瀝青混合料冷再生技術

緒論我國經(jīng)濟的繁榮，促進了交通事業(yè)的發(fā)展，至2006年底我國公路通車總里程已經(jīng)達到348萬公里，其中高速公路4.54萬公里。我國現(xiàn)有公路中，20世紀90年代修建的已經(jīng)陸續(xù)進入大、中修階段。對于在瀝青路面養(yǎng)護、維修和改造過程中所產(chǎn)生的大量廢棄材料，通過再生加以利用是當代公路建設中一項具有戰(zhàn)略意義的重大舉措。隨著公路建設的不斷發(fā)展，高速公路和國、省道干線路網(wǎng)的形成，公路養(yǎng)護與維修任務日益繁重。相對公路工程建設技術來講，我國現(xiàn)階段的公路養(yǎng)護技術還比較落后。主要表現(xiàn)在維修方式單一，不能根據(jù)道路的損壞模式，選擇合理的維修方法。此外，養(yǎng)護技術含量不高，施工效率低下，不能滿足大規(guī)模養(yǎng)護工作的需要，而且養(yǎng)護維修方法未能將社會效益和經(jīng)濟效益有機地結(jié)合起來，重視短期的經(jīng)濟效益，而忽視長期的、可持續(xù)發(fā)展的社會效益。因地制宜地采用經(jīng)濟有效的養(yǎng)護維修方法，尋求科學的公路養(yǎng)護維修技術已經(jīng)成為公路養(yǎng)護管理部門的迫切要求。近年來，由于公路養(yǎng)護事業(yè)的發(fā)展，以及資源供應的日益緊張，加之人們環(huán)境保護意識的增強，瀝青路面再生技術越來越引起公路養(yǎng)護部門的重視。瀝青路面再生技術是將原有的路面材料，以不同方式加以再生或重復使用的一種路面養(yǎng)護維修技術。按照不同的工藝，可以分為熱再生技術和冷再生技術[1]。熱再生技術包括就地熱再生和廠拌熱再生，冷再生技術包括廠拌冷再生和就地冷再生。熱再生技術主要用于恢復老化瀝青的粘結(jié)性能，重新發(fā)揮瀝青的膠結(jié)料作用，將瀝青資源再生利用，因此用于熱再生的材料只能是瀝青面層材料。而冷再生技術主要是將原有的路面材料加以重復使用，原有的路面材料主要起骨料的作用，因此用于冷再生的路面材料不僅可以是瀝青面層材料，還可以是無機結(jié)合料穩(wěn)定的基層材料。與熱再生相比，冷再生不僅可以節(jié)約能源和資源，100%利用舊瀝青混合料，而且可以延長施工季節(jié)，改善施工人員的工作條件，減少環(huán)境污染。與其他傳統(tǒng)的施工方法相比，冷再生一般可以節(jié)省總投資40%~50%[2~5]。將瀝青路面再生技術用于公路的養(yǎng)護維修具有重要的現(xiàn)實和長遠意義，不僅可以將原有的路面材料再生利用，保護環(huán)境、節(jié)省資源，降低工程造價，而且通過再生技術，還可以矯正原有路面材料的缺陷，改造原有路面的結(jié)構(gòu)，延長路面的壽命。1.1國外研究現(xiàn)狀及文獻綜述瀝青路面再生利用技術始于美國,1915年他們首先進行了再生利用的試驗研究。但以后由于大規(guī)模的新路建設,這項技術沒有得到足夠的重視,進展緩慢。直到1973年石油危機爆發(fā),這項技術才又引起人們的重視并迅速在全國推廣應用。隨后由于技術日趨成熟,到1985年再生瀝青混合料的用量就增加到近2億t,幾乎占全部路用瀝青混合料的一半。與此同時美國在再生劑開發(fā)、再生混合料的設計、施工設備等方面的研究也日趨深入。瀝青路面的再生利用在美國已是常規(guī)實踐,近年來美國廢舊瀝青路面重復利用率達到80%。歐洲一些國家對瀝青路面再生技術的研究開展的相對較晚。其中聯(lián)邦德國再生技術研究的發(fā)展速度較快,不僅首先將廠拌再生應用于高速公路路面養(yǎng)護,而且到1978年已經(jīng)將全部廢舊瀝青路面材料加以利用。