厂拌热再生沥青混合料配合比设计.docx

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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配合比设计

徐培华1陈梁2高文娟2

1、长安大学公路学院，陕西西安，710064

2、西安公路材料再生工程技术研究中心陕西西安710065

摘要：

阐述厂拌热再生沥青混合料配合比设计问题，依次从配合比设计任务和具体步骤进行了全面的介绍，并提出主要控制点和配合比设计过程中需要继续研究和探讨的问题。

关键词：

厂拌热再生混合料配合比设计

1.概述

所谓厂拌热再生技术，是将旧的沥青路面混合料切削回收，集中到再生拌和厂，再根据旧混合料技术性能的变化，掺入不同的添加材料，然后拌和成符合路面技术性能要求的再生混合料，运入施工现场，摊铺并碾压成为新的沥青路面。

厂拌再生技术在国内外应用非常普遍，其施工机械为多台功能单一的再生设备如路面铣削机（或冲击镐）、破碎筛分机、再生拌和机、运输厂拌设备、路面摊铺机及压路机等共同配合，完成全部再生作业。

厂拌再生通常均采用热拌再生技术，再生混合料的级配、新旧料的掺配比例、温度及拌和均匀程度等，均由再生拌和设备进行控制。

因此，沥青路面厂拌再生混合料的质量主要由再生拌和设备来实现和控制。

再生沥青混合料，因用了一定数量的旧路面材料，而使得在混合料的组成设计方法上，有别于新沥青混合料。

在进行再生混合料组成设计之前，首先须确定再生沥青混合料的类型，对于高等级公路路面补修，一般来说，再生混合料类型要与原路面一致。

当然，有时要根据路面病害的形成原因、摊铺厚度的限制、原材料的不同对矿料级配范围可作适当调整，但须实验论证。

2.配合比设计的任务与要求

沥青混合料的组成设计，要合理地确定旧料的掺配率（利用率）；要根据旧料的老化程度确定是否要掺加再生剂，并确定其掺加的数量；要确定旧沥青和新沥青的配合比，使调配而成的再生沥青具有适合的粘度，并在性能上能获得某种程度的改善，以满足路用要求；要根据再生路面结构类型和旧料级配情况调整再生混合料的集料级配，以满足混合料在强度、抗滑、防渗、稳定等方面的要求。

2.1厂拌热再生混合料配合比设计的主要任务

①确定旧路面材料的掺配比例；

②选择再生剂和新沥青材料，并确定其用量；

③选择集料，确定新旧集料的配合比例；

④检验再生沥青品质，并确定再生混合料最佳油石比；

⑤根据路用要求，检验再生混合料的物理力学性质。

2.2厂拌热再生混合料配合比设计的基本要求

再生混合料的配合比设计并不是单纯的技术问题，它涉及诸多因素的考虑。

正确而合理地设计再生混合料，必须事先应有充分的调查资料，了解有关道路历史和交通发展的前景，依据对再生混合料的技术经济要求来进行设计，这些技术经济要求是：

①再生混合料必须具有足够的强度和热稳定性，夏季高温下不出现泛油、推挤、拥包和车辙。

②再生混合料具有良好的低温抗裂性。

为此，要求混合料在低温下表现为较好的抗变形能力，较高的抗弯拉强度和较低的弯拉模量。

③再生沥青路面应具有足够的抗滑性和防渗性。

④再生沥青路面应具有良好的抗老化能力，路面经久耐用。

⑤尽可能多地使用旧路面材料，提高旧料掺配率，最大限度地节约沥青和砂石材料。

3.旧料掺配率的确定

旧料掺配率是旧料占整个再生混合料的重量百分率，即

式中：

　Ｐ—旧料掺配率，%；

　　　ＧO—再生混合料中旧料的重量，kg；

　　　ＧR—再生混合料重量，kg。

旧料掺配率的确定，取决于对诸多因素的考虑，主要有以下几方面的因素：

3.1废旧沥青路面材料的品质

旧料经过抽提试验，取得了有关旧沥青及旧集料的资料，即可对旧料品质作出评价。

若旧沥青老化严重，粘度很高，沥青质含量又多（如超过15%），流变指数很小（如低于0.4），则说明旧沥青品质很差，必须使用富芳香分油料作再生剂，否则，再生效果将很差。

