热再生配合比范文（精选9篇）
热再生配合比 第1篇
近年来公路养护事业面临着前所未有的发展机遇, 公路养护越来越受到人们的重视和支持, 但是伴随着我国资源的开发利用, 有限的资源供应也即将成为现在社会不可调和的突出问题。日益紧张的资源现状, 人们保护环境、节约资源意识的日益增强, 也从另一方面促进了沥青路面再生技术的产生和进一步的发展。热再生沥青混合料在公路养护中的应用和作用也越来越显得紧迫和重要。对于旧沥青混合料就是先将有代表性粒径轧碎后的旧沥青混合料进行抽提分析, 求出起沥青含量及矿料级配, 并测定回收的就沥青物理指标 (针入度、软化点、延度、粘度等) 。在对旧沥青混合料进行分析的时候, 不可能也没有必要将各层分开分析, 而应该是对整个右面进行分析。
1 热再生沥青混合料设计技术概述
再生沥青混合料有较好的再生技术适应力, 这对于热再生沥青混合料的配合比设计相关实验的顺利进展极其重要。首先, 我们需要了解沥青混合料的基础概念, 沥青混合料是由矿料与沥青结合料拌和而成的混合料的总称。按材料组成及结构分为连续级配、间断级配混合料。按照制造工艺分为热拌沥青混合料、冷拌沥青混合料、再生沥青混合料等。
而热再生沥青混合料除了使用沥青回收料 (简称RAP) , 还要再加上新集料、新沥青, 这是区别其他沥青混合料的关键之处。由此可以看出, 组成再生沥青混合料的其相关元素和材料中又包含着新增的RAP。由于沥青路面一般都是双层式, 挖掘出来的粗料都是粗细混合的, 因此, 旧料中既不是粗级配, 也不是细级配。城市道路的旧料级配更为复杂。因为在大修前路面常常经过了多次养护, 所以要是再生沥青混合料用于主要干道上, 必须加入新石料来调整级配, 使之符合级配规范要求。加入新矿料的类型、数量可通过旧料抽提后筛分结果, 再根据新石料的原材料筛分分析, 采用计算法或图解法来决定配合比。确定新、旧沥青配比之后, 再由马歇尔试验方法确定新沥青用量。由于再生混合料是由旧混合料加新矿料拌制而成, 在设计时, 不但要考虑沥青材料的使用, 更主要的是要立足于再生混合料的性能。而我们再进行技术和实际的实验操作过程中, 格外需要注意的事项便是添加剂的具体使用。更进一步来说, 沃尔玛要根据具体的实际情况来合理和准确的确定添加剂的类型和剂量。根据实际情况, 当我们选择和回收沥青混合料作为基层材料时, 添加剂的使用便是可有可无, 从节约资源和能源的角度来说, 我们便可以省去添加剂。但是, 当使用回收沥青混合料来作为面层材料时, 这种情况下一般都是需要加入添加剂的。沥青与相关矿料的老化的本质机理, 随着技术水平的提高和完善, 沥青再生剂更是成为现代公路养护事业的一个关键点。我国建筑材料领域对于沥青和矿料的再生技术也已经取得了突破性的进展。
2 热再生沥青混合料的配合比设计的相关分析
热再生沥青混合料所涉及到的面相当的广泛。在满足路用的实用要求效果时, 力求因地制宜, 突出特点。更为主要的是, 要结合具体的实际情况, 做到经济实用的同时, 更要考虑到节约资源和降低成本。比如在满足路用性能的同时, 可以尽可能地利用旧料。在做相关实验的过程中, 要结合具体的施工条件, 真正做到利于生产和操作。大量研究表明, 降低沥青粘度有效的方式是想其中加入低粘度的油分。东南大学黄晓明等针对克拉玛依AH-70沥青研制出A型再生剂, 是旧沥青的路用性能得到明显改善。国外的再生剂主要采用石油工业生产低粘度油分和树脂。在实际的公路建设过程中, 工作人员在进行沥青路面设计时, 要首先考虑选用何种类型的混合料。混合料的类型选择要具体根据道路等级、预期的交通量、该地区的天气状况以混合料自身所属于的功能层等几个因素而综合考量。在热再生沥青混合料的配合比设计实验过程中, 我们首先要确定和选择相关的材料:热再生沥青混合料的再生剂、旧沥青、旧骨料、新骨料等等。当这些材料选择完毕后, 采用和参考经验公式法与马歇尔试验法, 得到相关的数据和指标, 根据热再生沥青混合料的掺配率最佳结果, 用来确定最佳沥青用量。最近进行实验, 这便是简单化的再生沥青混合料配合比设计。在这个过程中, 选择合理准确的再生沥青混合料的最佳沥青用量, 是最为关键的要点。最佳沥青的用量也就是保证热再生沥青混合料具有最好的路用性能的沥青用量。而衡量路用性能的标准在于这些性能是否符合下列条件:热再生沥青混合料是否具有较高的强度和稳定性、是否具有良好的抗高温和耐低温性能、是否具有良好水稳性, 以及在施工的过程中是否有良好的施工条件、对于工作人员而言是否有利于压实等等, 参考条件不一, 路用性能的标准也是不同的。
3 最佳沥青用量的相关使用方法
马歇尔试验法是热再生沥青混合料配合比设计过程中关于最佳沥青用量的确定的方法。利用马歇尔试验来确定再生沥青混合料的最佳沥青用量是可行的, 从而对再生沥青混合料的配合比设计方法中, 沥青用量进行科学配比是具有指导的作用的。而在旧料掺配率、旧集料的级配和再生混合料级配已知的情况下, 可以用图解法、试算法、计算机程序法等计算掺配比例以确定新集料的级配。可参照普通沥青混合料最佳沥青用量的确定方法, 根据选定的新旧料配合比成分, 估计所需要加入的新沥青用量, 并以递减及递增沥青用量0.5%的比率, 制备各种沥青用量的试件, 按要求的测试项目进行测定, 并定出符合混合料性能要求的沥青用量。
4 结语
目前我国国内对于热再生沥青混合料的配合比设计, 还没有形成一个完整和完善的系统体系, 这对实际生产和应用的过程, 产生了阻碍性。而西方国家和欧美发达国家的设计方法已经相对完善, 这对我们取得进一步的进展, 具有指导的意义。但是我国的实际情况, 又直接决定了我们要根据本国国情而进行选择性的参考。
摘要：目前, 在我国的大多数路面所使用的材料都是沥青混合料, 公路的使用年限和车辆流动数据等综合因素, 要求我们对热再生沥青混合料的相关研究取得更深一步的成果。在沥青回收料使用量较大, 以及沥青老化程度比较明显和突出的情况下, 可以再添加再生剂进行拌和生产。本文就其混合料的配合比设计进行浅显的分析。通过研究和对比相关实验, 我们可以对再生混合料配合比设计的相关内容有更深层次的了解。对于掺配率的研究数据, 也将更为明晰的了解热再生沥青混合料的配合比设计。
关键词：热再生,沥青混合料,再生剂,配合比,掺配率
参考文献
[1]季节, 高建立, 罗晓辉, 王锐英.热再生沥青混合料的配合比设计[J].公路, 2004, 03:73-77.
[2]林翔, 张金喜, 苗英豪, 徐剑.再生沥青混合料配合比设计影响因素试验研究[J].公路交通科技, 2011, 02:14-19+24.
