高比例RAP厂拌热再生沥青混合料配合比设计

设计

1. 前言 1.1 项目概况

广惠高速公路起自广州北二环高速公路，总体呈东西走向，在凌坑附近接深汕高速公路，路线全长约153km，由箩岗至石湾（A段：K0+000~K45+000）、石湾至小金口（B段：K45+000~K94+366）、小金口至凌坑（C段：K94+366~K151+000）组成，其中A段和B段为双向六车道，C段自K95+800（养护桩号）之后为双向四车道。 由于广惠高速公路交通量大，重载多，目前主车道出现大量裂缝、唧浆、坑槽类病害，每年需花费大量的资金进行养护维修，同时也产生大量的沥青路面铣刨料。厂拌热再生技术就是将旧沥青路面铣刨、回收进行再生利用，是一种较好的处理旧路面并回收再利用的方法。为了积累经验，广惠高速公路选取了具有代表特征的东行K53+000~K57+000路段为厂拌热再生试验段。 1.2 试验段方案

项目选取AK53+000~AK57+000主2、主3车道作为施工路段，铣刨上、中、下面层（宽度为8m）并对松散基层进行处治后，在基层顶面施工一层1cm改性热沥青封层，

然后采用8cm厂拌热再生沥青砼AC-25与7cm厂拌热再生沥青砼AC-20进行回填、最后对全幅路面进行4cmAC-13罩面处理。 2. 设计目的

此次配合比设计的目的是确定RAP的掺量和再生沥青混合料的基本路用性能，并对厂拌热再生沥青混合料的疲劳性能等进行研究。 3. 材料评价及选择

3.1 回收沥青路面材料（简称RAP）的评价

广惠高速公路铣刨回收沥青混合料，经破碎和筛分后分为0~6mm和6~26mm粗细两档。检验结果见表4.1～表4.3： 表4.1 RAP 检测指标

RAP检测项目 规定值

测试值 0~6 6~26

沥青含量 实测 5.53

(%) 3.25

含水率 实测 0.8 0.3

砂当量

(%) (%) ＞55 82

表4.2 77 RAP矿料级配 名称

筛孔通过率 19.0 16.0 13.2 9.5 4.75 2.36

1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 0~6

100 100 100 98.8 95.4 76.7 65.0 45.4

31.6 23.9 13.1 6~26 100 96.1

81.6 54.2 29.5 22.2 19.2 14.9 11.4 8.7

4.6

表4.3 回收沥青指标

RAP中沥青检测项目

试验条件与方法 规定值

RAP 测试值

0~6 mm

6~26 mm

针入度

25℃ 100g

实测记录

0.1mm) 5s （ 19 19

延度

5cm/min

实测记录 5.2

(cm) ℃ 10 5.1

软化点 环球法

实测记录 65.5 67.0 ) （℃

3.2 新沥青标号的确定

根据《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41-2008），当回收沥青针入度P=10~20，RAP含量>15%时，新沥青标号根据新旧沥青混合料调和法则确定。根据调和公式计算确定新沥青的标号。本次设计中，以混合后沥青标号为50号为目标，掺加新沥青标号为70号，=0.6857，=19，=70，得到η=44，即混合后的沥青针入度为44，满足混合后沥青标号要求，所以确定新沥青标号为70号。 3.3 沥青

选用东莞东交AH-70普通沥青，检验结果见表4.1：

表4.4 70号沥青检测结果

试验项目

试验条件与方法

规定值 测试值

针入度

25℃ 100g 60～80 70

0.1mm) 5s （

15℃ 100g 5s -------- 22

30℃ 100g -------- 120

5s

针入度指数 PI

-------------

－1.5～+1.0 -1.18

延度 (cm)

5cm/min 15℃

≮100 ＞100

延度

5cm/min ≮15 ----

(cm) ℃ 10 软化点 (℃) 环球法 ≮46 47.3

闪点 COC法 ≮260

℃) ( 327

蜡含量 蒸馏法 ≯2.2 1.7

密度

(%) (g/cm3) 15℃

实测记录 1.034

溶解度 (%)

三氯乙烯溶解法 ≮99.5 99.8

动力粘度 (Pa . s) 60℃ ≮180 202

运动粘度 135℃

(Pa . s)

实测记录 432 薄膜加 热试验 (163℃) (5h)

质量损失 (%)

-------------

≯±0.8 +0.02

针入度比 (%)

25℃ 100g 5s ≮61 61.4

延 度 (cm)

