廠拌熱再生瀝青混合料研究與應(yīng)用進(jìn)展

薛明亮 徐紫祎 張紅兵 武建軍

(1.山西省高速公路集團(tuán)有限責(zé)任公司 太原 030000;2.長安大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 西安 710061；3.陽泉太舊博特道路養(yǎng)護(hù)工程有限公司 陽泉 045000； 4. 山西交控集團(tuán)太舊高速公路管理(太原)有限公司 太原 030006)

引言

隨著我國高速公路逐步進(jìn)入維修養(yǎng)護(hù)期，每年的銑刨過程會產(chǎn)生大量的廢舊瀝青路面材料，過去這些銑刨料往往被當(dāng)作建筑垃圾廢棄，造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。事實(shí)上，廢舊瀝青路面材料(Recycling Asphalt Pavement，RAP)是一種可循環(huán)利用的資源，實(shí)現(xiàn)RAP 的重復(fù)利用可達(dá)到節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、減少成本的目的，大力發(fā)展符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式的瀝青路面再生技術(shù)，提高資源利用率，創(chuàng)造盡可能大的經(jīng)濟(jì)社會效益，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》[1](JTG F41-2008)根據(jù)我國的實(shí)際情況，將瀝青路面再生技術(shù)分為廠拌熱再生、廠拌冷再生、就地?zé)嵩偕?、就地冷再?類，其中，廠拌熱再生憑借其相對成熟的施工工藝及較好的混合料性能成為再生瀝青路面的主要技術(shù)形式。基于此，本文闡述了再生材料、再生劑、再生工藝三個(gè)因素對廠拌熱再生瀝青混合料性能的影響。

1 再生材料及配合比

從不同渠道得到的RAP其級配與老化程度,含油量不同。因此, 再生材料的質(zhì)量控制以及配合比的正確設(shè)計(jì)是再生瀝青混合料質(zhì)量控制的關(guān)鍵點(diǎn)[2]。

針對再生技術(shù)規(guī)范中瀝青總用量經(jīng)驗(yàn)公式得出的瀝青用量偏大的問題, 曹衛(wèi)東等[3]建立瀝青總用量預(yù)估公式和可以快速得到包含最佳新瀝青用量的新瀝青用量范圍的方法,在此范圍內(nèi)進(jìn)行少量的馬歇爾試驗(yàn)即可確定最佳新瀝青用量。李泉等[4]對舊瀝青進(jìn)行再生試驗(yàn),在RAP摻量分別為20%、30%、40%與50%時(shí)，進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)與性能驗(yàn)證，得出隨著RAP摻量增加, 再生瀝青混合料的高溫抗車轍、抗水損害性能逐漸提高, 在實(shí)際工程應(yīng)用中，根據(jù)瀝青老化情況以及路面結(jié)構(gòu)層次要求，能夠?qū)⒃偕旌狭现蠷AP材料摻量提高到40%以上。汪小東[5]在廠拌熱再生瀝青路面應(yīng)用研究中，進(jìn)行高RAP摻量熱再生試驗(yàn)段鋪筑,提出在再生瀝青混合料中, RAP摻量增加其高溫性能改善、水穩(wěn)性下降、疲勞性能下降，低溫性能變化不大。Henrikas等[6]介紹了一種確定熱再生瀝青混合料(Recycled hot-mix asphalt ，RHMA)組成的方法，與目前使用的技術(shù)相比，該算法具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)可以立即確定是否可以從礦物材料中獲得所需級配的混合物；(2)可得到性價(jià)比最高的RHMA混合物；(3)可獲得最稠密的RHMA混合物；(4)能滿足評估技術(shù)要求等。在不同RAP，再生劑，溫拌劑摻量條件下，伍鐵強(qiáng)等[7]進(jìn)行廠拌熱再生瀝青混合料性能試驗(yàn)，他提出當(dāng)RAP摻量超過30%時(shí)，混合料的馬歇爾強(qiáng)度、浸水馬歇爾強(qiáng)度和低溫性能對RAP摻量變化十分敏感，疲勞性能與再生劑和溫拌劑摻量息息相關(guān)。Zhang等[8]從不同的建筑工地收集了廠拌瀝青混合料，對RAP和再生瀝青瓦(recycled asphalt shingles，RAS)摻量對瀝青混合料性能的影響進(jìn)行評估，評價(jià)了廠拌熱再生混合料的車轍性能和開裂性能。結(jié)果表明，添加20%至25%的RAP和RAS可顯著提高瀝青混合料的高溫等級，大部分熱再生瀝青混合料在多重應(yīng)力蠕變恢復(fù)(MSCR)試驗(yàn)中Jnr值相對較低。在車轍試驗(yàn)中，熱再生瀝青混合料表現(xiàn)出較高的抗永久變形能力，抗車轍性能得到顯著提升。

