高比例RAP厂拌热再生沥青混合料在广惠高速公路试验与评价
2022-01-27
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第38卷,第4期 公 路 工 程 Vo1.38.No.4 2 0 1 3年8月 Highway Engineering Aug.,2 0 1 3 高比例RAP厂拌热再生沥青混合料在 广惠高速公路试验与评价 兰 青 ,徐伟 ,赵劲松 ,刘 平‘ (1.广东省长大公路工程有限公司,广东广州511431;2.华南理工大学,广东广州510641) 【摘要]针对高比例厂拌RAP热再生沥青混合料开展了应用研究.通过小梁弯曲试验对比评价了RAP比例 分别为0%、30%、45%的热再生沥青混合料变形性能,并对RAP比例分别为O%、30%、45%的热再生沥青混合料 在广惠高速公路开展了试验段研究,检测评价了试验路的抗车辙、弯沉及回弹模量特点,分析了高比例RAP热再 生沥青路面性能特点,总结了高比例RAP厂拌热再生沥青路面试验段应用情况。 [关键词]热再生沥青路面;旧沥青混合料(RAP);试验路;试验研究 [中图分类号】U 416.217 [文献标识码]A [文章编号]1674—0610(2013)04—0079—05 Study and Evaluating the Test Sections of High Percentage RAP in Hot Recycled Asphalt Pavement in Guanghui Freeway LAN Qing ,xu Wei ,ZHAO Jinsong ,LIU Ping (1.Guangdong Provincial Chang Da Highway Engineering Co.,LTD.,Guangzhou,Guangdong 5 1 143 1, China;2、South China University of Technology,Guangzhou,Guangdong 510641,China) [Abstract]Study on the application of high percentage RAP in hot recycled asphalt pavement is made.The deformation performance characters of hot recycled asphalt mixture with 0%.30%.45% RAP are compared through beam bending test.Test sections of hot recycled asphalt pavement with 0%. 30%,45%RAP are made in Guanghui freeway.The characters of rutting,deflection and resilient mod— ulus of test sections are tested and analyzed.The characters of test section of hot recycled asphalt pave— ment of high percentage RAP in Guanghui freeway are analyzed. [Key words]Hot Recycled Asphalt Pavement;Reclaimed Asphalt Pavement;Test Section;Exper・ imental Study 0 前言 数试验路RAP比例低于25%。当前美国厂拌热再 生沥青混合料的旧沥青混合料RAP含量比例多数 推广沥青路面大规模再生利用的一个重要因素 为10%一25%,美国大多数地区的并没有全部使用 是:再生沥青混合料生产具有显著的经济效益和节 完RAP,造成RAP的过多堆积、低价值利用、非沥青 约资源效果。提高其旧沥青混合料RAP(Reclaimed 类材料应用或废弃。RAP的利用率直接影响到经 asphalt pavement)比例和混合料性能可以显著提高 济效益、环境问题和供应系统,当前提高RAP含量 再生沥青路面施工效益,也是有效推广再生沥青路 比例的障碍包括技术标准、变异性、路用性能限制 面应用的重要技术基础,如何在满足性能要求的前 等。