若将这种旧料用于路面面层，则应选用较低的掺配率。

如果原沥青路面是采用优质沥青铺筑的，虽经多年使用，但旧沥青老化不严重，或者即使粘度变得很高，但仍具有良好的流变性质，则可取用较高的旧料掺配率。

旧料的沥青含量较低，再生利用时必须添加较多的新沥青，当旧料的掺配率较低时，再生沥青的性质主要取决于新沥青的性质。

在此情况下，旧料基本可作为集料看待。

在级配调整可能的范围内，可以使用较多的旧料。

旧料中集料的品质、级配的好坏，往往也影响掺配率的抉择，若旧集料是风化软质石料，或集料过粗，或细料过多，则再生利用时宜取用较低的掺配率。

3.2再生混合料的用途及其质量要求

在高等级公路路面养护施工中，再生沥青混合料直接用于路面面层时，要求再生混合料具有良好的品质，旧料掺配率宜取较低值，如30%～40%；若在低等级公路路面养护中，旧料掺配率可取较高值，如50%～80%。

现各地铺筑再生沥青路面，为适应大交通量的要求，常做成双层路面结构，即将再生层铺筑于路面下层，上面加铺全新混合料面层（封层或罩面）。

对于这种再生路面结构，可适当放宽对再生混合料的质量要求，旧料掺配率可取高值。

3.3施工条件

采用机械拌制再生混合料，旧料掺配率将受到机械工作方式和旧料加热方法的限制。

例如，采用间歇式拌和机拌制再生混合料，新集料在干燥筒内过热，温度达240℃左右，然后进入拌和缸，加入旧料，旧料借助于热传导吸收新集料的热量而升温，为了保证再生混合料出料温度不过低，则必须限制旧料的掺配率，一般不超过30%；如旧料在进入拌和缸前，经过预热（一般预热温度不超过100℃），旧料的掺配率可适当提高至40%。

采用滚筒式拌和机拌制再生混合料，根据滚筒式拌和机不同的改装方式，旧料掺配率可以达从40%至60%不等。

3.4沥青和砂石材料的供应

在沥青和砂石材料供应困难，资金短缺的情况下，有时为了解决近期内路面工程改建、维修，以满足交通运输的要求，可稍稍放宽对再生混合料品质的要求，如采取将再生层铺筑在路面下层，以求提高旧料掺配率，节约沥青和砂石材料，减少工程投资。

总而言之，确保再生混合料的质量，最大限度地节约沥青和砂石材料，争取尽可能高的经济效益和社会效益，是确定旧料掺配率的基本原则。

4.再生剂的选择与用量的确定

4.1再生剂的选择

当回收的旧沥青材料其针人度小于沥青路面要求的沥青最稠的针入度，即旧沥青针人度小于40（1／10mm）时，宜考虑使用再生剂。

选择再生剂，包括选择再生剂的品种和选择再生剂的粘度。

4.1.1选择再生剂的品种

若根据再生混合料使用要求，只要求再生剂能够软化旧沥青，调节其粘度，而不要求改善其性能，在这种情况下，可任意选用各种低粘度的沥青料作再生剂，如润滑沥青、抽出油及其废料，而不管其芳香分或饱和分的含量如何。

若根据再生混合料使用要求，不但要求再生剂能够调节旧沥青的粘度，而且要求对旧沥青的路用性质有所改善，则必须根据旧沥青质含量的多少，选取芳香分含量足够多的油料作再生剂。

4.1.2选择再生剂的粘度

粘度较低的再生剂具有较强的渗透能力，老化脆硬的旧路面材料，宜选用粘度较低（<0.5Pa.s）的油料作再生剂。

反之，则可选用粘度在O.5～20Pa.s范围内的油料作再生剂。

4.2再生剂用量的确定

再生剂的用量与旧沥青粘度、再生混合料的设计粘度以及再生剂本身的粘度有关。

旧沥青粘度和再生剂粘度由试验测得。

旧沥青用再生剂调配后的粘度PR，根据混合料设计

要求确定。

再生剂用量x由式（5-13）经验算后求得。

即：

4.3掺加再生剂后旧料的沥青含量

旧路面材料若先用再生剂软化，旧料的沥青含量因此而发生变化，则应计入再生剂所增加的油量，对此可按下式计算掺加再生剂后旧料的沥青含量。

式中：

—旧料掺人再生剂后的沥青含量，%；

—旧料沥青含量，%；

x—再生剂的配合比。

5.新沥青材料的选择与用量的确定

5.1新沥青材料的选择

拌制再生混合料时，添加新沥青材料的目的在于补充混合料所需的结合料，使混合料总的沥青结合料含量达到最佳状态；同时，它还在某种程度上调节旧沥青的粘度，改善旧沥青的性质。

