基于精细剥离筛分的热再生沥青混合料级配设计方法与流程
1.本发明涉及公路的热再生沥青路面材料的制造技术，具体涉及一种基于精细剥离筛分的热再生沥青混合料级配设计方法。
背景技术：
2.资源短缺以及过度开采引发的环境问题日益凸显，就道路交通而言，沥青路面建设和养护已面临石料短缺的困境。而我国的高速公路已进入大、中修期，每年产生亿吨级的沥青路面回收料。大量回收料废置不仅占用土地，引发环境污染，且造成资源严重浪费。因此，研究推广沥青路面再生及循环利用技术，降低沥青路面建设养护过程中碳排放，改善环境，是沥青路面建设维养过程中重要的研究方向。
3.目前国内外研究中rap料(沥青路面回收料)利用技术主要分热再生和冷再生两个技术路线，其中工厂化热再生是实现rap资源化利用的有效途径。现行规范要求 rap掺量不超过30％，施工过程主要凭经验控制，影响了rap的利用价值。目前国内外针对rap料的破碎、筛分和储存的研究较少，rap差别较大难以掌握，老化沥青的回收与再生剂的匹配也较复杂导致rap再生利用效果有限。
4.影响rap掺加量的主要因素如下：
5.(1)加热温度限制。rap加热时有粘结倾向而使温度受限，缺少的热量需要新集料带入，“带入热量”的瓶颈限制了rap的掺加量。
6.(2)rap级配偏离限制。目前rap一般采用简单破碎筛分，rap的掺入影响沥青混合料的级配，“级配容错”的能力限制了rap的掺入量。
7.(3)rap均匀性的限制。目前的技术是rap、再生剂、新集料、新沥青在拌锅中拌制50-60秒，随机性产生“新沥青裹覆的rap、再生剂裹覆的rap及未裹覆的新集料”等不同状态的混合料，“混合料状态随机性”影响沥青路面的质量，限制了rap的掺量。
技术实现要素：
8.本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够将沥青路面回收料有效用于新路面施工，能够实现回收料全利用，并能满足公路沥青路面施工要求的基于精细剥离筛分的热再生沥青混合料级配的设计方法。
9.本发明的基于精细剥离筛分的热再生沥青混合料级配设计方法，包括以下步骤：
10.步骤1，按照施工要求确定沥青混合料设计目标级配范围；该步骤按照《公路沥青路面施工技术规范》(jtg f40)的要求，根据应用场景、需求功能、降雨气温气候条件、交通量，确定设计目标级配范围。
11.步骤2，对精细剥离筛分为10-15mm、5-10mm及0-5mm三个不同粒径范围的沥青路面回收料，测定不同粒径范围的沥青含量、抽提前后级配变化、粉尘含量；所述抽提过程是指常规的加热抽提回收料中沥青的过程；
12.步骤3，对于步骤2中10-15mm及5-10mm的沥青路面回收料，根据目标级配的设计要
求直接进行混合料设计；
13.步骤4，对于步骤2中0-5mm的沥青路面回收料加入新鲜沥青、再生剂，经过养生再生后，与5-10及10-15mm沥青路面回收料、矿粉按常规路面施工技术规范的施工方法确定配比，配制使用。
14.进一步的，所述步骤2的具体步骤为：
15.步骤2-1，测定10-15mm、5-10mm、0-5mm沥青路面回收料中的沥青含量；
16.步骤2-2，测定10-15mm、5-10mm沥青路面回收料抽提前级配；
17.步骤2-3，测定10-15mm、5-10mm沥青路面回收料抽提后级配；
18.步骤2-4，确定抽提前后级配偏差不超过
±
5％；
19.步骤2-5，测定10-15mm、5-10mm沥青路面回收料粉尘含量，确定粉尘含量不超过1％。
20.进一步的，所述步骤3的具体步骤为：10-15mm及5-10mm沥青路面回料经步骤2验证后，即，抽提前后级配偏差不超过
±
5％，粉尘含量不超过1％时进行密度、压碎值、棱角性测试，结果满足施工设计要求要求(可按照设计规范jtg f40)后进行下一步级配设计。
21.进一步的，所述步骤4的具体步骤为：
22.步骤4-1，对0-5mm沥青路面回收料样品中沥青进行抽提回收，测试回收沥青25℃针入度、软化点及10℃延度，根据目标再生沥青性能，试验确定所需添加再生剂及新鲜沥青比例；
23.步骤4-2，根据样品计算所得再生剂及新鲜沥青添加比例，将再生剂及新鲜沥青直接加入0-5mm沥青路面回收料中，在120-190℃温度，在10-50转/min转速下养生至少6h；
24.步骤4-3，0-5mmrap料、再生剂、新鲜沥青、5-10mm、10-15mmrap料按目标级配进行比例设计；
25.步骤4-4，将物料混合后的沥青混合料进行性能检测，确定再生沥青混合料性能需要满足施工设计要求(可按照设计规范jtg f40)。
26.本发明的级配设计方法实用性强，可以充分利用rap里老化沥青，该混合料使用的100％为不同粒径范围的rap料，实现了rap料全利用，具有显著经济性，且可以提高再生混合料的路用性能，延长再生沥青路面的使用寿命。