5cm/min 15℃ ≮15 61.1

延 度 (cm)

5cm/min 10℃ ≮6

6.6

3.4 粗、细集料

采用紫金临江建华芙蓉石场闪长岩粗集料，分别是：15~25mm、10～15mm、5～10mm、3～5mm；细集料采用紫金临江建华芙蓉石场的0～3mm闪长岩石屑。检测结果见表4.5～表4.7 ： 表4.5 粗、细集料筛分结果 名称

筛孔通过率 26.5 19.0 16.0 13.2 9.5 4.75

2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 15～25

100 53 21.9 3.5 0.1 0.0 0.0

0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 10～15 100

100 100.0 94.0 19.7 0.0 0.0 0.0

0.1 0.0 0.0 0.0 5～10 100 100

100 100 98.1 2.4 0.0 0.0 0.0

0.0 0.0 0.0 3～5 100 100 100

100 100 99.1 1.1 0.0 0.0 0.0

0.0 0.0 0～3 100 100 100 100

100 99.9 87.8 71.1 42.2 25.4 14.9

0.0

表4.6 粗集料质量指标检测结果

试验项目 规定值 测试值

15～25 10～15 5～10 3～5

石料压碎值 ≯26

(%) — 16.6 — —

洛杉矶磨耗损失 ≯28 —

(%) 15.1 — —

表观相对密度 ≮2.50 2.748

2.748 2.746 2.747

针片状颗粒含量 ≯12 2.8 3.6

(%) 7.4 —

水洗法<0.075颗粒含量 ≯1 0.2 0.2 0.2

(%) 0.3

磨光值 ≮42 — 44 —

(%) — 粘附性 ≮4级 4 4 — —

表4.7 细集料质量指标检测结果

试验项目 规定值 测试值

表观相对密度 ≮2.50 2.740

砂当量 ≮60 68 (%)

3.5 填料

配合比设计采用的填料是博罗县雄旺建材厂的矿粉。检测结果见表4.8～表4.9： 表4.8 矿粉指标检测结果

试验项目 规定值 测试值

表观密度 ）

(t/m3 ≮2.5 2.733

含水量 ≯1 0.1

塑性指数 (%)

(%) <4 3

亲水系数 <1 0.6 外观

无团粒结块

无团粒结块

加热安定性

无颜色变化

无颜色变化

表4.9 矿粉筛分结果 名称

筛孔通过率 26.5 19.0 16.0

13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3

0.15 0.075 矿粉 100 100 100 100

100 100 100 100 100 100 98.8

84.5

3.6 抗剥落剂

配合比设计采用抗剥落剂是在填料中掺入部分东莞茶山东州牌P.C32.5水泥，检测结果见表4.10 ：

表4.10 水泥筛分结果 名称

筛孔通过率

26.5 19.0 16.0 13.2 9.5 4.75 2.36

1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 水泥

100 100 100 100 100 100 100 100

100 100 99.9 94.1

4. 厂拌热再生沥青混合料配合比设计

厂拌热再生沥青混合料一般采用马歇尔设计方法进行配合比设计，确定RAP的掺配比例、新材料品种及配合比、矿料级配、最佳沥青用量。配合比设计流程按照《公路沥青路

面施工技术规范》(JTG F40-2004)进行。

4.1 RAP掺配比例选择

厂拌热再生混合料中RAP的掺配比例取决于再生混合料的性能、工程需要、拌和设备的类型。实践证明，回收沥青路面材料（RAP）的使用比例≤20%是最成熟的技术；如果回收沥青路面材料的老化程度较轻、质量变异控制较好、生产设备的生产能力允许，则RAP的使用比例可放宽至30%。掺配比例超过以上规定，则需要进行室内试验与试验段验证，并通过专家论证后方可使用。