芬蘭現(xiàn)在幾乎所有的城鎮(zhèn)都在組建瀝青路面廢料的收集和儲存工作。據(jù)歐洲EAPA在互聯(lián)網(wǎng)上公布,其成員國的舊瀝青混合料已100%被再生利用。日本從1976年開始進行再生瀝青混合料應用技術的研究,1980年廠拌再生瀝青混合料累計達50萬t,到2002年再生瀝青混合料已達4167.1萬t,占全年瀝青混合料產(chǎn)量的54.77%,極大地節(jié)約了材料、投資,并有效保護了環(huán)境。關于本文所研究的舊瀝青路面材料形成路面的冷再生技術，在歐美、日本等國家已經(jīng)被普遍采用，在發(fā)達國家舊瀝青路面材料的冷再生技術已經(jīng)相當成熟，而且其適用范圍也相當廣泛，這些國家早已能夠制造出各種瀝青路面的翻松和破碎機械，具有在路上就地破碎瀝青路面材料進行現(xiàn)場冷再生的條件。國外公路現(xiàn)場冷再生技術已經(jīng)相當?shù)某墒觳⒈黄毡榈牟捎?，而且應用的范圍也相當?shù)膹V泛，例如，近年歐洲最大的瀝青路面現(xiàn)場冷再生工程一一西班牙1T號國道卡托蘭那公路，它是連接巴塞羅那和馬德里外圍海濱區(qū)的主干道之一，由于其部分路段的行車道結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能適應每天10000輛交通量的需要(包括大約7000輛貨車)，致使瀝青路面表面層開裂并產(chǎn)生橫向位移，影響了交通安全。于是在西班牙公路局的主持下，SorigueSAAG建筑公司使用Writgen路面冷再生設備，采用瀝青路面冷再生技術對路面進行了修復，最后形成了22cm厚的水泥穩(wěn)定類冷再生基層，罩面層為8cm厚的瀝青混凝土，再生行車道總面積達325000m2，每天可以完成工作量10000~11000m2。70年代中期，歐洲的一些國家如聯(lián)邦德國、荷蘭、芬蘭等國也相繼進行了試驗研究并制定了有關技術規(guī)程，保證該項技術的迅速推廣應用，有關資料情況如表1.1。德克薩斯州立大學MohamedAliDhalaan（1982）的博士論文概述了采用靜力和重復荷載非直接張力實驗，對再生瀝青混凝土混合物的特征和設計方法進行實驗室研究所得到的一些結(jié)論，該文通過大量文獻研究，對再生瀝青的性能與初始瀝青作了比較，總結(jié)了前期有關再生道路材料的研究結(jié)論，實驗研究是針對德克薩斯州的6項再生項目所收集的材料而進行的，作者對瀝青以及混凝添加料的類型及數(shù)量進行分類，然后確定其張力特性所受到的影響，對再生料的張力、靜力以及彈力等特性進行評估，并且將其與傳統(tǒng)的混合料進行比較。該項研究以及其他的研究表明，采用舊路材料能夠獲得較高質(zhì)量的瀝青混凝土混合物，該文還提出了混合物的具體設計程序?？_萊納州立大學MichaelEricBienvenu（1997）在其博士論文中，應用現(xiàn)有的技術進一步提出了冷再生混合料的設計與分析方法，目前尚沒有通用的瀝青道路冷再生的設計方法，該文的研究旨在確定最優(yōu)瀝青量的簡要設計方法，以根據(jù)材料的特性最大量地采用冷再生瀝青道路（RAP）材料，該項研究確定的最大可用的再生RAP量達到75％，該研究針對采用冷再生混合料對SIPERPAVE技術進行了相應的調(diào)整，在確定允許的冷再生RAP混合料的過程中，黏合劑的配比表較有價值，該研究推薦了對測試樣本進行混合和加工的程序，并且提出了一個確定最優(yōu)再生混合物量的預測模型，該研究提出的方法為冷再生混合物的設計和分析提供了可靠的方法。