CN110054906A - 通过双级配设计制备乳化沥青厂拌冷再生混合料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种通过双级配设计制备乳化沥青厂拌冷再生混合料的方法，本发明突破了现有技术中仅通过控制RAP级配来制备乳化沥青厂拌冷再生混合料的思维局限，通过RAP和矿料的双级配设计，大幅度提高了冷再生混合料的路用性能，制备得到的混合料不仅具有最大密度、劈裂强度，混合料的高温稳定性及其它的路用性能也得到有效提高。

Description

通过双级配设计制备乳化沥青厂拌冷再生混合料的方法
技术领域
本发明涉及乳化沥青厂拌冷再生技术领域，特别涉及一种通过双级配设计制备乳化沥青厂拌冷再生混合料的方法。
背景技术
厂拌冷再生技术作为路面混合料再生技术的一种，优点在于常温下施工、无环境污染、RAP材料利用率高等，将其应用于沥青路面建设与养护中不仅可以减少CO2排放、节约土地，而且将在一定程度上缓解新碎石开采的压力，节约资源、降低生产成本，实现资源的再生循环利用，因此获得了各国的重视。
传统的冷再生混合料级配设计时是把RAP当作“黑石头”来用，以AC-20为例，粗细级配关键筛孔4.75mm通过率在26-56之间，不考虑RAP材料中的沥青性能与抽提后的矿料级配，但这种级配设计最后会使冷再生沥青混合料级配严重偏细，导致混合料碾压时易出现弹簧、推移，强度偏低、高温稳定性不足等病害。
同时在使用冷再生混合料时，若仅考虑RAP抽提后的矿料级配，该级配合成时RAP料呈偏细状态，需要添加较粗的新集料，造成混合料整体级配偏粗，加上RAP表面旧沥青老化严重，易导致混合料粘结力差、松散等病害。
而通过单一调整RAP级配或矿料级配也无法改善上述现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过双级配设计制备乳化沥青厂拌冷再生混合料的方法，本发明突破了现有技术中仅通过控制RAP级配来制备乳化沥青厂拌冷再生混合料的思维局限，通过RAP和矿料的双级配设计，大幅度提高了冷再生混合料的路用性能。
本发明的技术方案在于：
一种通过双级配设计制备乳化沥青厂拌冷再生混合料的方法，通过同时控制RAP级配和矿料级配制备乳化沥青厂拌冷再生混合料。
本发明进一步包括以下优选技术方案：
双级配设计控制RAP级配4.75mm通过率为41-45.5％，矿料级配4.75mm通过率55-58.5％。
进一步优选控制RAP级配4.75mm通过率为41-45％，矿料级配4.75mm通过率55-58％。
更进一步优选控制RAP级配4.75mm通过率为41-42％，矿料级配4.75mm通过率55-56％。
以AC-20为例，其中AC-20指的是公称最大粒径为20mm的沥青混凝土，可以采取以上的双级配设计方式制备乳化沥青厂拌冷再生混合料。
本发明在进行冷再生混合料配合比设计时，同时考虑“黑石头”RAP与新加集料的级配，又考虑再生混合料的真实矿料级配，即双级配设计，大幅度提高了冷再生混合料的路用性能，制备得到的混合料不仅具有最大密度、劈裂强度，混合料的高温稳定性及其它的路用性能也得到有效提高。
附图说明
图1为对比例1的G5-RAP级配图及相对应的G5矿料级配图。
图2为实施例1的G4-RAP级配图及相对应的G4矿料级配图。
图3为对比例2的G2矿料级配图及相对应的G2-RAP级配图。
图4为对比例3的G1矿料级配图及相对应的G1-RAP级配图。
图5为实施例2的G3-RAP级配图及相对应的G3矿料级配图。
图6为AC-20双级配4.75mm关键筛孔通过率控制范围。
图7为三种级配试验段6个月钻芯取样，图7(a)为6个月RAP级配芯样，图7(b)为6个月矿料级配芯样，图7(c)为6个月双级配芯样。
图7(a)对应实施例1的产品，图7(b)对应对比例3的产品，图7(c)对应实施例2的产品。