具体实施方式
27.下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明：
28.本发明实施包括以下步骤：
29.步骤1，本发明实施例1用于某干线公路，考虑路面公路等级为国省干线公路，原路面出现浅层龟裂面积23％，强度及抗松散性能下降现状，交通等级为重载交通，属于夏炎热区多雨的气候条件，并对同类公路配合比设计和使用情况调查研究的基础上，按照《公路沥青路面施工技术规范》(jtg f40)的要求，进行相关配合比设计。设计目标级配如下表所示。
30.表-1目标沥青混合料级配要求
[0031][0032]
步骤2，对精细剥离筛分为10-15mm、5-10mm及0-5mm三个不同粒径范围的沥青路面回收料，测定不同粒径范围的沥青含量、抽提前后级配变化、粉尘含量。使用的回收料相关性质见下表所示：
[0033]
表-2原材料主要信息
[0034][0035][0036]
依据要求进行了各种回收料的密度试验(试验结果见表-3)、沥青密度试验(试验结果见表-4)。
[0037]
表-3各种矿料相对密度试验结果
[0038]
矿料表观相对密度毛体积相对密度吸水率(％)1#料2.9212.8610.722#料2.9232.8530.84细集料2.8682.7052.10矿粉2.704
‑‑‑‑
[0039]
表-4沥青相对密度试验结果
[0040]
沥青品种沥青相对密度双龙70号沥青1.048
[0041]
各种矿料的筛分结果见表-5所示。
[0042]
表-5各种矿料的筛分试验结果
[0043][0044]
步骤3，对于步骤2中10-15mm及5-10mm的沥青路面回收料，根据目标级配的设计要求直接进行混合料设计；
[0045]
根据级配要求，根据集料的筛分结果首先初选出粗、中、细三个级配(级配1、级配2、级配3)，然后根据当地的工程实际应用情况选择油石比，分别制作马歇尔试件，得出试件的体积指标，根据体积指标初选一组满足或接近设计要求的级配作为设计级配。表-6为三个级配的矿料比例明细表，表-7是三种矿料的合成级配明细表。
[0046]
表-6三种级配的矿料比例明细
[0047][0048]
表-7三种矿料的合成级配通过率明细
[0049][0050]
参照以往沥青路面目标配合比的工程应用情况，选择油石比5.0％作为三种试级配用油石比、双面各击实50次成型马歇尔试件。马歇尔试验结果汇总如表-8所示。
[0051]
表-8三种试级配马歇尔试验结果
[0052][0053]
由表-8可以看出级配1和级配2体积指标满足要求，级配3体积指标不满足要求，结合工程实际应用经验，本次设计选择级配2为设计级配，矿料比例为1#：2#：细集料：矿粉＝33.5％：40.0％：23.0％：3.5％，油石比为5.0％。
[0054]
步骤4，对于步骤2中0-5mm的沥青路面回收料加入新鲜沥青、再生剂，经过养生再生后，与5-10及10-15mm沥青路面回收料、矿粉按jtg f40的施工方法通过常规计算确定配比，配制使用。
[0055]
经计算，根据步骤3中的矿料比例“1#：2#：细集料：矿粉＝33.5％：40.0％：23.0％：3.5％，油石比为5.0％”，经测试0-5mm回收料细集料中的油石比为3.1％，其中抽提出老化沥青针入度(25℃)为21，经试验，0-5mm回收料老化沥青按比例添加9％的再生剂，即可将老化沥青恢复至新鲜沥青性能水平。因此经计算可得 0-5mmrap料的添加比例为23.0
×
(1+3.1％)＝23.7，其中老化沥青的比例为23.7
ꢀ×
3.1％＝0.7％，对应再生剂的添加比例为0.7％
×
9％＝0.0063％，则新鲜沥青添加比例为5.0-0.7-0.0063＝4.3％。
[0056]
综上，1#：2#：细集料：矿粉＝33.5％：40.0％：23.7％：3.5％，新鲜沥青添加比例为4.3％，再生剂添加比例为0.0063％。
[0057]
其中0-5mmrap料加入相应比例沥青及再生剂后，养生时间6h，养生温度120℃，搅拌速度25转/min。
[0058]
按上述步骤1-步骤4混合料配合比设计，成型相关试件，检测结果如下所示：
[0059]
沥青混合料性质如表-9所示。
[0060]
表-9沥青混合料体积性质
[0061]
混合料特性设计结果技术要求试件毛体积相对密度2.325
‑‑
计算理论最大相对密度2.652
‑‑
空隙率vv(％)12.3≥10矿料间隙率vma(％)21.3≥20饱和度vfa(％)42.235～55da(μm)10.610≥9稳定度ms(kn)10.98≥6
[0062]
在试验温度185
±