內(nèi)達華州立大學WalidEliasTabet（2000）提交的碩士論文，對內(nèi)華達州公路的就地（現(xiàn)場）冷再生材料（CIR）的性能進行評價，該項研究選擇CIR作為研究對象是因?qū)τ诘缆方ㄔO而言具有潛在的低成本、較長的服務時限，研究包括兩項內(nèi)容：1）提出并實施一項混合料的設計程序；2）實施一項現(xiàn)場評價計劃?；旌狭系脑O計方法將用于確定混合料的最優(yōu)組成成分，包括石灰、黏合劑以及水分。而現(xiàn)場評價則是對CIR混合物的性能進行評價，為優(yōu)化混合物設計過程提供數(shù)據(jù)。在就地冷再生瀝青混合料的厚度設計方面，推薦“AASHTO設計指南”。作者不推薦CIR混合料用于易磨損的路面材料?？v觀歐、美、日國家對再生瀝青混合料應用技術的研究及其發(fā)展的狀況,他們在再生瀝青混合料拌制工藝以及配套技術等方面,都取得了很大的成就,已經(jīng)形成了一套完整的瀝青再生利用技術,達到了規(guī)范化和標準化的程度。在20世紀80年代之前，瀝青路面的再生基本上采用廠拌再生工藝，80年代后，隨著路面加熱設備和就地材料試驗檢測技術的逐步完善，路面就地再生技術開始受到各國的重視，目前許多國家已逐步采用這種工藝方法，他們也特別重視再生實用技術的研究并取得了很大的成就，已形成一套比較完整的再生技術，達到了規(guī)范化和標準化的成熟程度，尤其是北美和歐洲國家，目前已存在可滿足不同修復要求的幾種技術，根據(jù)當?shù)氐臈l件、路面類型和路面將來的用途，工廠熱再生和冷再生已經(jīng)投人日常的使用階段，許多公路公司使用冷再生技術和全部重新鋪筑的方法修復路面和加固路面，總之，國外瀝青路面再生技術已日趨成熟。1.2我國公路的路面狀況20世紀70年代,我國開始對舊瀝青路面再生利用技術的可行性、經(jīng)濟性和實踐應用進行大量的試驗研究,并不同程度地利用廢舊瀝青混合料進行再生試驗路鋪筑,但都將其作為廢料利用,一般只用于輕交通道路、人行道或道路墊層。由于后來大規(guī)模公路建設,舊瀝青路面再生工作處于停滯狀態(tài)。近幾年,一些早期修建的瀝青路面相繼進入維修養(yǎng)護期,每年約有12%的瀝青路面需要翻修。一些公路科研、生產(chǎn)單位開始嘗試著將舊瀝青路面進行從中輕交通量的簡單再生逐步向高等級公路舊瀝青路面再生技術發(fā)展,并在瀝青再生劑、再生瀝青路面修筑技術方面取得了一定進展。1982年，交通部科技局正式將瀝青混合料再生利用作為重點科技項目下達，由同濟大學負責該課題研究的協(xié)調(diào)工作，研究工作采取由科研單位、高等院校與生產(chǎn)部門相互協(xié)作的方式，分別確定主攻方向，開展比較系統(tǒng)的試驗研究，使研究深度與廣度有了較大的進展。同濟大學對舊瀝青混合料的再生機理和再生設計方法進行了深入研究，他們從化學熱力學和瀝青流變學的原理出發(fā)，研究瀝青作為高分子濃溶液其溶質(zhì)與溶劑之間的相容性，以及瀝青在老化過程中其流變行為的變化規(guī)律，還研究了再生劑的作用和再生劑的質(zhì)量技術指標，此外，還在室內(nèi)就再生瀝青混合料的物理力學性能進行了系統(tǒng)的評價性試驗，通過理論研究，對瀝青再生的本質(zhì)有了深刻的認識，探明了老化瀝青再生的科學途徑，并在此基礎上建立起瀝青混合料的再生設計方法。