浅谈沥青路面就地热再生 第2篇
【关键词】集料要求；沥青标号及用量； 混合料设计
一、前言
就地热再生简称HIR，是一种预防性养护技术，具有可实现沥青路面材料100%的再生利用、施工速度快、对交通影响小、节约能源、利于环保、坑槽和车辙得以填充，集料集配和瀝青含量得到合理调整性能提高、运输成本低等优点。它利用专用的就地热再生设备对沥青路面进行现场加热、翻松，掺入一定数量的新集料，新沥青、再生剂等，经混拌、摊铺、碾压等工序，一次性实现对表面一定深度范围内的旧沥青混凝土路面再生。通过沥青路面的就地热再生，可以修复沥青路面表面层病害，恢复沥青表面层物理力学性能，恢复沥青路面平整度，修复沥青路面车辙，实现旧路沥青材料的就地再利用。
二、路面病害调查，原因分析
京藏高速G6线K1332+000-K1351+300段自修建以来，由于交通量的不断增加，尤其重载汽车的快速增加，使得路面承载能力显著下降，路面龟网裂、纵横裂缝、车辙、拥包、坑槽等面层病害明显。
1.裂缝成因分析
沥青路面上的裂缝有多种，其形成的原因也是多样，有时是多种原因共同作用造成的，裂缝有横向、纵向、网裂和龟裂。裂缝的危害在于从裂缝处渗入的水分使基层甚至路基软化，导致路面承载能力下降，引发相关病害，加速路面破坏。
现场调查发现，横向裂缝每隔12～20m一道，局部路段横向裂缝6～10m一道，裂缝最大宽度为1cm。横向裂缝可分为荷载性裂缝和非荷载性裂缝两大类；荷载性裂缝主要是由于基底弯拉破坏引起的路面反射裂缝；非荷载性裂缝主要是由于温缩或干缩引起的。
纵向裂缝可分为两种情况：一种是由于路基压实度不均匀，产生不均匀沉降或冻涨作用所造成的。另一种是沥青面层分幅摊铺时，摊铺时间过长，或接缝处理不当，接缝处压实度未达到要求，在形成荷载作用下形成的。
当路面结构强度不均匀，局部范围的路基路面整体强度不足或基层失稳以及沥青面层老化，就会形成荷载型裂缝。这种裂缝一般表现为网裂，并在行车作用下发展为块状龟裂。因路面强度和稳定性引起的网裂和龟裂，通常还伴随有路面沉陷变形。
裂缝的产生破坏了沥青路面的整体性和连续性，水分通过裂缝渗入基层，侵蚀路基，导致路面承载力降低，为冻融提供了条件。路面荷载日渐加大，路面老化、路面雨水作用，是产生纵向裂缝、龟裂破坏的主要原因。
2.坑槽成因分析
（1）表面层沥青混凝土施工空隙率过大，级配控制不严，沥青混合料拌和不均匀，碾压不够密室，局部压实不足，增大了表面空隙，当雨水通过沥青面层空隙侵入到路面结构内部不能及时排出，滞留在沥青混凝土的空隙中时，水分湿润沥青和集料，使沥青剥落而导致坑槽。
（2）在行车荷载作用下，进入结构层的水会成为动力水，冲刷材料，使各结构层变形增加，强度降低，沥青面层材料产生唧浆现象，出现剥落、松散等病害，最后行车坑槽。沥青材料与骨料的粘结力不足，在行车荷载作用下将导致细集料剥落，增大了路表面的空隙，引起沥青混合料的抗水损坏的能力降低，形成坑槽。
（3） 由于沥青面层和基层之间封层施工质量差，未能有效阻止雨水的继续下渗，而渗入水无法排出，长期浸泡基层，在冬季冻涨春季融化和车辆荷载的作用下，致使基层强度丧失，路面基层和面层产生唧浆、坑槽。
（4）大量超载车辆行驶造成路面坑槽破坏。
3.车辙成因分析
车辙是沥青路面的一种主要损坏形式，多半是发生在实行渠化交通的等级公路上。经过分析，总结车辙形成有几方面原因：
（1）沥青与集料的粘结力不强，骨料骨架作用减弱、沥青用量较大，是车辙产生的主要原因。因此增强沥青与集料的粘结力，采用强度较高的碎石，提高骨料的骨架作用，控制沥青含量。
（2）由于高温季节车辆反复碾压沥青面层形成的塑性流动变形和永久变形，主要是高温时的车辆荷载应力超过沥青面层混合料自身的稳定应力的极限原因。
（3）纵坡、车速的影响，有些路段由于纵坡较长而且连续出现时，对行车尤其是超载重车，降低了车速，延长了荷载作用时间，沥青混合料内部的剪应力逐渐增加，剪应力作用的深度也将逐渐增加，从而产生车辙。
三、集料技术要求
1.粗集料技术要求
面层骨料应该洁净、干燥、表面粗糙、形状接近立方体，且无风化、无杂质，并具有足够的强度、耐磨耗性、抗冻性、耐腐蚀性、抗冲击性以及沥青的良好粘附性。不得使用筛选砾石、矿渣及软质集料。其技术指标应符合《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004要求。
2.细集料技术要求
细集料可采用由制砂机专门生产的优质机制砂。细集料应干净、坚硬、干燥、无风化、无杂质和其他有害物质，并有良好的颗粒形状和级配。其技术指标应符合《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004要求。
3.矿粉技术要求
沥青混合料的矿粉必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉，原石料中的泥土杂质应清楚干净。矿粉必须干燥、洁净，其技术指标应符合《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004要求。当上面层粗集料与沥青粘附性达不到5级时，除应添加抗剥落剂外，还应掺加干燥的石灰或水泥作为填料的一部分替代矿粉，其用量不超过矿料总量的3%。
四、沥青再生剂
再生剂是指掺加到再生混合料中用于恢复已老化沥青性能的添加剂。是否掺加再生剂，主要取决于回收沥青路面材料（RAP）中沥青老化程度、沥青含量、回收沥青路面材料（RAP）掺配比例、再生剂与沥青的配伍性，需综合选择。最终的判别标准为：再生混合料的马歇尔试验指标满足《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004中的相关要求。本次项目不需要掺加再生剂。
五、再生沥青标号及沥青用量
（1）沥青的选择
由于再生沥青混合料的品质要求比普通沥青混合料的品质要求更高一些，所以对再生沥青标号的选择也应该比普通沥青路面对沥青标号的选择要求更严。本次就地热再生工程所在地基本在宁夏黄河流域，夏季炎热，冬季寒冷，气候干燥少雨，属2-2-4气候分区。所以本次要求沥青使用90号A级重交道路石油沥青。
（2）再生混合料最佳沥青用量的确定
按就地热再生沥青混合料AC-16C级配设计试验结果RAP：S10：S15：矿粉=85：8：5：2的情况下，取油石比在0.4%0.7%、1.0%、1.3%的条件下分别进行马歇尔试验，以确定就地热再生最佳油石比。
检测结果：根据马歇尔试验结果，取密度最大值、稳定度最大值、目标空隙率三者均值作为OAC1，即OAC1=0.74%，OAC2=0.46%，最佳油石比OAC=（OAC1+ OAC2）/2=0.60%。最终确定最佳油石比为0.60%，换算为新沥青与新集料油石比为4.15%。
六、再生混合料设计
本次就地热再生工程路段的路面经查阅设计文件原面级配范围多为AK-16型级配，使用沥青以90号A为主，现规范对原规范AK-16级配进行了调整，并改名为AC-16C，AC-16C的级配筛孔尺寸范围为：
由于热再生技术100%利用原路面旧料，因此，新料的掺加量较小，因而处理前后的混合料类型基本变化不大，级配方面可以调整的余地较小，原则上主要是针对旧料的局部细化状况，在新料的级配上予以一定弥补，所以旧路的混合料类型基本决定了再生混合料的类型，当旧料的级配符合现行规范要求时，可选取与之相同类型和最接近的级配，并使合成后的级配符合现行规范要求。如旧料级配不符合现行规范要求，或该级配导致了原路面的明显病害而需要进行大幅度调整时，可根据实际情况，采用特殊类型（如单一粒径）级配以进行有针对性的弥补。
七、结束语
全国公路的旧路改造，维护保养的高峰期即将到来就地热再生技术必将大规模的应用。因此，针对沥青路面就地热再生方法进行关键技术及应用的研究，蕴含巨大的经济效益和社会效益，是顺应交通行业建设可持续发展的战略举措。
參考文献 ：
[1]《公路沥青路面再生技术规范》JTJ F41-2008
热再生配合比 第3篇
1 再生混合料目标配合比设计
1.1 旧沥青路面材料回收、抽提及筛分
通过对回收路面材料进行抽提试验,各项指标见表1,可以看出,旧沥青的针入度、延度明显变小,沥青老化比较严重,运动粘度、软化点指标均符合要求。旧路沥青25℃的针入度满足《公路沥青路面再生技术规范》进行热再生对针入度的要求。用离心分离法测得旧路平均油石比为6.0%;矿料级配如表2,表明粗集料部分偏细,矿粉比例偏大。
1.2 旧纤维性能评价
通过对原有旧混合料进行筛析发现析出的纤维发生卷曲、缩合,甚至成球状。对基质沥青吸附纤维试验分析表明,纤维体积明显变大,吸油作用明显降低。
加入新纤维与加入等量旧纤维相比,粘韧性、韧性、运动粘度指标明显提高。
1.3 再生剂对改性沥青性能影响
从上述数据可以看出加入再生剂后改性沥青大多数的指标变化较大,再生剂对改性沥青再生效果更为明显。
1.4 再生剂对纤维性能影响
从表5可以看出加入再生剂后两者差别不大,故可以认为再生剂对纤维基本只体现物理吸附作用。
1.5 合成材料级配试验
材料掺配比例及油石比如表6,新料及合成级配筛分结果如表7。
按再生混合料为SMA-16型进行级配调整,各种材料配合比如表7。
1.6 纤维的掺量确定
油石比采用6.0%(预估),新纤维分别采用0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%(混合料总量)的掺加量,进行析漏试验。确定新纤维掺量0.3%(混合料总量)为最佳掺量。
1.7 再生剂最佳用量确定
将老化改性沥青加热,时间不宜过长,防止老化沥青的再次老化,加入不同剂量的再生剂,充分搅匀形成再生改性沥青。
综合考滤施工和成本,确定再生沥青中再生剂的掺配率为旧料沥青的6%。
对抽提所得旧沥青添加6%再生剂,根据再生后改性沥青的技术指标,评价再生效果。
将旋转薄膜烘箱加热后的沥青试样按照规范规定的方法测定25℃针入度为61(0.1mm)、软化点为64.6℃、5℃延度为27.3 cm,再生后改性沥青的各项指标均能满足《公路沥青路面再生技术规范》中关于聚合物改性沥青SBS类Ⅰ-B型的技术要求。
1.8 再生沥青混合料最佳油石比确定
按照再生剂最佳用量6%,旧料与新料的比例为85∶15,旧料沥青混合料油石比6.0%,通过调整新加入的沥青量将再生之后的混合料油石比分别调整为5.7%、6.0%、6.3%、6.6%、6.9%进行马歇尔试验,最终确定最佳油石比采用6.28%,可以将新加入的集料按照5.6%油石比先进行拌和,然后与旧料混合即可得到最佳油石比状态下的混合料。
1.9 再生沥青混合料路用性能
按规范对SMA-16沥青混合料路用指标进行检验,见表10。
再生改性沥青混合料肯塔堡飞散试验飞散损失0.94%,谢伦堡沥青析漏试验析漏损失为0.08%,构造深度为1.2mm,渗水系数接近为0,动稳定度、残留稳定度、冻融劈裂残留强度比和低温抗裂性等均满足规范要求。
2 结束语
通过室内试验表明,沈大线原表面层的SMA混合料在加入再生剂、新集料及纤维的情况下,混合料的各项技术性能指标均较好,达到了SMA混合料的设计要求。
热再生配合比 第4篇
关键词：沥青路面；再生沥青混合料；冻融循环；橡胶沥青；CT 扫描
中图分类号：U416.26文献标识码：A
低温条件下的沥青路面破坏往往伴随着冻融过程，从而加速了沥青路面的裂缝产生.橡胶热再生沥青混合料就是将橡胶沥青与热再生技术相结合，从而在一定程度上增强沥青混合料的低温柔韧性，减少冻融现象，并具有环保作用.黄冲1通过室内试验对胶粉热再生沥青混合料的低温性能进行评价后发现，胶粉对于热再生沥青混合料的低温性能具有促进作用.郭朝阳2在常温及低温条件下研究了废胶粉在沥青中的改性机理，其结果表明，改性沥青中未溶解的胶粉颗粒可提高其低温抗裂性能并增强沥青的弹性恢复性能.Widyatmoko3采用力学经验法对RAP掺量分别为10%， 30%及50%时6种类型再生沥青混合料进行实验评估.新沥青的针入度为60～80，并未掺加再生剂.研究结果表明：再生沥青混合料与传统新拌沥青混合料具有相当的路用性能.Jeong4采用动态剪切试验DSR与色谱凝胶分析GPC方法对7种拌合反应时间、3种拌合温度、4种胶粉掺量的橡胶粉与沥青间的相互反应进行室内试验，研究表明，反应时间与反应温度对橡胶沥青的性能影响最为显著，胶粉掺量对橡胶沥青的流变参数G*与sinδ有着显著影响.由此可见，在再生混合料中使用橡胶沥青，已经得到日益广泛地研究与应用.然而，对于经冻融过程的橡胶热再生沥青混合料低温性能的研究则鲜有报道.
