基于精細剝離篩分的熱再生瀝青混合料級配設計方法與流程
1.本發(fā)明涉及公路的熱再生瀝青路面材料的制造技術，具體涉及一種基于精細剝離篩分的熱再生瀝青混合料級配設計方法。
背景技術：
2.資源短缺以及過度開采引發(fā)的環(huán)境問題日益凸顯，就道路交通而言，瀝青路面建設和養(yǎng)護已面臨石料短缺的困境。而我國的高速公路已進入大、中修期，每年產生億噸級的瀝青路面回收料。大量回收料廢置不僅占用土地，引發(fā)環(huán)境污染，且造成資源嚴重浪費。因此，研究推廣瀝青路面再生及循環(huán)利用技術，降低瀝青路面建設養(yǎng)護過程中碳排放，改善環(huán)境，是瀝青路面建設維養(yǎng)過程中重要的研究方向。
3.目前國內外研究中rap料(瀝青路面回收料)利用技術主要分熱再生和冷再生兩個技術路線，其中工廠化熱再生是實現rap資源化利用的有效途徑。現行規(guī)范要求 rap摻量不超過30％，施工過程主要憑經驗控制，影響了rap的利用價值。目前國內外針對rap料的破碎、篩分和儲存的研究較少，rap差別較大難以掌握，老化瀝青的回收與再生劑的匹配也較復雜導致rap再生利用效果有限。
4.影響rap摻加量的主要因素如下：
5.(1)加熱溫度限制。rap加熱時有粘結傾向而使溫度受限，缺少的熱量需要新集料帶入，“帶入熱量”的瓶頸限制了rap的摻加量。
6.(2)rap級配偏離限制。目前rap一般采用簡單破碎篩分，rap的摻入影響瀝青混合料的級配，“級配容錯”的能力限制了rap的摻入量。
7.(3)rap均勻性的限制。目前的技術是rap、再生劑、新集料、新瀝青在拌鍋中拌制50-60秒，隨機性產生“新瀝青裹覆的rap、再生劑裹覆的rap及未裹覆的新集料”等不同狀態(tài)的混合料，“混合料狀態(tài)隨機性”影響瀝青路面的質量，限制了rap的摻量。
技術實現要素：
8.本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種能夠將瀝青路面回收料有效用于新路面施工，能夠實現回收料全利用，并能滿足公路瀝青路面施工要求的基于精細剝離篩分的熱再生瀝青混合料級配的設計方法。
9.本發(fā)明的基于精細剝離篩分的熱再生瀝青混合料級配設計方法，包括以下步驟：
10.步驟1，按照施工要求確定瀝青混合料設計目標級配范圍；該步驟按照《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》(jtg f40)的要求，根據應用場景、需求功能、降雨氣溫氣候條件、交通量，確定設計目標級配范圍。
11.步驟2，對精細剝離篩分為10-15mm、5-10mm及0-5mm三個不同粒徑范圍的瀝青路面回收料，測定不同粒徑范圍的瀝青含量、抽提前后級配變化、粉塵含量；所述抽提過程是指常規(guī)的加熱抽提回收料中瀝青的過程；
12.步驟3，對于步驟2中10-15mm及5-10mm的瀝青路面回收料，根據目標級配的設計要
求直接進行混合料設計；
13.步驟4，對于步驟2中0-5mm的瀝青路面回收料加入新鮮瀝青、再生劑，經過養(yǎng)生再生后，與5-10及10-15mm瀝青路面回收料、礦粉按常規(guī)路面施工技術規(guī)范的施工方法確定配比，配制使用。
14.進一步的，所述步驟2的具體步驟為：
