检验,同时进行谢伦堡析漏试验及肯塔堡飞散试验,结果见表5,表6。

  3生产工艺

  3.1生产设备

  在厂拌热再生设备上安装间歇式沥青发泡装置,使改性沥青在极短的时间内大量、集中、间歇地发泡,并以泡沫形态的改性沥青喷入搅拌缸中。泡沫改性沥青黏度降低,和易性增加,能够在比热拌工艺降低30℃左右的情况下,与改性沥青RAP、新集料、纤维稳定剂等拌和均匀,生产出性能符合要求的温拌再生SMA混合料。

  3.2生产过程控制

  温拌再生SMA混合料生产时设定发泡用水量为新沥青用量的1.5%,平均每60s~70s拌制一盘,首先投入改性沥青RAP和新集料干拌约15s~20s,然后加入矿粉后干拌约5s,最后加入泡沫改性沥青、同时投入纤维稳定剂湿拌约40s~50s,拌和周期比普通沥青混合料延长10s~25s,能够保证改性沥青均匀裹附集料。RAP加热温度控制在90℃~110℃,因采用泡沫沥青温拌工艺,需保证沥青在高温下进行发泡,新改性沥青的加热温度与热拌混合料中沥青的加热温度相同;新集料的加热温度比热拌降低20℃~30℃,最终混合料的出料温度控制在150℃~165℃,生产的温拌再生SMA混合料拌和均匀,没有花白料、离析等现象。温拌全新SMA混合料各环节加热温度比温拌再生SMA混合料低5℃,混合料出料温度控制在150℃~160℃。

  4施工工艺

  SMA混合料对施工各环节的控制及要求较高,对施工因素的敏感性较强,施工中对施工温度、压实工序等加强管控。混合料运输采用LNG运输车,保温性能良好且使用方便。SMA混合料到场及摊铺温度与出厂温度相比,温降较小。温拌再生与全新温拌SMA-13采用相同的施工工艺。摊铺机分幅摊铺,碾压遵循“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则,具体的碾压组合及碾压速度见表7。对于大型压路机难于碾压的部位,如收水口及井盖周围重要边角部位,采用小型压路机进行压实。施工过程中设专人对混合料的摊铺、碾压温度进行了检测,混合料的摊铺温度为140℃~149℃,初压温度为135℃~139℃,碾压终了温度不低于90℃。混合料易于碾压密实,同时施工作业环境得到明显改善。施工完毕后,及时对施工现场进行了钻芯,芯样完整密实,经检测压实度均大于96%,满足规范要求;摩擦系数(BPN)51~57,渗水系数31mL/min~45mL/min,符合设计要求。成型后的温拌再生SMA路面具有理想的外观效果,行车舒适,路用性能良好。采用XC-0002落锤式弯沉仪检测路面弯沉代表值为14.3(0.01mm),符合交工验收弯沉值不大于19.8mm的要求。

  5室内试验

  生产过程中,分别取温拌再生和全新温拌SMA-13混合料进行性能对比试验。

  5.1油石比及矿料级配检测

  采用离心分离法进行油石比检测,结果见表8。温拌再生SMA混合料中含有橡胶粉,导致检测的油石比偏小。

  5.2混合料性能检验

  按照JTGE20—2011公路工程沥青及混合料试验规程中的试验方法进行马歇尔、车辙及冻融劈裂试验,试验结果见表9。同时,引入汉堡车辙试验综合评价混合料的水稳定性(见图2)。汉堡车辙试验水浴温度为50℃,控制试件空隙率为(7±1)%,设置钢轮达到20000次往复运动时停止试验,其结果为浸水轮碾20000次时的车辙深度,试验结果见表10。从上述试验结果可以看出:1)温拌再生SMA混合料的马歇尔稳定度、动稳定度、残留稳定度、冻融劈裂强度比均满足现行规范中对全新热拌SMA混合料的技术要求,且各项指标均高于全新温拌SMA混合料。2)2种混合料的汉堡车辙深度均较浅,而全新温拌SMA混合料的平均车辙深度约为温拌再生SMA混合料的1.8倍,说明温拌再生SMA混合料在水浴状态下具有良好的抗车辙性能。3)温拌再生SMA混合料具有良好的抗车辙性能,主要有两方面的原因,一是RAP中沥青老化而变硬,增加了再生混合料的抗车辙变形能力;二是RAP中残留的橡胶粉与新SBS改性沥青复合后,提高了沥青结合料的黏性,改善了沥青的高温稳定性,从而使混合料的高温稳定性提高。4)温拌再生SMA混合料的水稳定性优于全新温拌SMA混合料,分析原因可能是RAP中含有残留的橡胶粉,与新掺加的SBS改性沥青发生了复合作用,沥青黏度得到改善,因此沥青与集料之间的界面强度得到了提高,形成的沥青混合料就能够有效抵抗水进入油石界面,减少沥青从集料表面剥离,从而改善了混合料的水稳定性。综合上述试验结果,掺加20%废旧橡胶改性沥青混合料的再生SMA混合料,其高温稳定性、水稳定性优于全新SMA混合料,具有橡胶粉复合SBS改性沥青混合料的特性,性能更优于单纯的SBS改性沥青混合料,与金科的研究结论一致[4-5]。

  6效益分析

  沥青混合料拌和设备以天然气为燃料,在生产过程中,对温拌再生SMA混合料拌和温度和天然气耗气量进行了跟踪,将其与传统热拌工艺进行了对比,经济效益分析见表11。与传统热拌SMA混合料相比,温拌再生SMA混合料技术再生利用了RAP料,节约了新石料及新沥青的消耗,同时生产拌和温度降低20℃~30℃,节能率达30%,每吨混合料的生产成本可降低50余元,经济效益显著。此外,拌和温度的降低,使生产及施工现场沥青烟的排放量明显减少,明显改善施工作业环境。温拌再生与温拌SMA混合料均采用泡沫沥青温拌工艺,平均单位耗气量基本相同,两者相比,温拌再生SMA混合料生产成本中节省了新石料及新沥青等材料费用。

  7路面效果评价

  永济路通车使用1a后,对温拌再生SMA路段进行了观测,路面无裂缝,没有出现推移、壅包、松散、坑槽、车辙及水损害等破坏,检测路面摩擦系数(BPN)50~53,渗水系数39mL/min~48mL/min,弯沉代表值为15.4(0.01mm),路面使用状况良好。

  8结论和建议

  永济路温拌再生SMA的成功应用为废旧改性沥青混合料的再生利用提供了一种应用途径和工程参考。通过该工程实践,主要得出以下结论和建议:1)掺加20%废旧橡胶改性沥青混合料的温拌再生SMA混合料,具有橡胶粉复合SBS改性沥青混合料的特性,其高温稳定性、水稳定性更优于单纯的SBS改性沥青SMA混合料。2)温拌再生SMA混合料应用于沥青路面上面层,提高了改性沥青RAP的应用层位,实现了改性沥青RAP的高值化再生利用。3)温拌再生SMA混合料再生利用了含改性沥青和玄武岩石料的RAP料,解决了废旧沥青路面材料弃置堆放占用土地问题,减少了高品质砂石材料的开采和新沥青的使用,结合泡沫沥青温拌技术,实现了废旧改性沥青混合料高值化节能环保再生。

  《温拌再生SMA混合料在道路工程中应用》来源于《山西建筑.》2022,48(13)作者:董文红

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