湖南大学学报自然科学版2014年
第11期汪海年等：橡胶热再生混合料低温性能与细观特征研究
沥青混合料自身材料特性及其内部细观结构特征对其宏观力学行为起着关键作用，同时对沥青混合料的低温抗裂性能也有着非常重要的影响5.纵观现行的众多沥青混合料低温性能评价方法，仍多限于表象法的室内试验，同时沥青混合料内部结构特征与其宏观力学性能之间的关系也较少涉及，且缺乏沥青混合料材料性能的细观特征描述，从而导致了统计指标诸如沥青用量、空隙率等相同而各试件力学性能有较大差异的情况6.
鉴于此，本研究对冻融前后的小梁试件分别进行低温弯曲试验，研究不同胶粉掺量6.4%，9.2%和14.1%、不同胶粉细度20目，40目和80目和不同RAP掺量25%，35%和50%条件下的橡胶热再生沥青混合料的低温性能.基于工业CT无损扫描技术，对冻融前后的试件分别进行扫描，并根据处理后的扫描图像来定量描述冻融前后试件体积指标的变化，从而更好地解释了橡胶热再生沥青混合料的低温抗裂机理，促进了橡胶热再生沥青材料配合比设计方法从模糊经验到理论实际的转化.
1原材料的技术性能
1.1RAP料
本研究所采用的RAP料来自于陕西某高速公路试验段的铣刨旧料，其中铣刨深度为4 cm左右，且尽量保证所取旧料为路面的上面层7.采用离心抽提法得到的旧沥青技术性质如表1所示.
1.3橡胶沥青
本研究采用湿法工艺制备橡胶沥青，以SK90#基质沥青作为调和沥青，改性温度定在180～200 ℃之间，改性时间为60 min.不同胶粉掺量的橡胶沥青性能如表5所示.
由此可知，胶粉的加入使基质沥青的高低温性能和弹性恢复性能都有了不同程度的改善8.
2低温性能研究
2.1试验方法
本文以橡胶沥青作为热再生沥青混合料的调和沥青，采用AC16级配，以最大弯拉应变作为控制指标，采用小梁低温弯曲试验研究不同胶粉掺量6.4%，9.2%和14.1%、不同胶粉细度20目，40目和80目和不同RAP掺量25%，35%和50%条件下经冻融过程的橡胶热再生沥青混合料的低温性能，并确定最佳的RAP掺量、胶粉掺量和胶粉细度.在试验过程中，需要制备两组平行试件，其中一组为经过16 h、18 ℃控温的冻融试件，另一组为未冻融的试件.将冻融试件在常温水中保温12 h后与未冻融试件分别进行小梁低温弯曲试验，并将结果进行对比分析
2.2不同胶粉掺量的橡胶热再生沥青混合料冻融
前后对比
本文选取胶粉掺量分别为6.4%，9.2%和14.1%的橡胶热再生沥青混合料来研究不同胶粉掺量的橡胶热再生沥青混合料冻融前后的低温性能.其中，RAP掺量为25%，胶粉细度为80目.此外，本试验还增加了一组RAP掺量为25%的基质沥青热再生沥青混合料以作对比.如图1所示，横坐标胶粉掺量为0则代表RAP掺量为25%的基质沥青热再生沥青混合料.下降比率则表示冻融后的最大弯拉应变相对于冻融前的下降程度下同.由图1可知，胶粉掺量为14.1%的橡胶沥青冻融后的低温性能下降幅度最大，为32.7%；而胶粉掺量为9.2%的橡胶沥青冻融后的低温性能下降幅度最小，为10.5%；相对于基质沥青热再生混合料来说，胶粉掺量为9.2%的橡胶热再生沥青混合料具有更好的抗低温性能.因此，考虑到实际路面受低温影响时往往伴随冻融的现象，结合以上实验结果可知，胶粉掺量并不一定是越大越好.其原因是沥青中的胶粉达到饱和后，多余的橡胶粒会聚集成团状，且胶粉团的内部基本没有粘结力，胶粉团的自身溶胀能力也随着温度的降低而降低，导致橡胶沥青的延性受阻，从而会对橡胶沥青的低温性能造成不利影响10-11.这个现象也说明了橡胶沥青在某些条件下会存在一个最佳胶粉掺量的问题，如本研究中所得出的橡胶热再生沥青混合料的最佳胶粉掺量为9.2%.
胶粉掺量%
2.3不同胶粉细度的橡胶热再生沥青混合料冻融
前后对比
本文选取胶粉细度分别为20目，40目和80目的橡胶热再生沥青混合料来研究不同胶粉细度的橡胶热再生沥青混合料冻融前后的低温性能.其中，RAP掺量为25%，胶粉掺量为9.2%.同样，本试验增加了一组RAP掺量为25%的基质沥青热再生沥青混合料以作对比.结果如图2所示，横坐标胶粉细度为0则代表RAP掺量为25%的基质沥青热再生混合料.由图2可知，掺40目胶粉的橡胶沥青冻融后的低温性能下降幅度最大，为18.7%；而掺80目胶粉的橡胶沥青冻融后的低温性能下降幅度最小，为10.4%；相对于基质沥青热再生混合料来说，掺80目胶粉的橡胶热再生沥青混合料具有更好的抗低温性能.
胶粉细度目
2.4不同RAP掺量的橡胶热再生沥青混合料冻融
前后对比
本文选取RAP掺量分别为25%，35%和50%的橡胶热再生沥青混合料来研究不同RAP掺量的橡胶热再生沥青混合料冻融前后的低温性能.其中，胶粉细度为80目，胶粉掺量为9.2%.此外，本试验以同样RAP掺量的基质沥青热再生混合料和橡胶热再生沥青混合料作对比试验.结果如图3和图4所示.
在图3中，横坐标RAP掺量为0%代表的是无RAP料的采用新集料基质沥青混合料.由图3可知，随着RAP掺量的增大，基质沥青热再生混合料冻融后的抗低温性能下降幅度逐渐增大.在图4中，横坐标RAP掺量为0%代表的是无RAP料的采用新集料橡胶沥青混合料.由图4可知，当RAP掺量为35%时，橡胶热再生沥青混合料冻融后的抗低温性能下降比率最大.
为了作一个定量的对比，将不同RAP掺量的基质沥青热再生混合料和橡胶热再生沥青混合料冻融后的抗低温性能下降比率进行汇总，如图5所示.
由图5可知，橡胶沥青热再生混合料相对基质沥青热再生沥青混合料有更优越的抗低温性能.尤其考虑到路面经受低温影响时往往伴随着冻融的现象，橡胶沥青热再生混合料经冻融后的低温性能下降较小，且相对基质沥青热再生混合料来说具有更好的耐久性及抗低温性能11.
RAP掺量%
3细观特征研究
基于工业CT无损扫描技术，对冻融前后的试件分别进行扫描，并以闭口空隙为控制指标来定量描述冻融前后试件的细观结构特征，从而更好地表征橡胶热再生沥青混合料的低温性能12.