2007年美国联邦公路局FHWA成立了旧沥青 提下提高再生沥青混合料RAP比例是当前国内外 混合料在沥青路面修建和翻修中应用专家组(RAP 再生沥青路面研究的一个重要课题 。 ETG),RAP ETG专家组的一个目标是在美国部分 目前我国沥青再生大规模应用还处起步阶段, 地区工程中应用高比例RAP(大于25%),提高社会 多地开展了厂拌热再生沥青路面试验路研究,但多 对RAP在沥青混合料生产中的效益的认识,发展应 [收稿日期]2013—05—13 [基金项目]国家自然科学基金重点资助项目(51038004) [作者简介】兰青(1973一),男,贵州关岭人,高级工程师,主要研究方向为道路工程。 80 公路.工程 38卷 用实践中设计、处理、利用RAP的技术 。 面应用技术,于2010年l2月20 El至2011年1月 因此提高热再生沥青路面RAP比例是一项亟 17日,在广惠高速公路维修中完成厂拌热再生沥青 需解决的关键问题。随着热再生沥青混合料中 混合料试验路。广惠高速公路全长153.2 km,是广 RAP比例提高,显著影响再生沥青混合料的变形抗 东省干线公路网重要组成部分2003年12月20日 疲劳性能、水稳性、低温抗裂性等 。为了进一步 建成通车,具有交通量大、货车比例高特点。 掌握高比例RAP厂拌热再生沥青路面性能和特点, 为了更好地利用废料,节约维修成本,同时为也 依托广惠高速公路维修开展了高比例RAP厂拌热 为广惠高速公路大修做好充分的准备,本项目选取 再生沥青路面试验路研究,本文中主要介绍试验路 具有代表特征的东行k53+000一k57+000路段为 研究中对高比例RAP热再生沥青混合料变形特点 厂拌热再生试验段。铣刨主2、主3车道原路面沥 和路面结构反应特点和规律,为研究提高热再生沥 青层,并修复损坏的基层后,铺筑添加一定比例 青混合料RAP比例提供参考。 RAP的热再生AC一25C及AC一20C,最后整幅路面 1试验路方案 上进行4 cm厚新料AC一13C罩面。厂拌热再生沥 青路面试验路方案分段见表l。 为积累和掌握高比例RAP厂拌热再生沥青路 表1 试验段工程按车道方案分布表 Table l The scheme of test sections 2 RAP混合料性能评价 表3 RAP矿料级配 Table 3 Gradation of mixture of RAP 2.1 RAP材料评价 再生沥青混合料配合比设计采用广惠高速公路 k53+000~k57+000上、中、下三层沥青面层的铣 刨料RAP,经破碎筛分后分为0—6 mm和6~ 26 mm两档。RAP材料处理按照《公路工程沥青与 沥青混合料试验规范》(JTJ 052—2000)要求进行, RAP中的旧沥青采用阿布森法回收;RAP沥青含量 与级配采用燃烧法确定。RAP中矿料指标按照《公 表4 RAP回收沥青性能 Table 4 The properties of asphalt reclaimed from RAP 路工程集料试验规程》(JTG E42—2005)进行。根 据《公路沥青路面再生技术规范》(JTG F41—2008) 要求,检测结果见表2、表3、表4。 表2 RAP材料检测数据 Table 2 The material test data 著测试评价不同比例RAP热再生沥青混合料性 能 。本文以RAP比例影响显著的再生沥青混合 料变形性能作为关键指标。一般沥青混合料疲劳试 验耗时较长费用高,研究表明常温小梁弯曲试验性 能与其疲劳性能具有较好的相关性 ,本次采用小 2.2再生沥青混合料变形性能评价 梁弯曲试验间接评价再生沥青混合料。 常规马歇尔试验对热再生沥青混合料性能不敏 按照《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》 感,试验表明马歇尔稳定度、流值、水稳性并不能显 (JTG E20—2011)中“沥青混合料弯曲试验”(T0715 第4期 兰 青,等:高比例RAP厂拌热再生沥青混合料在广惠高速公路试验与评价 8l 一1993)试验方法。试验温度为15、一l0℃,加载 母 00 、 速率分别为50 mm/min。