2℃条件下，将混合料保温1小时后进行析漏测试，见表-10 所示。
[0063]
表-10析漏试验结果
[0064][0065]
将成型的马歇尔试件(双面各击实50次)，放入恒温水槽中养生。对标准飞散试验，在20℃
±
0.5℃恒温水槽中养生20h。对浸水飞散试验，先在60℃
±
0.5℃恒温水槽中养生48h，然后取出后在室温中放置24h。对热拌沥青混合料加速老化后的飞散试验，先对沥青混合料进行短期老化及长期老化过程，再按标准飞散试验条件对试件进行养生。然后采用洛杉矶磨耗试验机旋转300次进行飞散测试。3种条件下的飞散试验结果依次见表-11、表-12、表-13。
[0066]
表-11标准飞散试验结果
[0067][0068]
表-12浸水飞散试验结果
[0069][0070]
表-13加速老化后混合料标准飞散试验结果
[0071][0072]
为了检验沥青混合料的抗水损害性能，分别进行了设计油石比下的沥青混合料的浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，试验结果见表-14、表-15。
[0073]
表-14浸水马歇尔稳定度试验结果
[0074][0075]
表-15冻融劈裂试验结果
[0076][0077]
在60
±
1℃，0.7
±
0.05mpa条件下进行车辙试验以检验沥青混合料的高温稳定性，车辙试件空隙率结果及动稳定度试验结果分别见表-16及表-17所示。
[0078]
表-16车辙试件空隙率试验结果
[0079]
[0080]
表-17车辙试验结果
[0081][0082]
通过混合料级配调试和相关验证试验，表明所设计的再生沥青混合料的体积指标、沥青膜厚度、抗水损害性能、高温稳定性能均满足要求。
技术特征：
1.一种基于精细剥离筛分的热再生沥青混合料级配设计方法，其特征是：包括以下步骤，步骤1，按照施工要求确定沥青混合料设计目标级配范围；步骤2，对精细剥离筛分为10-15mm、5-10mm及0-5mm三个不同粒径范围的沥青路面回收料，测定不同粒径范围的沥青含量、抽提前后级配变化、粉尘含量；步骤3，对于步骤2中10-15mm及5-10mm的沥青路面回收料，根据目标级配的设计要求直接进行混合料设计；步骤4，对于步骤2中0-5mm的沥青路面回收料加入新鲜沥青、再生剂，经过养生再生后，与5-10及10-15mm沥青路面回收料、矿粉按常规路面施工技术规范的施工方法确定配比，配制使用。2.根据权利要求1所述的基于精细剥离筛分的热再生沥青混合料级配设计方法，其特征是：所述步骤2的具体步骤为，步骤2-1，测定10-15mm、5-10mm、0-5mm沥青路面回收料中的沥青含量；步骤2-2，测定10-15mm、5-10mm沥青路面回收料抽提前级配；步骤2-3，测定10-15mm、5-10mm沥青路面回收料抽提后级配；步骤2-4，确定抽提前后级配偏差不超过
±
5%；步骤2-5，测定10-15mm、5-10mm沥青路面回收料粉尘含量，确定粉尘含量不超过1%。3.根据权利要求1所述的基于精细剥离筛分的热再生沥青混合料级配设计方法，其特征是：所述步骤3的具体步骤为，10-15mm及5-10mm沥青路面回料经步骤2验证后，进行密度、压碎值、棱角性测试，结果满足施工设计要求后进行下一步级配设计。4.根据权利要求1所述的基于精细剥离筛分的热再生沥青混合料级配设计方法，其特征是：所述步骤4的具体步骤为，步骤4-1，对0-5mm沥青路面回收料样品中沥青进行抽提回收，测试回收沥青25℃针入度、软化点及10℃延度，根据目标再生沥青性能，试验确定所需添加再生剂及新鲜沥青比例；步骤4-2，根据样品计算所得再生剂及新鲜沥青添加比例，将再生剂及新鲜沥青直接加入0-5mm沥青路面回收料中，在120-190℃温度，在10-50转/min转速下养生至少6h；步骤4-3，0-5mmrap料、再生剂、新鲜沥青、5-10mm、10-15mmrap料按目标级配进行比例设计；步骤4-4，将物料混合后的沥青混合料进行性能检测。
技术总结
本发明涉用于公路的热再生沥青路面材料的基于精细剥离筛分的热再生沥青混合料级配设计方法。该方法包括以下步骤：1、按照施工要求确定沥青混合料设计目标级配范围；2、对精细剥离筛分为三个不同粒径范围的沥青路面回收料，测定不同粒径范围的沥青含量、抽提前后级配变化、粉尘含量；3、对于步骤2中10-15mm及5-10mm的回收料，根据目标级配的设计要求直接进行混合料设计；4、对于步骤2中0-5mm的回收料加入新鲜沥青、再生剂，经过养生再生后，与5-10及10-15mm回收料、矿粉按常规路面施工技术规范的施工方法确定配比，配制使用。本发明具有显著经济性，且可提高再生混合料的路用性能，延长再生沥青路面的使用寿命。长再生沥青路面的使用寿命。