3.1实验条件
根据以上的低温弯曲试验结果，确定最佳RAP掺量为25%，胶粉细度80目，胶粉掺量为9.2%，并在室内成型标准马歇尔试件，相关材料技术指标同上.采用YXLON Compact225型工业CT对成型后的标准马歇尔试件进行扫描，其中：扫描电压为200 kV，扫描电流为0.6 mA，投影数为1 080，积分时间为700 ms，扫描时间为16 min.
3.2结果分析
对比冻融前后的截面图，可发现冻融后的空隙率明显变大.为了做一个定量分析，本文采用该工业CT的专用图像分析软件VG Studio MAX以下简称VG对其闭口空隙率进行计算.由于VG软件包含CT扫描的所有原始数据，故其对闭口空隙率的计算并不影响其最终结果.以每25 mm3为一个体积区间，对VG软件的空隙率计算结果进行统计分析，可得冻融前后试件空隙体积范围分布如图7所示.由图7可知，冻融前的试件空隙主要分布在0～75 mm3范围内，采用VG软件计算其闭口空隙率为2.9%；冻融后的试件空隙体积也主要分布在0～75 mm3范围内，但是相对于冻融前的空隙分布，在0～25 mm3体积范围内的空隙数量减少了13.8%，而在25～50 mm3体积范围内的空隙数量则增加了62.9%. 再对冻融后的试件进行闭口空隙率计算，得其空隙率为3.49%，比冻融前增大了20.3%.
4结论
1 相对于基质沥青热再生混合料来说，胶粉掺量为9.2%，胶粉细度为80目，RAP掺量为25%的橡胶热再生沥青混合料具有更好地抗低温性能.尤其考虑到路面经受低温影响时往往伴随着冻融的现象，橡胶热再生沥青混合料经过冻融后的低温性能下降较小，相对基质沥青热再生混合料有更好地耐久性与低温抗裂性能.
2 基于工业CT无损扫描技术，分别对橡胶热再生沥青混合料冻融前后的试件进行了扫描，通过对比发现，冻融后试件的闭口空隙率增大了20.3%，且在0～25 mm3体积范围内的空隙数量减少了13.8%，在25～50 mm3体积范围内的空隙数量则增加了62.9%.
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热再生技术简介 第5篇
目前我国的沥青公路已进入大、中修期, 旧沥青混合料具有很高的再生价值, 如何充分地回收利用这些旧沥青混合料, 保护公路周边环境, 是公路建设单位和管养单位急需的一项新技术。我国的公路养护工作急切需要多种加快养护速度、提高养护质量、降低养护成本的施工方法, 而沥青面层热再生技术无疑是解决这一问题的有效途径之一。
2 热再生技术的定义及优缺点
2.1 热再生技术的定义
热再生技术通常是将旧沥青混合料在加热的情况下, 通过掺和再生剂或新沥青 (或二者混和使用) 来再生旧沥青混合料。
沥青路面现场热再生就是采用加热系统 (加热机) 现场把需要再生的沥青路面均匀加热至要求的温度, 然后再用复拌系统 (机组) 将加热后的沥青路面翻松、添新沥青混合料或再生剂, 并与翻松的旧料拌和后重新摊铺、压实, 连续作业一次成型翻新沥青路面。
2.2 热再生技术国内外发展应用情况
(1) 国外沥青热再生研究及应用情况
基于对环境保护、资源的有效利用和降低工程造价等方面的考虑, 国外对沥青路面再生技术进行了大量的研究和应用。国外对沥青路面再生研究, 最早始于1915年。1973年石油危机爆发后这项技术才引起美国的重视, 并迅速进行了广泛的研究, 取得了丰硕的成果。
西欧国家也十分重视这项技术, 前联邦德国是最早将再生料应用于高速公路路面养护的国家, 芬兰几乎所有的城镇都组织旧路面材料的收集和储存工作, 法国现在也已开始在高速公路和一些重交通道路的路面修复工程中推广应用这项技术。
综观欧美等国沥青路面再生利用技术研究发展状况, 值得注意的是, 这些国家特别重视再生实用技术的研究, 并取得了很大的成就, 已形成一套比较完整的再生技术, 达到了规范化和标准化的成熟程度。
(2) 我国沥青热再生研究及应用情况
从2002年京津塘高速公路开始, 就地热再生技术在国内也悄然兴起。当年夏季, 沪宁高速上海段3万平方米路段进行现场热再生施工, 显示了近年来对沥青路面再生技术的重新认识。上海市政工程管理局颁布了《热再生沥青路面施工及验收规程》和《上海市政旧沥青沥青混合料再生利用管理规定》, 显示了政府部门倡导资源再生利用, 建设环保型道路的理念。2002年6月北京三～四环连接线也使用了该技术快速维修道路。2004年5月成渝高速公路也采用现场热再生技术维修了3万m2的道路。而且在京沪高速公路苏北段该技术也得到了比较广泛的应用。
3 热再生混合料设计流程 (见图1)
4 热再生施工
通过对国道102线 (K642+930～K648+000段) 5.07km的路面热再生工程的试验路施工, 确定了热再生的施工工艺及主要质量控制点。
4.1 热再生施工工艺 (见图2)
4.2 热再生施工的主要质量控制点
(1) 再生剂喷洒计量要准确, 这是保证再生质量的关键之一。
再生剂过多, 再生路面会出现泛油和发软;再生剂太少, 再生效果不理想, 旧沥青老化状况不能得到有效改善, 路面的耐久性不好, 而且还会出现粒料不粘、摊铺离析和压实困难等问题。
(2) 加热温度要适度。
保证沥青混凝土路面就地热再生质量的另一关键因素是加热的温度, 温度太高, 会引起沥青老化严重, 而且还会降低功效;温度太低, 再生剂与旧沥青融合困难, 起不到再生作用, 还会出现铣刨时集料破碎, 级配发生变化, 混合料出现离析、压实困难、层间连接不良等许多问题。
(3) 再生路面厚度要均匀。
再生施工时, 特别要注意铣刨的深度, 一定要均匀一致。不但会影响路面的平整度, 而且还会影响再生剂用量的准确性, 造成再生沥青混合料的性能不均匀, 严重影响再生质量。
(4) 保证纵缝质量。
加热宽度比铣刨宽度每边宽15～20cm为宜, 以保证纵向接缝的温度, 从而使纵缝密实无松散。
(5) 确保压实质量。
由于再生沥青混合料的劲度往往高于新沥青混合料, 而且温度下降较快, 建议采用较大吨位压路机碾压, 尤其是轮胎压路机, 最好采用20～30t的。压路机一定要紧跟复拌机碾压, 以免料温下降过快而影响压实效果。
5 热再生技术的优缺点
5.1 优点
通过对试验路就地热再生施工工程的总结, 发现沥青路面就地热再生技术在应用上存在以下优势。
5.1.1 环境保护
在对环境要求日益严格的今天, 采用热再生技术, 一方面我们不需要从自然界开采大量的砂、石、沥青等原材料;另一方面不向自然界倾倒大量废沥青混合料。
5.1.2 节约投资
沥青路面热再生百分之百利用了旧沥青混合料, 再生维修时只添加再生剂和部分新沥青混合料, 使得路面维修的成本显著降低。
5.1.3 交通干扰小
沥青路面热再生只对一个车道进行维修, 维修时只需封闭一个车道, 其余车道可以开放交通, 最大限度地减少了路面维修给交通带来的干扰和影响。
5.1.4 技术优势
(1) 有利于沥青混凝土路面层间连接;
(2) 改善路面级配, 降低孔隙率, 延长路面寿命;
(3) 恢复沥青的性能和沥青混凝土路面的柔韧性;
(4) 有利于沥青混凝土路面深层裂纹的愈合;
(5) 没有接缝漏水的问题。
5.2 缺点
(1) 热再生需要专业的施工机械, 体积比较庞大, 费用较高。
(2) 沥青路面热再生技术只能对沥青混凝土表层进行修复, 不能处治深层次的病害
(3) 热再生的再生深度有限, 一般最大深度为5cm。
6 经济分析
通过试验路施工和国内外施工实例均证明现场热再生后, 路面的使用性能和结构强度及再生后的混合料性能均能够达到或超过原有路面的情况, 现场热再生与传统的道路施工、维修方法比较, 完成相同面层厚度施工成本低于新铺路面施工成本, 远低于铣刨重铺新料的施工成本, 具体情况见表1。
废旧沥青混合料再生技术的直接效益主要体现在:节约砂石、沥青材料费和废料运输费、堆弃费。这是一笔可观的财富, 因此沥青再生将具有不可估量的市场前景, 如果重视沥青再生技术带来的社会效益, 辅以适当的政策导向, 技术开发企业将能获得客观的经济效益。
7 结语
沥青路面热再生技术在辽宁省范围内的应用只是刚刚开始, 其各项性能及其指标需在以后的实践和学习中逐步完善, 对热再生技术的经济及社会效益分析, 可以看出热再生技术有着传统施工技术所不具备的优势。它从技术上是可行的, 经济上是适用的, 值得在辽宁省范围内大规模推广应用。
摘要：通过试验路对热再生技术进行分析, 确定热再生的施工工艺、质量控制点, 以及对其经济效益进行分析, 结果表明其在我省范围内是可行的。