图8为三种级配试验段12个月钻芯取样，图8(a)为12个月RAP级配芯样，图8(b)为12个月矿料级配芯样，图8(c)为12个月双级配芯样。
图8(a)对应实施例1的产品，图8(b)对应对比例3的产品，图8(c)对应实施例2的产品。
图9为三种级配试验段24个月钻芯取样，图9(a)为24个月RAP级配芯样，图9(b)为24个月矿料级配芯样，图9(c)为24个月双级配芯样。
图9(a)对应实施例1的产品，图9(b)对应对比例3的产品，图9(c)对应实施例2的产品。
图10为三种级配不同龄期的密度指标。
图11为三种级配不同龄期的强度指标。
具体实施方式
实施例及对比例中，采用基质沥青为中石油广东高富70#A类沥青，乳化剂为苏博特冷再生用E503慢裂型阳离子乳化剂，通过DALWORTH型号NU-4S乳化沥青设备进行乳化。RAP原材选用长沙南绕城高速三档铣刨料规格为0-8mm、8-15mm和15-25mm，新料选用湘潭景宏石灰岩规格为9.5～19mm，矿粉选用湖南益阳新鑫，水泥选用普通硅酸盐水泥标号为P.O42.5，水为生活用水。
对比例1
依据我国行业标准《公路沥青路面再生技术规范》(JTG F41-2008)分别进行RAP级配和矿料级配配合比设计，以AC-20为例，4.75mm筛孔通过率为级配粗细设计的关键筛孔，将RAP当作“黑石头”设计即把RAP4.75mm筛孔通过率和级配曲线整体靠近级配中值，如图1，G5-RAP级配图及相对应的G5矿料级配图所示；
再依据级配设计进行混合料试验，将9.5～19mm新料倒入拌合锅，加入12g水和28g乳化沥青，拌和60s后，加入960g三档再生(RAP)沥青料、24g水和28g乳化沥青，拌和60s后再加入48g石灰石矿粉(粒径为0.075mm的矿粉通过率大于75％，密度2.78g/cm3)和18g水泥，继续拌和60s后，依据《公路沥青路面再生技术规范》(JTG F41-2008)和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)成型冷再生乳化沥青混合料马歇尔试件，并试验检测空隙率、15℃劈裂强度等相关混合料指标，所得结果如表1所示。
实施例1
优化对比例1中G5-RAP级配和矿料级配，降低RAP 4.75mm筛孔通过率，RAP级配曲线整体下降且更趋近级配中值，相对应的矿料级配也随着下降，如图2，G4-RAP级配图及相对应的G4矿料级配图所示：
将9.5～19mm新料倒入拌合锅，加入12g水和28g乳化沥青，拌和60s后，加入960g三档再生(RAP)沥青料、24g水和28g乳化沥青，拌和60s后再加入48g石灰石矿粉(粒径为0.075mm的矿粉通过率大于75％，密度2.78g/cm3)和18g水泥，继续拌和60s后，依据《公路沥青路面再生技术规范》(JTG F41-2008)和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)成型冷再生乳化沥青混合料马歇尔试件，并试验检测空隙率、15℃劈裂强度等相关混合料指标。对比例1、2所得混合料指标结果如表1所示：
表1对比例1与实施例1冷再生乳化沥青混合料性能数据
通过图1、图2、表1可知，对比例1中G5-RAP级配比实施例1中G4-RAP级配偏细，对比例1所得混合料密度较大，空隙率较低，但由于没有足够的粗骨料起到骨架支撑的作用，也因此使其力学性能方面略差于实施例1，其中冻融劈裂强度比优于实施例1是由于对比例1的空隙率较小，水侵害的程度较小，因此冻融劈裂强度比较高。同时，对比例1、2的矿料级配都超出了级配上限，真正起到骨架支撑的矿料整体偏少，致使实际级配偏细，力学性能和长期耐久性会受到影响，为此下面再次调整RAP级配和相对应的矿料级配。
把RAP当作实实在在的沥青混合料来看待，以再生混合料的真实矿料级配来作为控制指标，让矿料级配尽可能形成骨架嵌挤型级配，其目标是既要保证混合料的最大密度、劈裂强度，又要保证混合料的高温稳定性及其它的路用性能。
对比例2