1983年建設部下達了“廢舊瀝青混合料再生利用”的研究項目，由上海市市政工程研究所、武漢市市政工程設計研究院、天津市市政工程研究所等單位承擔，當時的主攻方向是把舊渣油路面加入適當?shù)妮p油使之軟化，來代替常規(guī)瀝青混合料，鋪筑層次是解決用量較多的面層下層，拌和設備方面則應用現(xiàn)有設備作適當改裝，經(jīng)過三年的努力，在蘇州、武漢、天津、南京四個城市鋪筑了30000平方米以上的試驗路，經(jīng)路用效果觀測表明，再生路面的綜合使用品質(zhì)不低于常規(guī)熱拌瀝青混凝土路面，湖南省將乳化瀝青加入舊渣油表處面層料，并分別用拌和法和層鋪法修筑了再生試驗路，也證明了此技術可行性和經(jīng)濟性。隨著北京的申奧成功，綠色奧運主題的提出，無形中又進一步推動了瀝青混合料再生利用技術的研究，經(jīng)過近一年的開發(fā)研制，北京首次采用廢舊瀝青混合料再生利用技術，在海淀區(qū)羊坊店路鋪設了第一條環(huán)保瀝青道路，同時北京市發(fā)改委、市政管委、市環(huán)保局、市建委等部門將聯(lián)合簽署文件，即將下發(fā)《廢舊瀝青回收管理辦法》，這一法規(guī)嚴禁施工單位對廢舊瀝青混合料隨意遺棄，要求運至指定廠家進行再生，所以說對廢舊瀝青混合料的再生利用是有其現(xiàn)實性和時代性的，隨著我國高等級瀝青路面維修養(yǎng)護量的不斷增加，對瀝青混合料再生技術有必要進行深入、系統(tǒng)的研究，目前我國已有多家單位購買了國外的冷再生設備，并開始對舊瀝青路面的冷再生技術進行應用研究，對于舊瀝青路面熱再生技術，由于我國對間歇式攪拌設備的強制性使用，使得廠拌熱再生技術(屬連續(xù)式拌和設備)的推廣受到了很大的限制，這也影響了熱再生技術在我國的發(fā)展。國內(nèi)最早的利用現(xiàn)場路面冷再生技術是對河北省境內(nèi)的一段路進行改造，使用的機械是邯鄲市交通局于1998年10月引進的世界上最先進的再生機－德國en公司的WR2500，該工程位于河北省邯鄲市廣平鎮(zhèn)附近，距邯鄲大約70km，這個是中國的第一個冷再生項目，這次是首次采用大型現(xiàn)代化再生機械一次性完成舊路的再生施工，同時也是中國第一次以泡沫瀝青作為穩(wěn)定材料，它是中國公路建設的一個里程碑，隨后，冷再生技術在河南濮陽工地、天津津圍路、京津103國道維修、無錫以及石家莊等公路工程維修中相繼得到了應用，2002年又在山東東營市的大王鎮(zhèn)進行了現(xiàn)場冷再生試驗段的鋪筑。山東省泰安市東平縣公路站完成的“舊瀝青路面材料再生利用技術研究與開發(fā)”是一種將舊瀝青路面材料、經(jīng)過技術處理，摻加再生劑后重新拌制成符合路用性能的再生瀝青混合料及其路面鋪筑等工藝，它主要解決了舊料回收加工，再生劑配制應用，再生路面結(jié)構(gòu)設計及施工程序，特別是應用陽離子乳化瀝青冷再生的施工藝設計等關鍵技術，其關鍵技術指標為：舊料利用率40－65%，再生路面彎沉值0.48，摩擦系數(shù)0.52，平整度99%，完好率99%。該再生劑配制應用技術具有簡便易行、成本低廉、再生效果優(yōu)良等優(yōu)點，其冷再生施工工藝設計先進，實用性強，具有推廣應用價值，截至目前為止利用該成果鋪筑再生路面，共節(jié)省投資費用203萬元，并節(jié)省瀝青和礦料，節(jié)約能源，避免了舊料廢充引起的污染。通過技術經(jīng)濟分析，該成果具有顯著的經(jīng)濟、社會和環(huán)保效益。南京市市政設計院完成的成果“廢舊瀝青混合料冷再生利用”廢舊瀝青混合料經(jīng)再生劑軟化再生，使舊瀝青的性能得到恢復，加上新添骨料，與陽離子乳化瀝青在乳化瀝青混合料拌和設備中拌制成冷再生瀝青混合料，攤鋪到路面上，其質(zhì)量可達到路用標準。它適用于道路的鋪筑、翻修、養(yǎng)護與維修。