关键词：热再生技术,施工工艺,质量控制点,经济效益,可行
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温拌再生沥青混合料配合比设计 第6篇
1 温再生配合比设计方法
集料的配合比设计定义为将粗集料、细集料、矿粉等经过配合后使合成级配符合预定要求的级配范围。
配合比设计是一个综合性极强的工作, 涉及面很广, 设计时我们应把握的原则是首先满足路用要求, 同时要因地制宜、经济实用。除以上基本要求外, 还应注意以下几点: (1) 应具有抵抗施工过程中和自然因素引起再老化的能力, 具有较长期的使用寿命; (2) 应尽可能多地利用旧料, 提高旧料的掺配率, 从而有效降低工程成本; (3) 应考虑施工的方便性, 易于生产、拌和、摊铺及压实; (4) 使用再生沥青混合料应具有明显的经济效益。
对于温再生的配合比, 本文以热再生混合料组成设计为基础进行温再生研究。通过热再生试验所得实验结果作为温再生沥青混合料配合比设计的主要参考数据, 从而得出温再生的合适级配、最佳压实温度、最佳沥青用量等结果[1]。
1.1 热再生配合比设计
拟定旧料的初始掺量为35%, 初设AB-13C型级配。利用总集料用量减去旧料中旧集料的量, 得到新料掺量比例。同样地, 总沥青用量减去旧料中沥青含量, 便可得到新沥青掺量。根据以往热再生经验及相关规范资料设置初始新集料, 旧料, 与新沥青的加热温度, 以及再生沥青混合料的拌合温度与初设压实温度。再结合规范推荐的方法设置5组不同沥青总用量, 通过利用马歇尔试件的体积参数, 力学参数等确定热拌再生沥青混合料的最佳用油量。确定最佳用油量后, 通过设置5组不同的压实温度, 同样采用马歇尔试验, 以及相关体积参数, 力学参数, 可确定热再生的最佳成型温度。得到的热再生试验结果可作为温再生配合比设计主要参考数据[2]。
1.2 温再生配合比设计
温拌再生混合料的最佳沥青总用量可以直接使用热再生所确定的最佳沥青总用量, 配合比也由热再生进行了验证。所以保持配合比与沥青总用量不变, 且在同一旧料掺量为35%的情况下, 温再生需要做的是降低新旧料的加热温度, 拌合温度, 成型温度, 通过在拌合过程中加入温拌剂 (一种起降粘减阻的表面活性剂) 达到真正意义上的“温再生”的目的。
同样地设置5组不同的压实温度, 用以探究温拌再生混合料的最佳压实温度。明显地, 此5组温度不同于热再生所设的温度, 应该整体低于热再生温度。本文分别设置120℃, 130℃, 140℃, 150℃, 160℃5组不同的成型温度用以探究温拌再生混合料的最佳压实温度。
2 AC-13型沥青混合料温再生配合比设计
2.1 矿质混合料的组成设计
将旧料用2.36的筛孔过筛, 取大于等于2.36筛的集料, 小于2.36筛的集料舍去, 这种方法在本课题中称为过2.36筛, 简称过筛。因此, 过筛后的集料粒径要大于未过筛的集料粒径。
本文通过试验, 在回收沥青混合料 (RAP) 矿料级配的基础上, 通过添加新集料来调整温拌再生沥青混合料的矿料级配, 使其满足规范要求。本次试验采用平行对比方法对温拌再生沥青混合料水稳定性进行评价, 温拌再生沥青混合料油石比4.98% (过筛) 和4.65% (未过筛) , 试验回收沥青混合料掺量为35%。根据《公路沥青路面施工技术规范》推荐的AC-13级配范围确定了AC-13温拌再生沥青混合料级配上、下限。
根据试验确定的旧料过筛与未过筛的混合料级配组成, 进行温拌再生沥青混合料的低温性能试验。其中旧料过筛与未过筛之间形成对比, 基质沥青与改性沥青形成对比[3]。
2.2 最优油石比确定
温再生采用热再生确定的最优油石比。要确定热再生最优油石比需成型马歇尔试件后, 测量毛体积密度与最大相对密度, 并计算试件体积参数。再进行马歇尔试验, 得力学参数。通过以上相关数据, 确定热再生最优油石比。
试验采用厂拌热再生沥青混合料的成型条件, 确定相同级配下温拌再生沥青混合料的最优油石比。根据上述级配设计以及试验规程中沥青混合料最优油石比的计算方法, 确定出热再生沥青混合料的最优油石比。
在旧料掺量35%的情况下, 根据马歇尔试验结果, 不同新沥青添加量时马歇尔特征值汇总如表1所示。
由上表数据利用OAC法得到热再生最佳油石比为4.96%。温再生在热再生的基础上确定最佳油石比为4.96%。
2.3 确定温再生最佳压实温度
温拌再生沥青混合料在拌和过程中理论上要求沥青具备足够的润滑性, 充分包裹在新集料表面又能与旧集料表面的旧沥青较好相容性;在混合料压实的过程中, 温拌再生沥青混合料中的沥青在某一压实温度下应具备一定的粘度, 以提供足够的胶结能力, 促使混合料易于密实成型, 因此合理的压实温度对温拌再生沥青混合料压实性能其关键作用。
本文结合热再生沥青混合料与温拌技术, 采用AC-13温拌再生沥青混合料进行了配合比设计, 旧沥青混合料 (RAP) 掺量40%, 混合料压实温度分别为110℃、120℃、130℃、140℃、150℃, 通过设定5组不同的成型温度, 成型试件, 并进行马歇尔试验, 测定不同温度下温拌再生沥青混合料的物理力学指标, 确定温拌再生沥青混合料的最佳压实温度。
根据现实条件对温拌再生沥青混合料进行马歇尔试验。测试其体积参数见表2所示。
由以上试验结果分析可知当拌合温度在130~150℃范围内、压实温度在120℃~145℃范围内时成型试件具备较好的力学性能, 故温拌再生沥青混合料拌合温度可为130~150℃, 压实温度为120℃~145℃。
3 小结
通过对温拌再生沥青混合料AC-13的配合比设计, 可得出以下结论:
(1) 温再生配合比设计是以热再生配合比设计为基础从而进行的试验。
(2) 由配合比设计确定旧料掺量为35%, 旧料的统一加热温度为120℃, 新集料加热温度为160℃, 拌和温度为150℃, 压实成型温度为140℃。
(3) 将旧料用2.36的筛孔过筛, 取大于等于2.36筛的集料, 小于2.36筛的集料舍去, 这种方法在本课题中称为过2.36筛, 简称过筛。过筛后的集料粒径要大于未过筛的集料粒径。
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再生改性沥青混凝土配合比设计研究 第7篇
本文以沈阳—山海关高速公路路面采用热再生技术修复为工程背景, 沈山线在几年前进行过路面维修, 采取铣刨掉表面层, 重新铺筑SMA-16型沥青混凝土, 采用SBS改性沥青。随着交通量逐年增加, 重车较多, 部分标段路面出现车辙, 本文就是利用铣刨回收的旧料 (SMA-16) 为原材料, 对旧料进行沥青抽提、再生, 恢复其路用性能, 达到使用标准。现对再生改性沥青混凝土配合比设计进行详细阐述。
2 材料
再生沥青混合料的原材料与其他新拌沥青混合料不同, 再生沥青混合料是由旧料、新集料、新沥青、再生剂、纤维组成, 回收的旧料当成一种“集料”以不同的比例掺入 (掺配率) , 与新集料等加热拌和。从旧料中提取的旧沥青掺入由辽宁省交通科学研究院研制的改性沥青再生剂, 经试验研究再生剂最佳掺量为7.1%, 测定再生后的改性沥青的性能, 其各项指标均满足规范要求。集料均采用纹理粗糙, 针片状含量小, 力学指标和坚固性好的玄武岩, 采用木质素纤维, 分为旧料中的矿料及新集料两部分。旧料经抽提, 确定旧料沥青含量为5.8%, 得到其集料部分, 经检测新旧集料均满足规范要求。
3 再生改性沥青配合比设计
3.1 旧改性沥青混合料性能指标
采用离心分离法测定旧路面中的沥青含量。采用T0725-2000沥青混合料的矿料级配检验方法检验旧路面的矿料级配。试验数据如表1, 图1所示。
3.2 再生混合料的级配及旧料掺配率
按SMA混合料配合比设计方法进行, 根据不同的旧料掺配比例设计3组 (80%, 85%, 90%) , 与1号 (15 mm～20 mm) , 2号 (10 mm～15 mm) , 3号 (5 mm～10 mm) 三种集料组成合成级配, 并且符合规范级配要求。合成级配中矿粉数量均为10%左右。由三种旧料的不同掺配比例与新集料组合调配成三种合成级配, 选定初试含油量6%。三种集料的矿料级配见表2, 三种旧料掺量下的合成级配见表3。
3.3 试件体积参数计算
计算试件体积参数, 结果如表4所示。
由表4可知, 80%, 85%, 90%三种旧料掺量下的合成级配都符合VCAMIX<VCADRC以及VMA>16.5%的要求, 如三组级配都符合要求, 规范要求以粗集料骨架分界集料通过率大且VMA较大的级配为设计级配以及考虑到旧料的利用率问题, 最终选定旧料掺量为90%的合成级配。