依据我国行业标准《公路沥青路面再生技术规范》(JTG F41-2008)分别进行矿料级配和RAP级配配合比设计，使矿料级配4.75mm筛孔通过率接近4.75mm筛孔级配中值，整体级配曲线接近级配中值，相对应RAP级配不可超出级配下限，如图3，G2矿料级配图及相对应的G2-RAP级配图所示：
再依据级配设计进行混合料试验，将9.5～19mm新料倒入拌合锅，加入12g水和28g乳化沥青，拌和60s后，加入960g三档再生(RAP)沥青料、24g水和28g乳化沥青，拌和60s后再加入48g石灰石矿粉(粒径为0.075mm的矿粉通过率大于75％，密度2.78g/cm3)和18g水泥，继续拌和60s后，依据《公路沥青路面再生技术规范》(JTG F41-2008)和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)成型冷再生乳化沥青混合料马歇尔试件，并试验检测空隙率、15℃劈裂强度等相关混合料指标，所得结果如表2所示。
对比例3
优化对比例2中G2矿料级配图及相对应的G2-RAP级配，降低矿料级配4.75mm筛孔通过率，矿料级配曲线整体下降且更趋近级配中值，相对应的RAP级配也随着下降，如图4，G1矿料级配图及相对应的G1-RAP级配图所示：
将9.5～19mm新料倒入拌合锅，加入12g水和28g乳化沥青，拌和60s后，加入960g三档再生(RAP)沥青料、24g水和28g乳化沥青，拌和60s后再加入48g石灰石矿粉(粒径为0.075mm的矿粉通过率大于75％，密度2.78g/cm3)和18g水泥，继续拌和60s后，依据《公路沥青路面再生技术规范》(JTG F41-2008)和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)成型冷再生乳化沥青混合料马歇尔试件，并试验检测空隙率、15℃劈裂强度等相关混合料指标。实施例1、3、4所得混合料指标结果如表2所示：
表2实施例1、3、4冷再生乳化沥青混合料性能数据
通过图3、图4、表2可知，对比例3中G1矿料级配比对比例2中G2矿料级配偏粗，且G1-RAP级配更接近级配下限，对比例3所得混合料密度较小，空隙率较高，由于G1-RAP级配粗骨料较多细骨料较少，因此使其强度方面略优于对比例2，但40℃马歇尔稳定度和冻融劈裂强度比相对较差，这是由于对比例3的空隙率较大，受水侵害的程度更大。同时，实施例1、对比例2级配混合料指标相近，其中对比例2的密度较小和空隙率较大，且力学指标明显优于
实施例1，为此平衡实施例1、对比例2级配，再次调整RAP级配和相对应的矿料级配。
实施例2
综合比较实施例1、对比例2的RAP级配和矿料级配，增加实施例1中RAP粗骨料比例和对比例2中细骨料比例，减少实施例1中RAP细骨料比例和对比例2中粗骨料比例，平衡级配如表5，G3-RAP级配图及相对应的G3矿料级配图所示：
将9.5～19mm新料倒入拌合锅，加入12g水和28g乳化沥青，拌和60s后，加入960g三档再生(RAP)沥青料、24g水和28g乳化沥青，拌和60s后再加入48g石灰石矿粉(粒径为0.075mm的矿粉通过率大于75％，密度2.78g/cm3)和18g水泥，继续拌和60s后，依据《公路沥青路面再生技术规范》(JTG F41-2008)和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)成型冷再生乳化沥青混合料马歇尔试件，并试验检测空隙率、15℃劈裂强度等相关混合料指标。实施例1、2、对比例2所得混合料指标结果如表3所示：
表3实施例1、2、对比例2冷再生乳化沥青混合料性能数据