該成果解決了適用于冷再生混合料用的再生劑，研制出適用于各種級配類型、路面結(jié)構(gòu)的混合料配比、設計程序與方法，制定了廢舊瀝青冷再生混合料路面施工暫行操作指南，使用該成果可減少環(huán)境污染、節(jié)省原料，節(jié)約能源，降低工程造價，每利用一噸廢舊瀝青料可節(jié)省成本40元以上，如城市道路廢舊料每年利用率為20%時，可節(jié)省資金800萬元以上。1992年同濟大學在淮阜路采用陽離子乳化瀝青進行冷法再生瀝青路面試驗。1997年江蘇淮陰市公路處用乳化瀝青冷法再生舊料后鋪筑路面,取得了一定效果。黃曉明等針對克拉瑪依AH-70瀝青研制出A型再生劑(輕油與增粘樹脂的混溶物),并應用于沈大高速公路營口段。2002年京津塘高速公路首次采用瀝青混凝土路面就地熱再生工藝。2003年6月至8月,上海浦東路橋建設股份有限公司利用現(xiàn)場熱再生技術,成功修復滬寧高速公路(上海段)的瀝青路面上面層,為該技術在瀝青路面養(yǎng)護中的推廣積累了經(jīng)驗。與發(fā)達國家相比，我國的瀝青路面冷再生的應用，無論從再生利用方式、材料性能還是到實用施工技術的研究均處于摸索階段，都還沒有形成完整的設計方法、施工工藝和質(zhì)量控制標準。這些都有待我們公路工作者的進一步研究和試驗。1.3論文主要研究內(nèi)容1.乳化瀝青冷再生混合料設計方法研究。試驗室試驗從原材料的評價、再生劑的再生效果、集料級配、試件制作及養(yǎng)生條件、最佳含水量和最佳瀝青用量對乳化瀝青冷再生混合料的設計方法進行了研究。2.乳化瀝青冷再生混合料的性能評價與技術指標研究。乳化瀝青冷再生混合料的使用性能指標試驗，包括確定抗壓回彈模量和抗壓強度的單軸壓縮試驗、確定劈裂抗拉強度的劈裂試驗、確定動穩(wěn)定度的車轍試驗、確定殘留強度比的凍融劈裂試驗、確定破壞應變的彎曲試驗、確定滲水系數(shù)的滲水試驗，并與此相對應的普通熱拌瀝青混合料的使用性能技術標準進行了比較，此外還包括評價再生劑效果的相關試驗。1.4論文研究的目的和意義瀝青混合料冷再生及高節(jié)能低排放溫拌瀝青混合料技術被稱為綠色路面技術，是當今道路工程中的熱門技術，也是道路建設所急需的技術。通過調(diào)研了解高速公路擴建中的技術問題和解決方案，根據(jù)工程的特點及所提出的舊瀝青路面的再生方案，進行冷再生瀝青混合料的配合比設計及冷再生瀝青混合料路用性能的評價，使冷再生瀝青混合料的性能滿足使用要求。參與本課題可以全面了解和運用道路改擴建技術，路基路面設計技術，材料配比及性能檢測技術，施工工藝與質(zhì)量保證措施等內(nèi)容。冷再生瀝青混合料設計2.1國內(nèi)外設計方法概況目前為止，乳化瀝青冷再生的設計方法還沒有形成統(tǒng)一的規(guī)范，主要不同在于試件的成型方法和養(yǎng)生時間兩個方面。馬歇爾設計方法的優(yōu)點是注意到瀝青混合料的密實度和空隙率特性，另一特點是所需設備價格適中且便于攜帶，但許多工程師認為馬歇爾的沖擊壓實不能很好地模擬實際路面壓密的情況，而且馬歇爾穩(wěn)定度不能完全評價混合料的抗剪強度。維姆法具有兩個主要優(yōu)點:首先，室內(nèi)壓實的搓揉法被認為較好地模擬了實際路面的壓實特性。其次，維姆穩(wěn)定度是對抗剪強度中的內(nèi)摩阻成分的直接度量，測試在垂直荷載作用下試件抵抗側(cè)向位移的能力，但由于試驗設備較為昂貴且不便攜帶，而且與混合料耐久性相關的重要的混合料體積特性并未明確要求，某些工程師認為維姆法中選擇瀝青用量過于主觀。鑒于上述情況，美國于1994年開始實施usPeprvae計劃從而揭開了瀝青混合料設計體系變革的序幕，其中一點就是對成型方法的改進，選擇旋轉(zhuǎn)壓實儀(sGC)，雖然SGC是針對熱瀝青混合料提出的，但是在國外研究表明SGC同樣適用于冷拌瀝青混合料，美國、瑞典等國家傾向于使用SGC來成型試件。