3.4 再生混合料最佳含油量的确定
选择5个不同含油量进行试验, 得到马歇尔试件的物理—力学指标, 见表5。
根据规范, 以沥青用量为横坐标, 以马歇尔试验的各项技术指标为纵坐标, 将试验结果连成圆滑的曲线, 见图2。
以《公路沥青玛脂碎石路面技术指南》为技术指导, 控制孔隙率在4%左右, 当采用沥青用量6.2%时的各项技术指标较理想, 综合其他体积参数最后确定沥青用量为6.2%。
3.5 再生沥青混合料路用性能检测
再生沥青混合料配合比设计完成后, 还须进行性能测试, 以检测其能否符合规范要求。我国目前还没有再生沥青混合料的专用规范和标准, 本文通过试验评价再生混合料的高温稳定性、低温抗裂性能、水稳定性、肯塔堡飞散试验和析漏试验等, 数据如表6所示。
4结语
通过对改性沥青混合料SMA-16的配合比设计研究, 其再生改性沥青混合料的路用性能均满足规范要求, 由于改性沥青混凝土热再生技术在国内应用不是很广泛还处在探索阶段, 所以本文的研究为实际工程提供了一定的理论依据。
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无砂再生透水混凝土配合比设计 第8篇
在之前城市建设过程中不断追求混凝土的高强度、极好的耐久性,使得结构的密实性越来越好。城市不断被高耸的钢筋混凝土建筑和坚固、耐用且不透水的水泥路面和沥青路面所覆盖。由于密实的混凝土欠缺透水性和透气性,不利于空气中热量和水分的循环流通,城市地表温度的调节能力微弱,导致了城市的“热岛效应”[1]。同时,在下雨天,不透水、不透气的路面阻止雨水渗入地下,使得城市地下水水位下降,影响地表植物的正常生长,城市绿化面积减少。
透水混凝土又称为多孔混凝土或无砂混凝土,是由粗骨料、水泥和水拌制而成的一种多孔混凝土,由于粗骨料表面只包裹了一层薄水泥浆相互黏结成型,形成孔分布均匀的骨架-空隙蜂窝状结构。因此,透水混凝土具有透气、透水的功能。用于铺设的路面具有良好的透气透水性,能让雨水流入地下、缓解城市地下水急剧下降和城市“热岛效应”、保护自然、维护生态稳定[2]。与传统混凝土相比,最大的特点就是有一定的贯通孔隙,具有比较好的透水性和保湿性,性能接近于草坪和土壤地面[3]。利用城市拆迁扩建产生的大量废弃混凝土代替天然骨料作为透水混凝土的骨料,不仅节省了天然矿物资源,而且解决了建筑垃圾的堆放与处理问题。所以说,透水混凝土是一种生态型环保混凝土。
本文以CJJ/T 135—2009《透水水泥混凝土路面技术规程》[4]中给出的以骨料孔隙率为目标的配合比设计方法配制透水混凝土,研究制备再生骨料透水混凝土的最佳水灰比,促进再生骨料透水混凝土在工程中的应用。
1 试验原材料及配合比设计
1.1 试验原材料及基本性能
水泥:P·O 42.5级普通硅酸盐水泥。物理力学性能如表1所示,各项指标均满足规范要求。
粗骨料:利用实验室废弃的混凝土试块和试件,经过破碎、清洗、筛选、分级之后得到具有一定力学性能和颗粒级配的骨料。本试验所用的是粒径为5~10mm和10~20mm的再生骨料,其基本性能如表2、表3所示。
水:自来水。
1.2 配合比设计
1.2.1 配合比设计方法
本试验以CJJ/T 135—2009所给出的配合比设计方法配制透水混凝土。配合比的原理[5]是通过粗骨料的紧密堆积,在胶凝材料均匀包裹和适当填充之后,一定力的作用下黏结在一起,黏结后形成了连续多孔的结构,余下的孔隙空间即为目标设计的孔隙。主要参数为粗骨料的孔隙率、目标空隙率、水灰比(W/C)。
透水混凝土的特点就是透水性能高,透水混凝土作为路面混凝土不仅需要一定的透水性还需要一定的抗压强度和抗折强度,而且其力学性能和透水性能之间是一种负相关的关系,即混凝土的强度增高,透水系数下降。为了使得透水混凝土有较高的强度和较好的透水性能,需要对透水混凝土的配合比进行研究以达到透水混凝土应达到的性能指标要求[6],见表4。
1.2.2 配合比参数的选择
(1)孔隙率及目标孔隙率
在试验之前测出粗骨料的紧密堆积密度ρc和堆积密度ρL,通过计算可以得到粗骨料的孔隙率,然后得到单位体积粗骨料用量。目标孔隙率的确定是根据工程实际需要的透水性能要求确定的。实测孔隙率和目标孔隙率往往有一定的差异。在透水混凝土的孔隙中,不是所有的孔隙都能透水。透水混凝土中的孔隙分为:有效孔隙和无效孔隙[7],其中无效孔隙包括封闭的孔隙和开口但不连续的孔隙,它们的存在对透水混凝土的透水性不利。对透水混凝土透水性有利的是有效孔隙即贯穿混凝土且连续的孔隙。本试验设计的目标孔隙率为15%、20%、25%。
(2)水灰比
水灰比对透水混凝土至关重要,它既影响透水混凝土的强度又影响透水混凝土的透水性能。对于不同粒径和不同形状的骨料,其最优水灰比也不一样[8]。若水灰比过小,水泥浆体黏稠,水泥浆很难均匀包裹粗骨料表面,不利于强度的上升。若水灰比过大,水泥浆体则太稀,水泥浆体较少地黏结在粗骨料表面,其表面的水泥浆体稀薄,骨料接触点之间的黏结不强,不足以提高混凝土强度。在上下浮动的水灰比过程中,必定有一个最佳水灰比,使混凝土的抗压强度最高,拌合物表面有金属光泽且混凝土块底面及周边不会出现封浆现象。本试验试配透水混凝土的水灰比为0.26~0.6,从中找出符合条件的水灰比制作透水混凝土试块进行各项性能指标的试验。
1.2.3 确定最佳水灰比
本文设计的配合比是目标孔隙率为15%、20%、25%时的配合比。对每个孔隙率采用不同的水灰比(0.26~0.6)进行透水混凝土的试配,判定水灰比是否合适的标准是根据不同水灰比配出的透水混凝土拌合物粗骨料表面的水泥浆是否包裹均匀、骨料表面是否有金属光泽、底面是否有封底现象。结果发现W/C=0.4和W/C=0.45时状态最好(拌合物黏结性能好且有金属光泽),每个水灰比试配出的透水混凝土的试配状态见表5,试拌的混凝土实物见图1。在试配骨料粒径为10~20mm的时候,孔隙率为15%、20%透水混凝土试块均出现封底现象,只有在目标空隙率为25%的情况下,出现了骨料表面裹浆且有金属光泽的现象。
1.2.4 试验配合比
通过透水混凝土的试配,初步确定水灰比为0.35、0.4、0.45、0.5四个水平变量。在目标孔隙率15%、20%、25%的情况下,不同粒径依据CJJ/T135—2009进行设计再生骨料透水混凝土配合比,设计步骤为:配合比中的粗骨料用量为粗骨料紧密堆积密度ρG乘以粗骨料用量的修正系数0.98,水泥浆体体积为单位体积混凝土中粗骨料的孔隙率减去目标孔隙率,通过水泥的密度和所设定的水灰比来求得水和水泥所需的量,如表6、表7所示。
2 试件的制作
根据透水混凝土配合比各材料的用量,通过人工搅拌把饱和面干的再生骨料和水泥充分搅拌,先加入一半的水进行搅拌,搅拌均匀后,再把剩余的水全部倒入混凝土中充分搅拌,使骨料表面形成均匀的水泥包裹层。这种做法让材料充分混合,在合适的水灰比情况下,不会出现水泥浆下滴的现象。
kg/m3
kg/m3
将制作好的混凝土装入100mm×100mm×100mm的立方体模具中,使用NYL-2000D型压力试验机,在1.0MPa的压应力下压制成型,压应力持续时间10s,试件用于抗压试验。直径为100mm、高度为50mm的圆柱形试件,用于透水性能试验。边长为100mm×100mm×400mm的棱柱体试件,用于抗折试验,每组各3个试件。
试件浇筑1d后拆模,对试件进行洒水养护28d,养护期间试块表面用塑料薄膜覆盖,以减少混凝土表面的水分散失。
3 试验方法
3.1 抗压强度和抗折强度
抗压强度和抗折强度都按GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》中的操作方法进行测试。
3.2 有效孔隙率
孔隙率是控制透水混凝土配合比设计的一个重要数据,是反映透水混凝土结构的主要参数,通过它能了解透水混凝土的透水性能[8]。透水混凝土有效孔隙率的计算方法如下:
(1)用尺子测量出透水混凝土试件的尺寸,并计算出其体积V0。
(2)称取透水混凝土试件浸泡水中饱和状态下的质量m1。
(3)称取透水混凝土试件在饱和面干状态下的质量m2。
(4)用下列公式计算出透水混凝土试件的孔隙率P(精确到0.1%)。
计算有效孔隙率的公式:
式中:V0为透水混凝土试件的体积,m3;
m1为透水混凝土试件浸泡水中饱和状态下的质量,kg;
m2为透水混凝土试件在饱和面干状态下的质量,kg;
P为透水混凝土试件的孔隙率,%。
3.3 透水系数测定