15.步驟2-1，測定10-15mm、5-10mm、0-5mm瀝青路面回收料中的瀝青含量；
16.步驟2-2，測定10-15mm、5-10mm瀝青路面回收料抽提前級配；
17.步驟2-3，測定10-15mm、5-10mm瀝青路面回收料抽提后級配；
18.步驟2-4，確定抽提前后級配偏差不超過
±
5％；
19.步驟2-5，測定10-15mm、5-10mm瀝青路面回收料粉塵含量，確定粉塵含量不超過1％。
20.進一步的，所述步驟3的具體步驟為：10-15mm及5-10mm瀝青路面回料經步驟2驗證后，即，抽提前后級配偏差不超過
±
5％，粉塵含量不超過1％時進行密度、壓碎值、棱角性測試，結果滿足施工設計要求要求(可按照設計規(guī)范jtg f40)后進行下一步級配設計。
21.進一步的，所述步驟4的具體步驟為：
22.步驟4-1，對0-5mm瀝青路面回收料樣品中瀝青進行抽提回收，測試回收瀝青25℃針入度、軟化點及10℃延度，根據目標再生瀝青性能，試驗確定所需添加再生劑及新鮮瀝青比例；
23.步驟4-2，根據樣品計算所得再生劑及新鮮瀝青添加比例，將再生劑及新鮮瀝青直接加入0-5mm瀝青路面回收料中，在120-190℃溫度，在10-50轉/min轉速下養(yǎng)生至少6h；
24.步驟4-3，0-5mmrap料、再生劑、新鮮瀝青、5-10mm、10-15mmrap料按目標級配進行比例設計；
25.步驟4-4，將物料混合后的瀝青混合料進行性能檢測，確定再生瀝青混合料性能需要滿足施工設計要求(可按照設計規(guī)范jtg f40)。
26.本發(fā)明的級配設計方法實用性強，可以充分利用rap里老化瀝青，該混合料使用的100％為不同粒徑范圍的rap料，實現了rap料全利用，具有顯著經濟性，且可以提高再生混合料的路用性能，延長再生瀝青路面的使用壽命。
具體實施方式
27.下面結合具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明：
28.本發(fā)明實施包括以下步驟：
29.步驟1，本發(fā)明實施例1用于某干線公路，考慮路面公路等級為國省干線公路，原路面出現淺層龜裂面積23％，強度及抗松散性能下降現狀，交通等級為重載交通，屬于夏炎熱區(qū)多雨的氣候條件，并對同類公路配合比設計和使用情況調查研究的基礎上，按照《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》(jtg f40)的要求，進行相關配合比設計。設計目標級配如下表所示。
30.表-1目標瀝青混合料級配要求
[0031][0032]
步驟2，對精細剝離篩分為10-15mm、5-10mm及0-5mm三個不同粒徑范圍的瀝青路面回收料，測定不同粒徑范圍的瀝青含量、抽提前后級配變化、粉塵含量。使用的回收料相關性質見下表所示：
[0033]
表-2原材料主要信息
[0034][0035][0036]
依據要求進行了各種回收料的密度試驗(試驗結果見表-3)、瀝青密度試驗(試驗結果見表-4)。
[0037]
表-3各種礦料相對密度試驗結果
[0038]
礦料表觀相對密度毛體積相對密度吸水率(％)1#料2.9212.8610.722#料2.9232.8530.84細集料2.8682.7052.10礦粉2.704
????