關于養(yǎng)生時間方面，它需要經(jīng)過一段比熱瀝青成型過程長得多的時間才能達到一定強度，因此養(yǎng)生的條件也各不相同，就養(yǎng)生溫度而言，目前國外普遍采用溫度40℃和60℃，但養(yǎng)生時間各不相同。本文中養(yǎng)生條件為60℃下養(yǎng)生3天。目前有很多機構(gòu)和協(xié)會已經(jīng)具有了完整的混合料設計方法，下面介紹相關的一些設計方法。本文中主要采用馬歇爾設計方法和SuPeprvae體積設計方法，關鍵是應用這2種壓實方法，進行相關性能的對比研究。2.1.1馬歇爾設計方法在于乳化瀝青混合料的馬歇爾設計方法需要在熱拌瀝青試驗方法的基礎上修正。修正的要點“試件的擊實和養(yǎng)生”、試件的試驗條件及試件拌和用水量的確定，具體修正如下:(1)每組試件在常溫下拌和擊實，試件在試模內(nèi)常溫下養(yǎng)生24h，以保證水泥能夠充分地發(fā)生水化反應。常溫下養(yǎng)生的試件馬歇爾穩(wěn)定度作為路面早期強度的評價。脫模取出試件，在60℃烘箱中養(yǎng)生3天，60℃下高溫養(yǎng)生條件下的馬歇爾穩(wěn)定度作為路面后期強度的評價。(2)試件的拌和用水量是總用水量減去乳化瀝青中的水和礦料中的水。(3)將養(yǎng)生過的試件在60℃恒溫水槽中保溫4Omni測定馬歇爾穩(wěn)定度，在60℃恒溫水槽中保溫48h后測定其浸水穩(wěn)定度。本文試驗中僅采用試件在60℃下養(yǎng)生后的馬歇爾穩(wěn)定度來評價其后期強度。2.1.2Superpave體積設計方法在總結(jié)和分析馬歇爾設計法和Superpave體積設計法的基礎上，針對乳化瀝青冷再生混合料的特點，總結(jié)出采用Superpave方法陣設計乳化瀝青冷再生瀝青混合料的具體過程如下:(1)舊料的分析與評價。對現(xiàn)有舊瀝青路面材料的性狀加以評價，掌握舊瀝青材料的老化程度和集料的細化情況，主要包括:舊料的含油量;回收瀝青的物理性質(zhì)(針入度、延度、軟化點和粘度等)、化學組分和新舊骨料的級配。(2)再生劑和乳化瀝青的選擇。根據(jù)舊瀝青的老化程度和化學組成及再生瀝青的指標要求，選擇合適的再生劑和用量。而乳化瀝青是根據(jù)其殘留瀝青指標與再生瀝青要求指標相對應的原則選擇。(3)舊料摻配率的選擇和確定(如果添加新集料)。舊料的摻配率是舊料占整個再生料的質(zhì)量百分率，綜合考慮以下凡個因素:舊料的性能;再生料的用途;施工的技術要求;社會經(jīng)濟效益。(4)設計再生料的級配。通過選定礦料的級配組成，使成型后瀝青混合料的礦料有良好的體積結(jié)構(gòu)，保證最終確定的混合料體積參數(shù)符合SPueprvae混合料指標的要求。(5)確定最佳乳化瀝青含量。在初步擬定總含水量和乳化瀝青含量的基礎上，變化乳化瀝青含量成型試件，按照SPueprvae的體積要求確定最佳乳化瀝青含量。(6)確定最佳用水量。在最佳乳化瀝青含量和初試總用水量的基礎上，變化總用水量成型試件，按照SPueprvae的體積要求確定最佳用水量。2.1.3修正Hveem法修正Hveem法陣}的試件準備同馬歇爾方法，然而不同的是試件采用揉搓成型。在1.725MPa壓力下夯實20下達到半擊實狀態(tài)，然后將壓實壓力提高至3.45MPa，并夯實150次完成壓實。最后，在最佳添加劑用量下，以加入總水量的0.5%變化量加入水，如2.0%、2.5%、3.5%和4%，然后確定每一個加水量的平均空隙率。推薦的混合料設計參數(shù)中最大和最小空隙率分別為9%和4%。