本试验使用透水仪(见图2)采用不变水头法[9]测定透水混凝土试件透水系数,试验装置为沧州某仪器制造有限公司生产。每个透水混凝土试件在进行测试之前要处于吸水饱和状态,同时试件周边用石蜡密封,仪器和试件之间用橡皮泥密封。每个试件测试透水量时至少进行四次测试,等到连续三次透水量完全相同的时候记下该数据。测试时,还要记录水温,并换算标准温度下(15℃)的透水系数(K15)[10]。透水系数(K)的测定参考日本混凝土工学协会提出的“固定水位透水性测定法”进行确定。测定透水系数的公式如下:
式中:KT为水温T℃时的透水系数,cm/s;
Q为从时间t透过混凝土的水量,cm3;
D为混凝土试件的厚度,cm;
A为混凝土试件的面积,cm2;
h为水头,cm;
t为测定时间,s。
4 试验结果与分析
4.1 试验结果
试验结果如表8~表11所示。
4.2 水灰比、目标孔隙率与实测孔隙率之间的关系
不同水灰比所对应的目标孔隙率和实测孔隙率关系见图3。图3为骨料粒径5~10mm的实测孔隙率,从图3中可以看出,目标孔隙率为15%的实测孔隙率差别较大,目标孔隙率为20%、25%的实测孔隙率比较接近。相对而言,目标空隙率为25%时,实测孔隙率与目标孔隙率最为接近。
不同的目标孔隙率所对应的水灰比和实测孔隙率关系见图4。图4为骨料粒径5~10mm的实测孔隙率,在水灰比为0.4时,目标孔隙率和实测孔隙率最为接近,其次是水灰比为0.35时。图5为骨料粒径10~20mm的实测孔隙率,在水灰比为0.4时,目标孔隙率和实测孔隙率最为接近,其次是水灰比为0.35时。从以上分析可知:实测空隙率和目标空隙之间关系密切。在目标孔隙率低于25%的时候,根据本试验参考的设计方法配得的透水混凝土实测孔隙率和目标孔隙率基本一致。这一现象在低水灰比的情况下比较明显。
4.3 水灰比、目标孔隙率与抗压强度的关系
图6骨料粒径为5~10mm的28d抗压强度。从图6可以看出,在目标孔隙率15%的情况下,28d抗压强度在水灰比为0.4时最大;在目标孔隙率20%、25%的情况下,28d抗压强度在水灰比为0.45时最大。在图6中,抗压强度在不同的孔隙率情况下,趋势都是随着水灰比的不断增加28d抗压强度先增加再减少。这一趋势和其他相关论文里的趋势大致相同[8]。水灰比为0.35、0.4、0.45、0.5,孔隙率为15%时,28d抗压强度最大;孔隙率为25%时,28d抗压强度最小。
图7是骨料粒径为10~20mm、目标孔隙率为25%的28d抗压强度。从图7可以看出,在孔隙率为25%情况下,28d抗压强度随着水灰比的增加先减小再增加。在水灰比为0.35时,28d抗压强度最大;在水灰比为0.4时,28d抗压强度最小。
由此可知,抗压强度不仅与水灰比相关,而且与目标孔隙率相关。在骨料粒径为5~10mm的情况下,在一定的目标孔隙率下,随着水灰比的不断增加28d抗压强度先增加再减少,随着孔隙率的增大28d抗压强度逐渐减小。在骨料粒径为10~20mm的情况下,在一定的目标孔隙率下,随着水灰比的不断增加28d抗压强度先减少再增加。
4.4 水灰比、目标孔隙率与透水系数的关系
图8为骨料粒径为5~10mm的透水系数。从图8可以看出,随着孔隙率的增加,透水系数也随之增大。在不同的目标孔隙率下,都存在一个最佳透水系数。当目标孔隙率为15%、水灰比为0.4时,透水系数最大;当目标孔隙率为20%、水灰比为0.35时,透水系数最大;当目标孔隙率为25%、水灰比为0.35时,透水系数最大。
图9为骨料粒径为10~20mm的透水系数。从图9可以看出,透水系数随着水灰比的增加先增加再减小。在目标孔隙率为25%的情况下,存在一个最佳透水系数,即在水灰比为0.4时,透水系数最大。而在水灰比为0.45时,透水系数急剧下降的原因是水灰比过大,水泥浆体过稀,使得浆体淌到试块底部导致透水混凝土底面封浆,有效孔隙减少,因而透水系数下降过快。在水灰比为0.5时,已经低于透水混凝土透水系数的标准,透水混凝土几乎处于不透水状态。
透水系数是透水混凝土的一个重要参考指标,所有透水混凝土的透水与混凝土中的孔隙率有很大的关系。透水混凝土中贯穿且连续的孔隙是影响透水混凝土透水系数的因素。若水泥浆含量偏多,会堵塞其中孔隙,使得贯穿的孔隙偏少。若水泥浆体中水的成分太多,使得浆体过稀,从而使浆体淌到试块底部,导致试块底部封浆。因此,水灰比的大小决定了孔隙率的大小。水灰比大,浆体的流动性大,但不易于浆体稳定黏结在骨料表面形成稳定的孔隙。
4.5 水灰比、目标孔隙率与抗折强度的关系
图10为骨料粒径5~10mm的28d抗折强度。从图10可以看出,在目标孔隙率为15%的情况下,随着水灰比的增加,28d抗折强度先减少再增加;在目标孔隙率为20%的情况下,随着水灰比的增加,28d抗折强度先减少再增加然后再减少;在目标孔隙率为25%的情况下,随着水灰比的增加,28d抗折强度先增加再减少然后再增加。虽然在不同目标孔隙下,随着水灰比的增加,28d抗折强度变化不一样,但在每个目标孔隙下,都存在一个最佳水灰比值。在孔隙率为15%、水灰比为0.4时,抗折强度最小;水灰比为0.5时,抗折强度最大。在孔隙率为20%、水灰比为0.4时,抗折强度最小;水灰比为0.35时,抗折强度最大。在孔隙率为25%、水灰比为0.35时,抗折强度最小;水灰比为0.5时,抗折强度最大。
图11为骨料粒径10~20mm的28d抗折强度。从图11可以看出,在目标孔隙率为25%的情况下,随着水灰比的增加,28d抗折强度先增加再减少。在此目标孔隙下,存在最佳抗折强度值。在水灰比为0.45时,抗折强度值最大;在水灰比为0.35时,抗折强度值最小。
在不同的目标孔隙率和不同水灰比下,透水混凝土存在不同的最佳抗折强度值,由此可知,抗折强度不仅与水灰比相关,而且与目标孔隙率相关。
5 结论
(1)在本试验情况下,再生骨料粒径为5~10mm、目标孔隙率为15%的透水混凝土的最佳水灰比为0.4;目标孔隙率为20%的透水混凝土的最佳水灰比为0.45;目标孔隙率为25%的透水混凝土的最佳水灰比为0.45。再生骨料粒径为10~20mm、目标孔隙率为25%的透水混凝土的最佳水灰比为0.4。
(2)两种不同骨料粒径的再生透水混凝土,水灰比决定着透水混凝土的孔隙率进而决定其透水系数,通过骨料表面的裹浆厚度影响骨料与骨料间的黏结强度进而决定透水混凝土的抗压强度。再生骨料粒径为5~10mm的透水混凝土,在不同的孔隙率下,随着水灰比的增加,基本上都呈现出透水系数逐渐下降、抗压强度先增加再减小的趋势。再生骨料粒径为10~20mm的透水混凝土,只有目标孔隙率为25%的情况符合标准。在此孔隙率下,透水系数先增加再减小,抗压强度先减少后增加。
(3)由于再生骨料自身吸水性较大,所以再生透水混凝土水灰比在0.35~0.45之间,混凝土拌合物和易性较好,强度较高,透水性能较好。
(4)在两种不同粒径的透水混凝土综合性比较下,再生骨料粒径为5~10mm的透水混凝土优于再生骨料粒径为10~20mm的透水混凝土;在同一个目标孔隙率下,两种不同粒径的透水混凝土综合性比较,再生骨料粒径为10~20mm的透水混凝土优于再生骨料粒径为5~10mm的透水混凝土。
摘要：为研究无砂再生透水混凝土最优配合比,选择再生粗骨料粒径为5~10mm和10~20mm两种不同粒径,分别以骨料目标孔隙率(15%、20%、25%)和水灰比(0.35、0.4、0.45、0.5)为主要指标制作试件。采用CJJ/T 135—2009《透水水泥混凝土路面技术规程》中的配合比计算方法进行配合比设计。通过对试块的抗压强度、抗折强度、透水系数、实测孔隙率的测定综合考虑透水混凝土各项指标,一个目标孔隙率可确定一个最优水灰比,从而获得最优配合比。研究表明,在骨料粒径为5~10mm、目标孔隙率15%时,水灰比为0.4;目标孔隙率20%时,水灰比为0.45的再生透水混凝土综合性能最好。在骨料粒径为10~20mm时,目标孔隙率25%、水灰比为0.4的再生透水混凝土综合性能最好。
关键词：透水混凝土,再生骨料,目标孔隙率,透水系数,最优配合比
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热再生配合比 第9篇