新沥青材料，应具有良好的温度稳定性，与集料有良好的粘附性以及耐老化等性能。

通常，应特别注意沥青材料的延性。

延性好的沥青其路用性能必然是比较好的，而且其流变性质也比较好，因为延性好的沥青其流变指数都比较高。

新沥青材料的粘度，以再生沥青的设计粘度作为选择的依据。

若旧料先用再生剂软化，则新沥青材料的粘度基本上就可以取用和再生沥青设计粘度一样的标号。

若旧料不先用再生剂软化，而是直接用新沥青材料调节旧沥青粘度，则新沥青的针入度可以按下式计算：

式中：

Pb—新沥青材料的针人度，1／

10mm；

PR—再生沥青的针入度，1／10mm；

ｐ0—旧沥青的针入度，1／10mm；

x—新沥青材料的掺配比例，以小数计；

A—常数，A=4．6569。

5.2新沥青用量的确定

新沥青材料的掺配比例由下式计算确定：

式中：

x—新沥青材料的掺配比例；

—再生沥青混合料的沥青含量，%；

—旧料沥青含量（若旧料先用再生剂软化，则式中

以

代替），%；

　ｐ—旧料掺配率，%。

6.再生沥青性能的控制与预估

　在实际拌制再生混合料时，虽然不可能直接得知旧沥青和新沥青（必要时还有再生剂）混合交融的情况，然而却并不能因此而忽视再生沥青的品质，因为这是控制再生沥青和再生沥青混合料性能的基本依据。

6.1再生沥青的设计粘度（PR）的确定

再生沥青的设计粘度随混合料的类型、当地的气候条件、交通性质以及施工条件而异。

在气候暖热的地区，用于交通繁重的高等级路面的再生混合料，其设计粘度应采用较小的针人度，如针入度50、70等；反之，则采用较大的针入度，如针入度90、110等。

确定再生沥青的设计粘度和确定全新混合料的沥青标号一样，可以参照《公路沥青路面施工技术规范》（JTJ032）的规定选取沥青标号后，进行再生混合料配合比设计。

6.2再生沥青粘度的测试与预估

在一般情况下，往往是已经测得旧沥青的针人度，同时根据沥青材料可能供应的情况，也已选定了新沥青的标号，并测得新沥青的针入度；如果使用再生剂，则也测得再生剂的粘度。

在进行配合设计时，必须知道在确定的设计配合比情况下再生沥青的粘度，对此可通过试验直接测得。

6.3再生沥青延度的预估

由经验得知,沥青延性的优劣，在很大程度上反映沥青路用品质的好坏。

旧沥青经过再生剂、新沥青调配后，其延度可能达到怎样的水平，同样是判断再生沥青质量的标准之一。

对于质量较好的旧沥青，根据实际情况，采用性能优越的再生剂，此时可不考虑旧沥青的延度。

我国现在生产的沥青质量不一，旧路再生所用的再生剂又无统一规格，这样所调配的再生沥青其质量就有好有差，故有必要对再生沥青的延度进行预估，或通过试验直接测试，以了解再生沥青的品质。

6.4再生沥青的质量标准

国外对再生沥青大多未提出专门的质量标准，我国也同样如此。

然而，既然对再生沥青的粘度（或针入度）和延度都可由试验室直接测得，或者用计算预估的方法求得，那么对于再生沥青的品质就需要有一个质量标准来加以评定。

譬如，如果再生沥青既具有适当的粘度，又具有良好的延性，则表明再生沥青的品质优良，所拌再生沥青混合料也必将具有良好的路用性能，就可用于交通量较大的道路作面层，并期望获得耐久的使用寿命。