通过图5和表3可知，实施例2中各项指标均优于实施例1和对比例2，经过一定的时间与运行后，冷再生混合料会逐步向热拌混合料转化，转化完成后，因其综合的油石比比较高，其综合性能不低于同型热拌混合料的性能，在低温抗裂性方面还可能优于普通热拌混合料，因此优选的双级配4.75mm关键筛孔控制应如表4和图6所示，满足混合料指标级配范围的RAP4.75mm通过率41～45％，矿料4.75mm通过率55～58％，为达到更好的混合料性能RAP级配4.75mm通过率26-56％，优选为33-49％，更优选为40-42％；矿料级配4.75mm通过率40-70％，优选为47-63％，更优选54-56％，作为双级配设计中的最优参考指标。
表4各级配4.75mm关键筛孔通过率(％)
级配类型 RAP级配 矿料级配
G1 33.5 48.9
G2 37.4 52.1
G3 41.3 55.3
G4 45.2 58.5
G5 49.1 61.7
其中，对比例1：RAP级配关键筛孔4.75mm通过率为49.1，矿料级配关键筛孔4.75mm通过率为61.7；
实施例1：RAP级配关键筛孔4.75mm通过率为45.2，矿料级配关键筛孔4.75mm通过率为58.5；
对比例2：RAP级配关键筛孔4.75mm通过率为37.4，矿料级配关键筛孔4.75mm通过率为52.1；
对比例3：RAP级配关键筛孔4.75mm通过率为33.5，矿料级配关键筛孔4.75mm通过率为48.9；
实施例2：RAP级配关键筛孔4.75mm通过率为41.3，矿料级配关键筛孔4.75mm通过率为55.3。
实施例中，G1-G5代表级配类型图1-图5。本发明的创新点就在于利用双级配设计方法，替代常规的RAP级配设计方法，综合考虑RAP和矿料级配设计。关键点在于RAP级配和矿料级配中4.75mm筛孔通过率和整体级配曲线与级配中值的重合趋势。
通过潭邵高速G60大中修冷再生试验段实际工程验证，三种级配不同龄期的取芯效果及相关指标见图7～11和表5。
表5冷再生试验段不同龄期芯样指标
一方面要把RAP当作“黑石头”来看待，其关键要素是保证混合料的最大密度、最大劈裂强度；另一方面又要把RAP当作实实在在的沥青混合料来看待，让矿料级配尽可能形成骨架嵌挤型级配，其目标是既要保证混合料的最大密度、劈裂强度，又要保证混合料的高温稳定性及其它的路用性能。
设计思路是：1、传统的(现在使用的级配设计方法)级配设计方法就是对比例1，只考虑RAP级配与级配中值拟合，最后的混合料指标虽能达到设计要求，但仍能继续改善；
2、继续下调RAP级配4.75mm通过率和整体曲线趋势得到实施例1，发现混合料性能比对比例1还要好，那是否直接按照矿料级配贴近级配中值会更合理呢，所以出现了对比例2，矿料级配4.75mm通过率和曲线趋势贴近级配中值，混合料性能优于对比例1，稍差实施例1；
3、继续下调曲线出现对比例3，发现混合料整体性能变差，同时调整RAP级配和矿料级配出现实施例2，混合料整体性能达到最优。
得出结论：单纯采用RAP和矿料级配拟合级配中值都不可靠。
本发明通过回调RAP和矿料级配曲线，发现此时的混合料性能达到最好，因此综合5个级配设计和混合料指标，结合试验段实际工程验证，给出双级配设计的关键筛孔推荐参考值和整体曲线趋势，是本发明要阐述的核心。

Claims (4)

1.一种通过双级配设计制备乳化沥青厂拌冷再生混合料的方法，其特征在于，在制备过程中，通过同时控制RAP级配和矿料级配制备乳化沥青厂拌冷再生混合料。
2.权利要求1中所述的通过双级配设计制备乳化沥青厂拌冷再生混合料的方法，控制RAP级配4.75mm通过率为41-45.5％，矿料级配4.75mm通过率55-58.5％。
3.权利要求1或2所述的通过双级配设计制备乳化沥青厂拌冷再生混合料的方法，控制RAP级配4.75mm通过率为41-45％，矿料级配4.75mm通过率55-58％。
4.权利要求1或2所述的通过双级配设计制备乳化沥青厂拌冷再生混合料的方法，控制RAP级配4.75mm通过率为41-42％，矿料级配4.75mm通过率55-56％。
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