再生骨料混凝土是指废弃混凝土经过解体、破碎、筛分等再加工过程,形成再生骨料,部分或全部代替天然骨料配制而成的一种新型混凝土。 再生骨料混凝土能够解决我国每年产生的大量混凝土固体废弃物的堆放和处理问题,不仅有利于保护天然骨料资源免于枯竭,也能减轻对环境的破坏,具有巨大的环保效应和潜在的经济效应,其研究及应用日益受到重视[1,2]。 建筑节能作为整个节能工程的重要组成部分,已成为我国的重大战略问题。 而普通混凝土保温性能较差, 导热系数高达1.74W/(mK),不能满足建筑物保温节能的要求,这就使得具有保温节能要求的混凝土建筑物必须使用其它保温材料来达到保温效果, 这不但增加建造成本, 且不利于建筑物结构受力和安全。 因此,研究开发同时兼具物理力学性能和保温性能的混凝土, 符合绿色、环保的高效益生态建筑材料的发展趋势。 玻化微珠是一种环保型高性能无机轻质绝热材料, 安定性好,防火,耐候耐老化性强,可用于建筑节能、耐火材料和防火吸音等行业[3]。 因此,试验中采用玻化微珠来改善再生骨料混凝土的保温性能。
配合比优化设计与混凝土的性能密切相关,是制备再生保温混凝土的关键技术之一。 试验选定再生粗、细骨料的取代率、水胶比、玻化微珠掺量四个影响因素, 以混凝土的抗压强度、抗折强度、保温性能和抗冻性能为考核指标, 设计正交试验, 运用功效系数法对配合比进行优化,寻求最优方案[4,5,6]。
1 试验
1.1 试验材料
水泥:海螺牌32.5 复合硅酸盐水泥,其物理力学性能指标见表1;天然粗骨料:粒径5~20mm,吸水率1.1%,表观密度2688kg/m3,堆积密度1612kg/m3压碎指标5.28%;天然细骨料:普通河砂,表观密度2525kg/m3, 堆积密度1540kg/m3, 振实密度1754kg m3,吸水率15.3%,细度模数2.3。 再生粗骨料为常州大学结构实验室废弃混凝土采用颚式破碎机二次破碎,高温烘烤和筛分后得到,基本性能见表2;采用常州电厂干排粉煤灰,Ⅱ级,细度16.7%,烧失量4.3%,需水量比102%,含水率0.38%;玻化微珠的性能见表3。
1.2 试验设计
首先进行混凝土的基准配合比设计,挑选影响因素的合理水平;其次设计正交实验,用总功效系数法进行分析,得到整体性能最优的配合比,并分析各因素的影响显著性和因素水平趋势,寻求理论最优配合比;最后,通过验证试验予以验证。
基于附加用水量法,得到强度、抗冻性、保温性能均满足GB 265382011 《烧结保温砖和保温砌块 》要求的基准配合比[7]: 粉煤灰掺量30% , 砂率0.35,水胶比0.5,玻化微珠掺量70%,再生粗骨料取代率50%,再生细骨料取代率30%。 根据基准配合比设计试验结果,正交试验设计采用了L9(34),因素水平见表4, 其中粉煤灰掺量和砂率与基准配合比相同。
混凝土的强度、 抗冻性能和保温性能分别按GB/T 500812002 《普通混凝土力学性能试验方法标准》、GBT 500822009 《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》、GB 102942008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》测定。
2 试验分析
2.1 功效系数法
在功效系数法的评价指标中, 指标数值越大、单项功效系数越高的变量为极大型变量;指标数值越小、单项功效系数越高的变量为极小型变量。 进行单项功效系数计算,即对试验数据进行指标归一化。 设试验的评价指标有m个,i指标相对应的测试值中最大值为Cmax,最小值为Cmin,第j组试验i指标数据归一化数值为dji。
指标测试值越大越好型的归一化计算:
指标测试值越小越好型的归一化计算:
根据评价指标的单项功效系数, 计算j组试验总功效系数:
试验中,抗压强度、抗折强度按照式(1)进行归一化计算,表征混凝土保温性能的导热系数和表征混凝土抗冻性能的质量损失率按照式(2)进行归一化计算[8]。
2.2 配合比优化
表5 为正交试验得到的抗压强度、 抗折强度、导热系数和质量损失率,并对各评价指标进行了归一化处理。 由表5 分析可知,在9 组试验中,总功效系数最大的为第1 组,即第1 组玻化微珠再生保温混凝土的综合性能最好, 即配合比AaBaCaDa的综合性能最好。
表6 和表7 为试验结果归一化后的极差和方差分析。
表6 中Ki是各因素同一水平总功效系数之和,R是各因素每一水平下的Ki/3 的极差。 由表6 和表7 可知,水胶比对抗压强度的影响最大;再生粗骨料取代率对抗折强度影响最大;玻化微珠的掺量对导热系数影响非常显著,再生粗骨料其次;玻化微珠对抗冻性能的影响非常显著。 基于总功效系数分析可知,各因素影响程度为:水胶比>再生粗骨料取代率>玻化微珠掺量>再生细骨料取代率,其中,水胶比的水平变化对再生混凝土的综合性能影响最大;从总功效系数的极差分析可得,再生粗骨料取代率为50%、再生细骨料取代率为30%、水胶比为0.4 和玻化微珠掺量为50%得到的再生混凝土综合性能优于其他水平的混凝土综合性能,即AbBbCaDa是理论最优配合比。
2.3 因素水平趋势图
图1 为四个影响因素对混凝土抗压强度、抗折强度、导热系数和抗冻性影响的趋势图。 横坐标为各影响因素的水平,纵坐标为影响因素某一水平下评价指标的平均值。 由图1 可知,再生粗、细骨料取代率的提高会降低混凝土的力学性能,这是因为再生粗骨料在解体、 破损等加工过程中容易受到损伤,使骨料内部产生大量的微细裂纹,其力学性能劣于天然粗骨料的力学性能。 在试验中还发现,由于再生混凝土的吸水率大,水胶比小时,混凝土的离散性大,不能很好地胶凝在一起,当水胶比为0.6时,混凝土的和易性好,抗压强度较大。 水胶比的增大会降低混凝土的抗折强度。 四个影响因素取值的增大都会降低导热系数,即增强再生混凝土的保温性能,随着玻化微珠掺量的提高,导热系数降低得非常明显,当掺量为100%时,其导热系数为0.33W/(mK),具有很好的保温性能,而再生粗骨料相比天然骨料具有较大的孔隙率,其掺量的提高有助于增强混凝土的保温性能。 再生粗、 细骨料取代率为50%和30%时,质量损失率小,抗冻性能较好,水胶比越大其抗冻性能越差,有关资料表明,在混凝土中硬化水泥石的孔结构取决于混凝土的水胶比和水泥的水化程度[9,10]。 一般情况下,水胶比越小,水泥石中的孔体积越小, 孔中存留的可结冰的水越少,则混凝土的抗冻性能越好。 在再生混凝土中也符合这一规律。
注:“**”影响非常显著;“*”影响显著;“-”有一定影响。
由图1 可得,配合比为AbBbCaDa混凝土可以得到较好的抗压强度、抗折强度和抗冻性能,但是保温性能较差。 总功效系数法采用了四个性能评价指标,并取平均权重进行计算。 随着节能环保建筑理念的提倡,再生混凝土用于墙体材料时,保温性能指标权重将会逐渐增大,因此,AbBbCaDb也可能是最优配合比。
2.4 验证试验
对AbBbCaDa和AbBbCaDb两种配合比进行验证试验,试验方法同上所述,并与配合比AaBaCaDa的试验结果进行比较,见表8。
由表8 可知,配合比AbBbCaDb中玻化微珠掺量比AbBbCaDa提高了20%, 其总功效系数比AbBbCaDa低, 抗压强度和抗折强度分别降低了6%和9%,但保温性能提高了30%。 配合比AaBaCaDa的总功效系数虽然最高,但是再生骨料取代率低,这不利于废弃混凝土的大规模利用,且导热系数是AbBbCaDb的2 倍。 从墙体材料的节能环保发展趋势考虑, 推荐AbBbCaDb为最优配合比方案。
3 结论
(1)再生粗、细骨料取代率的提高会降低混凝土的力学性能, 但同时会提高混凝土的保温性能;水胶比增大会降低其抗折强度;玻化微珠掺量的提高能显著地提高保温性能;再生粗、细骨料取代率越低,质量损失率小,抗冻性能越好,水胶比越大其抗冻性能越差。
(2)根据极差和方差分析对配合比进行优化设计,分析得出2 种较优的配合比,再通过验证试验得出,再生粗骨料的取代率50%、再生细骨料的取代率30%、 水胶比0.4 和玻化微珠掺量70%的配合比为最优配合比。
(3)只要配合比适当, 玻化微珠再生保温混凝土的抗压强度可以达到20MPa, 导热系数可达到0.33W/(mK),可以作为非承重保温墙体材料使用。
摘要：考虑再生混凝土综合性能,选取再生粗、细骨料取代率、水胶比和玻化微珠掺量作为关键影响因素,以抗压强度、抗折强度、保温性能和抗冻性能作为评价指标,设计了再生混凝土配合比正交试验,并运用功效系数法进行了分析。结果表明,水胶比对再生混凝土的抗压强度和抗冻性能影响最大;随着再生粗、细骨料取代率增大,混凝土的力学强度下降;玻化微珠掺量的增加会降低再生混凝土的力学强度,但对其保温性能具有明显的改善作用。通过验证试验发现,只要合理配置,可以配制28d抗压强度达到20MPa、导热系数为0.34 W/(m·K)的玻化微珠再生保温混凝土墙体材料。