ARRA推薦采用AASHTOT283測試混合料的水穩(wěn)性。2.1.4Chevron設計方法chevorn設計方法陣}主要包括以下步驟:(1)舊料的分析與評價;(2)新集料級配和用量的選擇;(3)瀝青膠結(jié)料用量的預估;(4)乳化再生劑的類型和用量;(5)試驗用混合料性能的測試;(6)現(xiàn)場混合料的確定。該方法對瀝青用量、RAP料中瀝青粘結(jié)料的粘度和抽提后集料的級配等進行討論;詳細說明了如何確定新集料級配和用量，預估瀝青用量的方法。選擇乳化劑類型和用量的指導方法。對試驗混合料早期養(yǎng)護和完全養(yǎng)護后的回彈模量、穩(wěn)定度和粘聚力值進行了測試。最終的現(xiàn)場混合料設計應根據(jù)最低乳化劑用量(最小值2%)來確定，而這個最低值應滿足回彈模量、穩(wěn)定度和粘聚力值等設計指標的要求。2.1.5Al設計方法瀝青協(xié)會Al設計方法陣主要包括以下步驟:(l)根據(jù)RAP料集料級配和瀝青含量，確定混合料的集料級配(包括新料和RAP);(2)再生劑的選擇;(3)在建議的經(jīng)驗公式基礎上，確定混合集料的瀝青用量;(4)混合料中新瀝青百分比的計算;(5)現(xiàn)場混合料試驗調(diào)整瀝青用量。2.2混合料設計實驗室試驗使用了三種混合料，其中舊瀝青路面RAP材料的用量分別為100%、90%、80%，其余使用新集料。將舊路面材料當作集料或“黑石頭”，三種混合料級配基本滿足JTGF40規(guī)范AC-13密級配瀝青混凝土混合料礦料級配范圍，如附表B4.1所示，僅100%RAP、90%RAP和80%RAP混合料在9.5mm篩孔通過質(zhì)量分別大于上限。圖4.1為六種混合料的集料級配曲線。圖4.1中還表示了Superpave12.5mm公稱最大集料尺寸混合料的集料級配控制點（ControlPoints）、限制區(qū)（RestrictedZone），可見試驗用六種混合料全部滿足要求。此外，圖中表示的有AIMS-21手冊D類密級配冷再生混合料的級配范圍[22]和ARRAC類密級配冷再生混合料的級配范圍[2,3]，由圖可見，兩個級配范圍遠比AC-13的寬。2.2乳化瀝青冷再生配合比設計程序1.配合比設計包括原材料分析、配合比設計和設計配合比檢驗。2.采用隨機取樣的方法，低溫烘干RAP確定含水量。3.抽提回收RAP中的瀝青，分析RAP的級配和瀝青含量。4.土工擊實試驗確定再生料的最大干密度和最佳含水量。5.乳化瀝青設計用量的確定，根據(jù)最佳流體含量確定最佳乳化瀝青用量。6.驗證試驗。進行抗水損(浸水馬歇爾、劈裂、凍融劈裂)、高溫穩(wěn)定性、抗壓回彈模量、低溫抗裂(小梁低溫彎曲)、疲勞(小梁疲勞試驗)、松散試驗等性能試驗，評價再生混合料的路用相關性能。2.2.1回收瀝青路面材料(RAP)評價（1）用于配合比設計的瀝青銑刨料RAP應具備較強的代表性，可客觀的反映銑刨后路面廢棄料的集料和瀝青組成，本文中采用鄭許高速公路擴建工程中的面層銑刨料，要求RAP沒有結(jié)成大的團塊。1.舊路面的級配最佳含水率（2）新集料。新集料可以用來滿足再生混合料級配的要求或是完善結(jié)構(gòu)上的不足。銑刨或壓碎RAP料的級配不一定能滿足再生層的要求。因此，經(jīng)常要加入一定量的新集料改善再生混合料的級配。加入的新骨料可以改善道路的結(jié)構(gòu)性能，提高對交通荷載的承受能力，同時也可達到改善再生料的性能，如穩(wěn)定性、耐久性及和易性等目的。用于冷拌的新集料的評價方法與普通無不同，要求可以適當放寬。最佳含水率（3）乳化瀝青乳化瀝青類型的選擇主要是基于RAP的分析和工程經(jīng)驗，用于實際工程的乳化瀝青各項指標均應滿足工程技術要求。