该试验操作简便,试验所 基 皇 80 需时间短,可以对沥青混合料的变形性能、弯拉模量 戗 遨 60 进行评价,进而间接反映热再生沥青混合料的抗疲 制 毯 40 劳性能和模量情况。 {打 20 ①AC一25、AC一20再生沥青混合料弯曲试验分 析。 根据《公路沥青路面再生技术规范》(JTG 1741 —2008)完成了再生沥青混合料配合比设计,经新 沥青混和设计确定新沥青采用A一70。本次试验中 1.40E一03 首先对含RAP分别为O%、10%、20%、30%、35%、 1.20E-03 55%的AC一25,RAP分别为0%、10%、20%、30%、 35%、45%的AC一20分别进行了15、一10℃小梁弯 1.OOE一03 曲试验,其中,15℃小梁弯曲试验数据见图1~图 8.O0E-04 3,一10℃小梁弯曲试数据见图4一图6,图1中数 6.00E一04 0 l0 20 30 40 50 60 据曲线表明,随着 RAP含量比例的增加,再生沥青 RAP比例/% 混合料的极限弯拉应变降低,RAP含量比例超过 图4弯拉极限应变与RAP比例关系(一1O℃J 30%后再生沥青混合料的极限弯拉应变降低显著加 Figure 4 Curves of bending strain limit to RAP percentage(一 l0℃) 速;图2中数据曲线表明,随着RAP含量比例的增 、 9 8 7 6 5 4 加,再生沥青混合料的弯拉模量增加,图3中数据曲 O ∞ ∞ ∞ ∞ 0 0 O 0 ∞ ∞ 0 ∞ 加 线表明,RAP含量比例超过30%后再生沥青混合料 = 、 的弯拉模量增加显著加速;这也说明本次试验的再 删 生沥青混合料性能在RAP含量超过30%后,RAP 趟 静 已经对再生沥青混合料性能产生显著影响,变形性 0 10 20 30 40 50 60 1.00E-02 RAP比例/% 8.00E-03 图5 弯拉模量与RAP比例关系(一lO℃) 6.0oE一03 Figure 5 Curves of bending modulus to RAP percentage(一1 0 ℃) 董4.00E一03 2.O0E一03 0 00E+00 0 l0 20 30 40 50 60 RAP比例/% 图1弯拉极限应变与RAP比例关系(15℃) Figure l Curves of bending strain limit to RAP percentage(1 5 ℃1 0 10 20 30 40 50 60 RAP比例/% 图6极限弯拉应变降低比例与RAP比例关系(一l0℃) Figure 6 Curves of decrease of bending strain limit to RAP 、 percentage(一IO℃) 能低于完全新料混合料性能的约70%。 静 图4~图6中数据曲线表明:不同RAP含量比 0 l0 20 30 40 50 60 例的再生沥青混合料的一l0℃低温小梁弯曲性能 RAP比例,% 图2弯拉模量与RAP比例关系(15℃) 反应不敏感,这要由于低温时不同沥青混合料均脆 Figure 2 Curves of bending modulus to RAP percentage(15 性显著,但图中曲线整体反映出RAP含量超过30% ℃) 后混合料的低温变形性能产生突变。 鞋 舯 ∞ ∞82 公路工程 38卷 ②再生沥青混合料弯曲试验分析小结。 曲试验结果相吻合。 通过15 cI=小梁弯曲试验可以显著反映出再生 4 沥青混合料变形性能受RAP含量比例的影响,以上 ‘3 试验反映规律与疲劳试验基本类似(另文介绍), RAP含量比例超过30%后再生沥青混合料的性能 娄z 受到显著影响。 揍1 抽} 0 3试验路实施与性能评价 A(RAP45%)B(RAP30%)C(RAP0%) 再生混合料RAP比例方案 3.1试验路施工实施 图7试验路车辙检测数据 由于刨除料内含有大块旧料(>35 mm),必须 Figure 7 The data of rutting of test section 经破碎后方能进行搅拌。RAP破碎生产工艺如下: 沥青路面经过铣刨后,运送回场地堆放,旧料经装载 机装人矿料斗并由送料皮带输送机送进筛分系统, 筛分成为两种规格料(6~26 mm,0—6 mm)经成品 料皮带输送机输送堆场待用,不合格经破碎机破碎 送回矿料斗再次筛分直至合格。