反之，若再生沥青的粘度虽然被调配至适当范围，但延性很差，则表明再生沥青的品质不良，于是所拌制的、再生沥青混合料就不一定适于铺筑路面面层，或只宜用于路面下层。

可见，拟定衡量再生沥青品质的标准是有必要的。

我国现有的道路沥青技术规范，可以作为再生沥青的评定标准。

当然，再生沥青毕竟不同于新沥青材料，无须对所有的技术项目都进行评定，而只要针对再生沥青的主要技术指标加以对照评定就行了。

有技术规范作为评定标准，就能对再生沥青的品质作出恰当的评价，并进而对再生沥青路面结构作出合理的设计。

譬如，根据《公路沥青路面施工技术规范》对不符合技术标准的沥青使用规定：

对于针入度符合适当标号，软化点低于50℃，延度不小于20cm的沥青材料，只能修筑适于交通量为3000辆／d以下的沥青面层，而不能用于修筑高等级公路的防滑层和封层。

对新沥青材料有这种规定，那么对于再生沥青当然也应遵循这一规定。

如果再生沥青质量不符合要求，而根据路面结构设计需要，可以考虑采取改性沥青材料和其它技术措施。

7.再生混合料的集料技术要求

7.1集料要求

沥青路面在自然因素和行车荷载的反复作用下，引起粒料疲劳、损伤和破碎，旧路面材料经过铣刨、破碎，筛分分级，集料级配发生变化，都必须添加新集料重新调整级配，以满足不同类型的混合料对集料级配的要求。