國外選擇乳化瀝青的一些主要依據(jù):l.對老化瀝青的軟化能力;2.對RAP和新集料(若需要)的裹覆能力;3.有較快的早期強度和抗水損能力形成，以允許通過一定的交通量;4.對乳化瀝青含量微小的變化具有不敏感性。5.與石料較好的配伍性。乳化瀝青的類型應根據(jù)使用目的、礦料種類、氣候條件選用。酸性石料、石料處于潮濕狀態(tài)或在低溫下施工時，宜采用陽離子乳化瀝青;堿性石料(石料處于干燥狀態(tài))或與水泥、石灰、粉煤灰共同使用時，宜采用陰離子乳化瀝青。本文所制備的是慢裂慢凝的陽離子乳化瀝青，滿足上述各項工程要求。外加水用量需知道乳化瀝青含水量，所以進行乳化瀝青蒸發(fā)殘留物含量實驗，計算乳化瀝青含水量。取300g±1g乳化瀝青，實測的含水量為33%。（3）礦粉當采用OT等季按鹽類乳化劑制備的乳化瀝青拌制混合料時，當粉料含量多時，特別是礦粉的比表面積相當大，與乳液接觸后，由于礦粉吸水性很強，促使乳液過早破乳，使瀝青較多地吸附在細料的表面，會出現(xiàn)不同粒徑礦料裹覆不均勻的現(xiàn)象。因此，應根據(jù)實際情況控制礦粉用量，一般礦粉的用量范圍為。一7%，以2%一5%哪}較為合適。宜采用堿性石料磨細得到的礦粉。礦粉必須干燥、清潔，具體試驗技術指標如表4.3所示。本文試驗中確定礦粉的用量為5.0%。（4）水泥首先應確定RAP的塑性指數(shù)PI（PlasticityIndex），當RAP的PI≤10，采用水泥作為添加劑;當RAP的PI>10時，由于RAP的高塑性，石灰是最好的添加劑。當PI≤10時水泥的添加量應根據(jù)集料的塑性指數(shù)來確定，即塑性指數(shù)越大，選用水泥的量也增加，一般添加量為1%-2%。因為基層水泥用量增加，再生混合料的剛度相應增加，進而降低混合料的抗疲勞性能。根據(jù)經(jīng)驗，破碎后的材料一般礦粉含量較少，即通過0.075mm篩孔的含量較少，這時需要加入一定量的礦粉和水泥，其作用機理是:其中礦粉可以增加瀝青膠結(jié)料的粘結(jié)力，而水泥能增加混合料獲得強度的速率（獲得較快的早期強度)和提高抗水損性能，并能作為礦粉的一部分作為填料。采用篩分后的細料c小于0.075mm)進行PI試驗，得到PI值為3，選用標號為325的水泥作為添加劑。水泥各齡期強度、安定性等應達到相應指標要求，要求水泥初凝時間3h以上、終凝時間不小于6h。本文試驗中確定水泥用量為1.5%。2.2.2低溫烘干RAP確定含水量2.2.3分析RAP的級配和瀝青含量2.2.4確定最佳含水率混合料的最終強度與其壓實后的密度有著直接的關系，密度越大，強度越高?；旌狭蠅簩嵾^程中，水分過少，乳化瀝青難以分散、集料顆粒間潤滑不足，混合料難以壓實；水分過多，動水壓力增加，混合料也難以壓實，同時還會導致乳化瀝青流失、養(yǎng)生時間長、強度低。因此，冷再生瀝青混合料的壓實與土的壓實類似，存在一個最佳含水量，在最佳含水量下，混合料的干密度將達到最大值。參照現(xiàn)行《公路土工實驗規(guī)程》T0131的方法進行擊實實驗，對于所有三種混合料，實驗室最佳含水量試驗仍使用單一油石比3%，分別以含水量為變量測定相應的干密度。全部最佳含水量試驗結(jié)果錄于附表B4.3，圖4.3作為示例表示了其中100%RAP混合料干密度作為含水量的函數(shù)。由圖4.3可見，隨著含水量的增加，混合料的干密度先是增大然后減小，存在一個峰值，即最大干密度；與最大干密度對應的，就是最佳含水量。通過實驗活的數(shù)據(jù)，用Excel對數(shù)據(jù)進行分析，100%RAP混合料的最大干密度2.15g/cm3對應最佳含水率為4.52%。2.2.5確