混合料拌和温度控 A(RAP45%)B(RAP30%)C(RAP 0%) 制:沥青加热温度155 oC~165 oC,原生料加热温度 再生混合料RAP比例方案 图8试验路贝克曼梁弯沉数据 210 oC一220℃,再生料加热温度130 oC一140 oC, Figure 8 The data of BBD deflection of test section 能够保证成品混合料的出厂温度在一目_10.0一、蛙静 慑 gi、赔静K嘣口 4 155 o3 C~ 2 l 0 采用FWD对3种RAP比例试验段评价的动态 I65℃,同时也能较好地保证混合料的摊铺温度在 如 加 弯沉数据比较见图9,图中数据显示为参加RAP的 145 ~150℃。 沥青路面弯沉显著低于完全新料的路面,说明添加 3.2试验路成本效益分析 RAP后再生沥青路面的模量提高,进而提高了路面 因再生沥青路面的铣刨、摊铺、碾压等工艺与一 结构的刚度,这也与贝克曼梁弯沉平均值比较结果 般路面施工基本相同,故此仅对材料及拌和成本进 相一致。采用FWD对3种RAP比例试验段评价的 行对比。在RAP含量为30%时,相对节省成本约 反算动态模量数据比较见图10,图中数据显示为参 10%,而在RAP含量达45%时,相对节省成本约 加RAP的沥青路面的模量高于完全新料的路面,说 20%。利用再生料,能较好的减少混合料成本,降低 工程造价,如再考虑再生技术对生态环境的保护作 用,则再生沥青混合料的综合效益更为明显。 3.3试验路检测评价 经过近2 a运行后对广惠热再生沥青路面试验 进行了车辙、弯沉、外观等性能检测。 对3种RAP比例的试验段车辙表现情况见图 A(RAP45%)B(RAP30%)C(RAP0%) 再生混合料RAP比例方案 7,图中数据显示各方案的平均车辙很小或属于平整 图9试验路FWD弯沉数据 度范围,暂时未显示出明显差别,各方案的长期高温 Figure 9 The data of B BD deflection of test section 稳定性还需进一步观察比较。 为评价再生沥青路面的结构性能,分别采用贝 日 窘 6OO 克曼梁和FWD进行了检测。对3种RAP比例路面 \ 删 500 贝克曼梁弯沉进行统计分析,这里主要对弯沉平均 400 值进行比较分析。3种RAP比例沥青路面贝克曼 督 300 梁弯沉平均值比较见图8,图中数据显示为参加 RAP的沥青路面的弯沉显著低于完全新料的路面, A(RAP45%)B(RAP30%)C(RAP 0%) 再生混合料RAP比例方案 说明添加RAP后再生沥青路面的模量提高,进而提 图1O试验路FWI)动态模量数据 高了路面结构刚度,这也与再生沥青混合料小梁弯 Figure 1 0 The data of dynamic modulus of test section ∞ ∞ 0 第4期 兰青,等:高比例RAP厂拌热再生沥青混合料在广惠高速公路试验与评价 83 明添加RAP后再生沥青路面模量提高,这也与室内 [2] 徐志元,练可方,徐 伟.沥青及沥青混合料老化试验方法 再生沥青混合料小梁弯曲试验结果相吻合。 评价分析[J].公路工程,201l,36(2):176—177+182. [3】刘琳,高及阳.就地热再生路面中再生沥青的研究[J].公 4 总结 路工程,2011,36(3):38~4l+53. [4]A1一Qadi,I.L_,M.Elseiif,S.H_Carpenter,Reclaimed As- 本文对高比例RAP热再生沥青混合料进行的 phah Pavement-A Literature Review.FHWA-ICT-07-001.I1一 小梁弯曲试验研究表明,当RAP比例超过约30% linois Center for Transportation,University of Illinois at Urba— 时,显著影响热再生沥青混合料的变形性和模量。 na—Champaign,Urbana,IL,2007. 