结合广惠高速公路实际，采用RAP掺配比例为30%和45%，并进行试验段验证。

4.2 AC-25C 再生混合料配合比设计

4.2.1 AC-25C目标配合比设计

1、级配设计

工程设计级配范围选用JTG F40-2004密级配沥青混合料AC-25C矿料级配范围，如表5.1：

表5.1 不同RAP掺配比例下混合料级配比较

混合料名称 AC-25C

掺合比例

RAP30%和45%

矿 料 级 配

筛孔尺寸（mm） 31.5 26.5 19 16 13.2 9.5

4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075

RAP掺30% 通过率（%） 100 100 82.6 70.3 60.6 53.5

33.7 24.2 21.0 15.9 12.5 10.3 6.6

RAP掺45% 通过率（%） 100.0 100 86.7 78.6 68.1 50.5

29.6 18.8 14.8 12.4 8.9 6.4 4.3

规定范围（%） 100 90 75 65 57 45

24 16 12 8 5 4 3

～ ～ ～ ～ ～ ～ ～

～ ～ ～ ～ ～ ～

100 100 90 83 76 65 52 42

33 24 17 13 7

2、 AC-25C热再生沥青混合料性能

AC-25C热再生沥青混合料体积指标及性能如表5.2

表5.2 AC-25C热再生沥青混合料指标汇总

：

RAP含量 %

油石比 %

混合沥青针入度 0.1m

空隙率 %

矿料间隙率 %

沥青饱和度 %

稳定度 KN

流值 0.1mm

浸水残留稳定度 %

冻融劈裂强度比 %

动稳定度 次/mm 0 3.8

70 4.6 13.2 65.1 12.06 26.2 94.7 79.1

1862 30 4.0 44 4.1 12.2

66.4 10.81 35.1 96.4 91.7 3972 45

4.0 37 4.8 12.8 62.3 12.70 27.3

93.5 80.4 4290

4.2.2 AC-25C生产配合比设计 1、 级配设计

工程设计级配范围选用JTG F40-2004密级配沥青混合料AC-25C矿料级配范围，如表5.3：

表5.3 不同RAP掺配比例下混合料级配比较

混合料名称 AC-25C

掺合比例

RAP30%和45%

矿 料 级

筛孔尺寸（mm）配

31.5 26.5 19 16 13.2 9.5 4.75

2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075

RAP掺30%

通过率（%） 100 100 84.7 71.8 58.4 50.9 28.9

19.5 15.8 13.3 8.7 5.4 4.2

RAP掺45% 通过率（%） 100 100 .7 81.4 71.6 51.4

34.4 23.8 20.9 18.5 12.9 8.5 6.0

规定范围（%） 100 90 75 65 57 45

24 16 12 8 5 4 3

～ ～ ～ ～ ～ ～ ～

～ ～ ～ ～ ～ ～ 100

100 90 83 76 65 52 42

33 24 17 13 7

2、 AC-25C热再生沥青混合料性能

AC-25C热再生沥青混合料体积指标及性能如表5.4：

表5.4 AC-25C热再生沥青混合料指标汇总

RAP含量 %

油石比 %

混合沥青针入度 0.1m

空隙率 %

矿料间隙率 %

沥青饱和度 %

稳定度 KN

流值 0.1mm

浸水残留稳定度 %

冻融劈裂强度比 %

动稳定度 次/mm 0 3.8 70

4.5 13.3 65.3 12.16 26.4 94.3 80.1

1793 30 4.0 44 4.0 12.1 67.0

12.12 25.5 95.2 90.4 3775 45 4.0

37 4.7 12.8 63.2 11.54 24.3 93.4

80.0 4185

4.3 生产配合比验证

经试验路检验各项指标合格，以上配合比能指导施工应用。广惠高速厂拌热再生沥青路面试验段如表5.9： 表5.9 AC-20C热再生沥青混合料指标汇总 车道

施工时间

施工项目

施工桩号

施工长度m 主3

2010.12.20~2010.12.22

AC-20+30%RAP

K53+850~K54+250 400

AC-25+30%RAP

2010.12.30~2011.01.06

AC-20+45%RAP

K53+000~K53+850

3600

AC-25+45%RAP

K54+250~K57+000 主2

2011.01.08~2011.01.09

AC-20+30%RAP

K53+000~K53+800 800

AC-25+45%RAP

2011.01.10~2011.01.12

AC-20+45%RAP

K53+800~K56+800

3000

AC-25+45%RAP

2011.01.12

普通沥青AC-20

K56+800~K57+000 200

普通沥青AC-25 5. 结语

5.1 RAP 摻量30%和45%的使用比例在沥青路面下面层和中面层的应用，其性能经试验段验证可行，符合施工要求。 5.2 厂拌热再生技术具有较好的经济效益。虽然设备费用对比普通混凝土有所增加，但再生料总成本仍然相对较低，在RAP含量为30%时，相对节约成本约10%，而在RAP含量达45%时，已相对节约成本约20%。

5.3 下一阶段将进一步进行配合比设计研究，尝试增加RAP含量至60%，以充分利用旧沥青路面材料，节约维修成本。

5.4 尝试将厂拌热再生沥青砼应用于硬路肩、行车道的上

面层。