[0039]
表-4瀝青相對密度試驗結果
[0040]
瀝青品種瀝青相對密度雙龍70號瀝青1.048
[0041]
各種礦料的篩分結果見表-5所示。
[0042]
表-5各種礦料的篩分試驗結果
[0043][0044]
步驟3，對于步驟2中10-15mm及5-10mm的瀝青路面回收料，根據目標級配的設計要求直接進行混合料設計；
[0045]
根據級配要求，根據集料的篩分結果首先初選出粗、中、細三個級配(級配1、級配2、級配3)，然后根據當地的工程實際應用情況選擇油石比，分別制作馬歇爾試件，得出試件的體積指標，根據體積指標初選一組滿足或接近設計要求的級配作為設計級配。表-6為三個級配的礦料比例明細表，表-7是三種礦料的合成級配明細表。
[0046]
表-6三種級配的礦料比例明細
[0047][0048]
表-7三種礦料的合成級配通過率明細
[0049][0050]
參照以往瀝青路面目標配合比的工程應用情況，選擇油石比5.0％作為三種試級配用油石比、雙面各擊實50次成型馬歇爾試件。馬歇爾試驗結果匯總如表-8所示。
[0051]
表-8三種試級配馬歇爾試驗結果
[0052][0053]
由表-8可以看出級配1和級配2體積指標滿足要求，級配3體積指標不滿足要求，結合工程實際應用經驗，本次設計選擇級配2為設計級配，礦料比例為1#：2#：細集料：礦粉＝33.5％：40.0％：23.0％：3.5％，油石比為5.0％。
[0054]
步驟4，對于步驟2中0-5mm的瀝青路面回收料加入新鮮瀝青、再生劑，經過養(yǎng)生再生后，與5-10及10-15mm瀝青路面回收料、礦粉按jtg f40的施工方法通過常規(guī)計算確定配比，配制使用。
[0055]
經計算，根據步驟3中的礦料比例“1#：2#：細集料：礦粉＝33.5％：40.0％：23.0％：3.5％，油石比為5.0％”，經測試0-5mm回收料細集料中的油石比為3.1％，其中抽提出老化瀝青針入度(25℃)為21，經試驗，0-5mm回收料老化瀝青按比例添加9％的再生劑，即可將老化瀝青恢復至新鮮瀝青性能水平。因此經計算可得 0-5mmrap料的添加比例為23.0
×
(1+3.1％)＝23.7，其中老化瀝青的比例為23.7
?×
3.1％＝0.7％，對應再生劑的添加比例為0.7％
×
9％＝0.0063％，則新鮮瀝青添加比例為5.0-0.7-0.0063＝4.3％。
[0056]
綜上，1#：2#：細集料：礦粉＝33.5％：40.0％：23.7％：3.5％，新鮮瀝青添加比例為4.3％，再生劑添加比例為0.0063％。
[0057]
其中0-5mmrap料加入相應比例瀝青及再生劑后，養(yǎng)生時間6h，養(yǎng)生溫度120℃，攪拌速度25轉/min。
[0058]
按上述步驟1-步驟4混合料配合比設計，成型相關試件，檢測結果如下所示：
[0059]
瀝青混合料性質如表-9所示。
[0060]
表-9瀝青混合料體積性質
[0061]
混合料特性設計結果技術要求試件毛體積相對密度2.325
??
計算理論最大相對密度2.652
??
空隙率vv(％)12.3≥10礦料間隙率vma(％)21.3≥20飽和度vfa(％)42.235～55da(μm)10.610≥9穩(wěn)定度ms(kn)10.98≥6
[0062]
在試驗溫度185
±
2℃條件下，將混合料保溫1小時后進行析漏測試，見表-10 所示。
[0063]
表-10析漏試驗結果
[0064][0065]
將成型的馬歇爾試件(雙面各擊實50次)，放入恒溫水槽中養(yǎng)生。對標準飛散試驗，在20℃
±
0.5℃恒溫水槽中養(yǎng)生20h。對浸水飛散試驗，先在60℃
±
0.5℃恒溫水槽中養(yǎng)生48h，然后取出后在室溫中放置24h。對熱拌瀝青混合料加速老化后的飛散試驗，先對瀝青混合料進行短期老化及長期老化過程，再按標準飛散試驗條件對試件進行養(yǎng)生。然后采用洛杉磯磨耗試驗機旋轉300次進行飛散測試。3種條件下的飛散試驗結果依次見表-11、表-12、表-13。
[0066]
表-11標準飛散試驗結果
[0067][0068]
表-12浸水飛散試驗結果
[0069][0070]
表-13加速老化后混合料標準飛散試驗結果