试验段弯沉检测数据分析显示添加RAP的再生沥 [5] Imad L.AI—Qadi,Samuel H.Carpenter,et.Determination of 青混合料的模量和路面刚度,比完全新料沥青路面 Usable Residual Asphalt Binder in RAP.HWA—ICT-09—031. Illinois Center for Transportation,University of Illinois at Ur- 显著提高。因此需要加强高比例RAP热再生沥青 bana-Champaign,Urbana,IL,2009. 路面变形耐久性改善研究,同时再生沥青路面结构 [6] 刘崇理.沥青路面的再生机理与再生剂研究[J].北方交通, 设计中需要高比例RAP热再生沥青混合料模量提 2Ol0(5):6—9. 高影响。 [7] 丁录玲,黄晓明.沥青再生剂扩散机理与扩散模拟试验研究 对运行约2 a的再生沥青路面试验段进行了全 [J].交通科技,2009(5):75—77. [8]CHE'N J S,H UANG C C,CH U P Y,et a1.Engineering 面的路用性能检测,检测数据表明试验路目前性能 characterization of recycled asphalt concrete and aged bitumen 表现优良,未出现开裂、坑槽等病害,路面整体外观  ̄nixed recycling agent[J].Journal of Material Science,2007, 优良。由于试验路的运行时间还较短,试验路的长 42:9867—9876. 期性能还需进行长期分阶段跟踪观测评价。 [9] 吴桂金.厂拌热再生沥青混合料马歇尔配合比设计方法探讨 [J].公路,2011(5):185—187. [参考文献] [10] 张肖宁.沥青与沥青混合料的粘弹力学原理及应用[M].北 [1] 聂忆华,刘苹,周志刚,等.再生剂对沥青再生机理的影响研 京:人民交通出版社,2006. 究[J].公路工程,2012,37(6):65—68. (上接第53页) [参考文献] [1]张楠.预防大跨Pc梁桥开裂和下挠的措施研究[D].长沙: 6 结语 湖南大学,2012. 本文通过对预应力损失、结构超重、混凝土加载 [2] 谢峻,王国亮,郑晓华.大跨径预应力混凝土箱梁桥长期下 挠问题的研究现状[J].公路交通科技,2007,24(1):47—50. 龄期、跨中下挠等不利因素对大跨PC连续刚构桥 [3] Santiago Rodriguez.Design of long span concrete box girder 结构性能的影响进行分析,得到以下结论: bridges challenges and solutions[C].Proceedings of the 2004 ①竖向和纵向预应力损失对腹板主应力影响 Structures Congress—Building Off the Past:Securing the Fu— 均较大,其中竖向应力损失影响更为突出,竖向应力 ture.Nashville TN USA:ASCE,2004:361—371. 不足是箱梁腹板产生斜裂缝的主要原因;顶板纵向 [4] IAN N ROBERTSON.Prediction of vertical deflections for a 预应力损失对跨中挠度的影响大于跨中底板纵向束 long—span prestressed concrete bridge structure[J].Engineer— ing Structures,2005,27(12):1820—1827. 影响,顶板束每损失l0%,成桥跨中挠度增加16% 【5] 詹建辉,陈卉.特大跨度连续刚构主梁下挠及箱梁裂缝原因 左右。 分析[J].中外公路,2005(1):56—58. ②混凝土加载龄期对结构跨中挠度有一定影 [6] 陈宇峰,徐君兰,余武军.大跨Pc连续刚构桥跨中持续下挠 响,当加载龄期由3 d提高到7 d时,成桥至10 a后 成因及预防措施[J],重庆交通大学学报,2007,26(4):6—8. 跨中挠度减少8.2%~13.0%左右,且早期徐变对 [7] 石雪飞,杨琪,阮 欣.已建大跨径Pc梁桥过量下挠及开 成桥的挠度影响小于后期挠度。 裂处治技术[M].北京:人民交通出版社,2010,12—94. 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