为了保证再生沥青混合料具有良好的技术性能，在材料选择和配合比设计上，应高度重视。

因为旧沥青路面材料的性能不同程度的衰退，需要通过掺配优质、坚硬、棱角分明的集料来改善混合料的性质。

碎石必须具有足够的强度，以承受行车荷载的作用。

碎石颗粒应有良好的形状，以接近立方体为准，以便形成嵌挤强度。

针状和片针颗粒的含量应不超过15%。

碎石与沥青材料要有良好的粘结力，通常以水煮法评定，其粘结力宜在5级以上，故宜选用碱性石料。

碱性石料硬度变化较大，为保证路面有足够的耐磨性，应尽可能选用硬质石料。

必要时，也可以掺入部分酸性石料，以提高集料的耐磨性。

风化石料或软质石料，易被压碎，且不耐磨，不得用于拌制面层混合料。

集料中风化软质石料含量，可以采取压碎值试验和硫酸钠溶液浸泡试验加以检验。

压碎值在沥青路面施工技术规范有规定：

硫酸钠溶液浸泡五次循环，其重量损失不大于12%。

砾石表面圆滑，颗粒之间摩阻力小，不能形成足够的嵌挤强度．在行车作用下很容易发生活动，使路面产生推移和变形。

若必须使用时，宜将砾石加以破碎，以增加棱角，提高嵌挤能力。

砂在混合料中起填充粗粒料空隙、提高混合料强度和稳定性的作用。

砂应具有棱角，质地坚硬，不得使用风化砂。

机制石屑有丰富的棱角，可提高混合料的内摩阻力。

通常采取石屑和砂掺合使用。

7.2再生混合料集料级配标准

再生混合料集料级配标准可采用全新混合料级配标准，不另立新的标准。

近几年来，我国各地所铺再生路面，都是以现行《沥青路面施工技术规范》规定的级配标准为设计依据的。

表４、表５以山西省某段高速公路沥青路面AC-16Ⅰ再生混合料为例，介绍其掺配不同比例的废旧料时新料的级配比例和再生混合料的级配组成。

表4掺配不同比例废旧料的再生混合料级配组成

表5掺配不同比例废旧料时新料的级配组成

7.3集料配合的方法

再生混合料集料配合的任务在于确定旧集料和各档新集料的配合比例，使混合集料符合设计要求。

但是，与全新混合料集料配合设计不同的是，旧集料的配合比例在确定旧料掺配率时就已经被确定。

因此，再生混合料集料的配合比设计，不像全新混合料集料配合有那么大的自由度。

集料配合设计时，应先将旧集料的颗粒级配对照设计级配范围进行比较分析，以便知道粗料或细料是多还是少，从而确定各档新集料的大致配合比例。

比较直观的方法是在级配曲线图中进行比较。

在有些情况下，按照旧集料和现场所备新集料无论怎样调整其配合比，都不能符合设计级配要求，这时就不能仅局限在新集料配合比上调整，应采取其它措施。

如将新集料重新过筛，筛去部分粗料或细料，即调整新集料本身的级配，这样将很容易满足设计级配要求。

有时对旧料掺配率略作适当调整，如稍增加或减少旧料掺配率，也能有助于调整好级配。

旧料掺配率调整后，必须对前面再生沥青混合料的配合及其粘度等指标重新加以验算，看其有无明显的变化。

由此可见，再生混合料的配合比设计，必须在旧料掺配率、集料级配、再生沥青性能等几方面进行折衷平衡，才能最后加以确定。

8.再生沥青混合料沥青含量的确定

确定再生沥青混合料的沥青含量，实际上是确定再生混合料所需添加新沥青的数量。

所谓沥青混合料的最佳沥青含量，是指保证混合料具有良好路用性能所必须的沥青含量。

譬如，能够保证混合料压实后具有足够的强度和稳定性；能够充分裹附集料表面，填充集料空隙并又留有一定空隙；能够保证沥青路面在冬季低温下有足够的柔韧性；能够有利于拌和、压实。

具有良好的施工和易性等。

沥青混合料沥青含量是沥青结合料占整个混合料的重量百分率。

油石比即沥青与混合料中集料重量之比。

它们两者之间有如下关系：

或

式中：

i—沥青混合料中沥青含量，%；

r—沥青混合料油石比；%。

8.1经验公式估算法

对于规模不大的沥青路面工程，沥青混合料用油量可以采用经验公式计算确定，即使是用试验方法确定混合料用油量，也往往需要先用经验公式进行估算。

①美国沥青协会经验公式

式中：

Pc—沥青结合料占整个混合料的重量百分率，即沥青含量，%；

　A—大于2.5mm集料的重量百分率，%；

Ｂ—0.074～2.5mm集料的重量百分率，%；

C—小于0.074mm集料的重量百分率，%；

F—修正系数，其数值在0%～

2.0%范围内，它取决于集料的吸油能力，该公式是以集料平均相对密度在2.60～2.70为基础的，在缺乏具体数据时，一般可取F=0.7%～1.0%;

m—与C有关的系数：

C=11%～15%，m=0．15；C=6%～10%，m=0．18；C<15%，m=0.20%。

②日本沥青路面设计规范的经验公式

式中：

P—沥青占混合料总重的百分率，即沥青含量,%；

a—大于2.5mm集料的重量百分率，%；

b—0.3—2.5mm集料的重量百分率，%；

c—0.074～0.3mm集料的重量百分率，%；

d—小于O.074mm集料的重量百分率，%。

8.2马歇尔试验法

我国广泛采用马歇尔试验方法来确定沥青混合料的用油量。

再生沥青路面的出现，国内外许多人对马歇尔试验方法能否适用于再生沥青混合料产生了疑义。

这是因为马歇尔试验的

稳定度标准值只有最小值，而未限制最高值。

对于老化严重脆硬的旧沥青路面材料，倘若不用再生剂使之软化，而直接用高粘度的沥青拌和成混合料，则马歇尔稳定度往往会很高，且旧料掺配率越大，其稳定度越高，但这并不说明再生混合料具有良好的品质，相反，用这种混合料铺筑路面面层，会导致过早地出现龟裂。

因此，用马歇尔试验法确定再生沥青混合料的用油量不尽如人意。

然而，迄今为止国内外尚未研究出更好的试验方法来取代马歇尔试验法。

现在，许多欧美国家、日本都仍然使用马歇尔试验法确定再生混合料的沥青含量。

我国这几年铺筑再生沥青路面的实践也证明，马歇尔试验方法仍然不失为一种较好的试验方法。

这是因为马歇尔试验方法所用设备简单，便于为试验者所掌握，同时还因为长期以来积累了丰富的经验和资料。

旧路面材料再生利用，若在应用马歇尔试验方法确定再生混合料用油量的同时，充分注意到旧沥青材料的再生，根据再生混合料的使用要求，适当地使用再生剂，改善混合料拌制工艺条件，那么所确定的用油量是能够令人满意的。