[0071][0072]
為了檢驗瀝青混合料的抗水損害性能，分別進行了設計油石比下的瀝青混合料的浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，試驗結果見表-14、表-15。
[0073]
表-14浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗結果
[0074][0075]
表-15凍融劈裂試驗結果
[0076][0077]
在60
±
1℃，0.7
±
0.05mpa條件下進行車轍試驗以檢驗瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，車轍試件空隙率結果及動穩(wěn)定度試驗結果分別見表-16及表-17所示。
[0078]
表-16車轍試件空隙率試驗結果
[0079]
[0080]
表-17車轍試驗結果
[0081][0082]
通過混合料級配調試和相關驗證試驗，表明所設計的再生瀝青混合料的體積指標、瀝青膜厚度、抗水損害性能、高溫穩(wěn)定性能均滿足要求。
技術特征：
1.一種基于精細剝離篩分的熱再生瀝青混合料級配設計方法，其特征是：包括以下步驟，步驟1，按照施工要求確定瀝青混合料設計目標級配范圍；步驟2，對精細剝離篩分為10-15mm、5-10mm及0-5mm三個不同粒徑范圍的瀝青路面回收料，測定不同粒徑范圍的瀝青含量、抽提前后級配變化、粉塵含量；步驟3，對于步驟2中10-15mm及5-10mm的瀝青路面回收料，根據目標級配的設計要求直接進行混合料設計；步驟4，對于步驟2中0-5mm的瀝青路面回收料加入新鮮瀝青、再生劑，經過養(yǎng)生再生后，與5-10及10-15mm瀝青路面回收料、礦粉按常規(guī)路面施工技術規(guī)范的施工方法確定配比，配制使用。2.根據權利要求1所述的基于精細剝離篩分的熱再生瀝青混合料級配設計方法，其特征是：所述步驟2的具體步驟為，步驟2-1，測定10-15mm、5-10mm、0-5mm瀝青路面回收料中的瀝青含量；步驟2-2，測定10-15mm、5-10mm瀝青路面回收料抽提前級配；步驟2-3，測定10-15mm、5-10mm瀝青路面回收料抽提后級配；步驟2-4，確定抽提前后級配偏差不超過
±
5%；步驟2-5，測定10-15mm、5-10mm瀝青路面回收料粉塵含量，確定粉塵含量不超過1%。3.根據權利要求1所述的基于精細剝離篩分的熱再生瀝青混合料級配設計方法，其特征是：所述步驟3的具體步驟為，10-15mm及5-10mm瀝青路面回料經步驟2驗證后，進行密度、壓碎值、棱角性測試，結果滿足施工設計要求后進行下一步級配設計。4.根據權利要求1所述的基于精細剝離篩分的熱再生瀝青混合料級配設計方法，其特征是：所述步驟4的具體步驟為，步驟4-1，對0-5mm瀝青路面回收料樣品中瀝青進行抽提回收，測試回收瀝青25℃針入度、軟化點及10℃延度，根據目標再生瀝青性能，試驗確定所需添加再生劑及新鮮瀝青比例；步驟4-2，根據樣品計算所得再生劑及新鮮瀝青添加比例，將再生劑及新鮮瀝青直接加入0-5mm瀝青路面回收料中，在120-190℃溫度，在10-50轉/min轉速下養(yǎng)生至少6h；步驟4-3，0-5mmrap料、再生劑、新鮮瀝青、5-10mm、10-15mmrap料按目標級配進行比例設計；步驟4-4，將物料混合后的瀝青混合料進行性能檢測。
技術總結
本發(fā)明涉用于公路的熱再生瀝青路面材料的基于精細剝離篩分的熱再生瀝青混合料級配設計方法。該方法包括以下步驟：1、按照施工要求確定瀝青混合料設計目標級配范圍；2、對精細剝離篩分為三個不同粒徑范圍的瀝青路面回收料，測定不同粒徑范圍的瀝青含量、抽提前后級配變化、粉塵含量；3、對于步驟2中10-15mm及5-10mm的回收料，根據目標級配的設計要求直接進行混合料設計；4、對于步驟2中0-5mm的回收料加入新鮮瀝青、再生劑，經過養(yǎng)生再生后，與5-10及10-15mm回收料、礦粉按常規(guī)路面施工技術規(guī)范的施工方法確定配比，配制使用。本發(fā)明具有顯著經濟性，且可提高再生混合料的路用性能，延長再生瀝青路面的使用壽命。長再生瀝青路面的使用壽命。