2 再生劑

再生劑是具有化學(xué)和物理特性的產(chǎn)品，旨在通過提高瀝青質(zhì)與可溶質(zhì)的比例，減小瀝青質(zhì)簇的尺寸，提高連續(xù)相的分散能力，增加分子流動(dòng)性來恢復(fù)老化瀝青的流變性能。因此, 合理選擇再生劑, 也成為瀝青混合料廠拌熱再生技術(shù)的關(guān)鍵。

從改善舊瀝青流變性能的角度,熊出華等[9]采取輕質(zhì)油分+穩(wěn)定劑的技術(shù)措施,開發(fā)出適用于高等級瀝青路面的熱再生劑，并表明當(dāng)該再生劑摻量在4%～10%時(shí),能夠有效恢復(fù)舊瀝青路面性能，得到的再生瀝青不僅滿足相應(yīng)的瀝青規(guī)范要求, 且具有較好的抗老化性能。Kaseer等[10]闡述了目前再生劑在美國瀝青路面中的應(yīng)用，并提出了當(dāng)前和未來再生劑將面臨的挑戰(zhàn)。他們認(rèn)為，再生劑是為了提高含有大量再生瀝青路面(RAP)和再生瀝青瓦(RAS)的再生瀝青混合料的性能。再生劑的效果取決于若干因素，例如再生劑的類型和劑量、原始瀝青的來源和等級、混合時(shí)間和生產(chǎn)溫度，以及再生劑加入瀝青混合料的方法。在生產(chǎn)含有大量再生材料的再生瀝青混合料時(shí)，應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)牟牧线x擇及其配合比的重要性。謝娟等[11]在瀝青混凝土工廠熱再生配合比設(shè)計(jì)及瀝青再生劑研究中，分析了瀝青再生劑的質(zhì)量要求, 研究了GLA型再生劑對混合料性能的改善情況, 提出了工廠熱再生瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)方法, 為高速公路瀝青混凝土面層熱再生養(yǎng)護(hù)技術(shù)提供參考。在高速公路舊瀝青混合料熱再生技術(shù)研究中，長安大學(xué)耿九光[12]通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了再生劑的性能, 確定了再生劑的用量,進(jìn)行再生瀝青混合料配合比設(shè)計(jì), 并對再生瀝青混合料進(jìn)行性能試驗(yàn)，證明再生瀝青具有良好的路用性能。Espinoza Luque等[13]建議使用高芳烴餾分和低瀝青質(zhì)濃度的再生劑，如重石蠟餾分溶劑提取物，該提取物主要由芳香烴(>75%)和瀝青質(zhì)組成。作者指出，使用這種類型的再生劑，當(dāng)再生劑摻量在6%左右時(shí)，可顯著提高再生瀝青混合料的抗裂性，同時(shí)抗車轍能力也能得到顯著提升。

3 再生工藝

廢舊瀝青混合料的破碎工藝、舊料的預(yù)熱控制、再生混合料的拌和程序等[12], 都將影響再生瀝青混合料的質(zhì)量, 必須良好選擇與控制。

為分析拌和工藝對瀝青混合料再生效果的影響,李正中等[14]設(shè)計(jì)了三種熱再生拌和工藝，并對混合料進(jìn)行性能測試，他提出：拌和工藝不同，再生瀝青混合料的性能也不同, 比較三種拌和工藝，作者推薦使用再生劑-新瀝青預(yù)混合工藝，得到的再生混合料具有較好的抗車轍性能和低溫抗裂性能。Shao等[15]提出一種新的熱拌料再生雙滾筒攪拌技術(shù)，進(jìn)行了一系列試驗(yàn)來評估該混合技術(shù)的可行性。結(jié)果表明：雙滾筒混合工藝允許再生劑與RAP充分相互作用，該新的混合技術(shù)可以減少熱再生瀝青混合物的空隙，可提高瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度、抗水損害性、抗車轍性和低溫性能，混合料的綜合路用性能優(yōu)良。王雪蓮等[16]對廠拌熱再生工藝及關(guān)鍵技術(shù)展開試驗(yàn)研究, 分析工藝參數(shù)、配合比設(shè)計(jì)、壓實(shí)規(guī)律對混合料路用性能的影響，作者建議的最佳工藝為：RAP加熱區(qū)間為120℃～140℃，先拌和再生劑與RAP，再加入新瀝青及新集料，拌和時(shí)間為90s。Oliveira等[17]重點(diǎn)研究了在生產(chǎn)再生瀝青混合料之前，不同的RAP準(zhǔn)備程序?qū)ιa(chǎn)過程的影響。作者認(rèn)為：在設(shè)計(jì)再生瀝青混合料配合比時(shí)，使用有效的RAP分解和分離方法，可降低生產(chǎn)程序?qū)υ偕鸀r青混合料不良影響，得到的這類混合物的水敏感性有所改善，工作性能更優(yōu)異，從而證明了選擇在瀝青廠進(jìn)行RAP分離的方法是合理的。為評價(jià)成型方式對熱再生瀝青混合料的性能影響規(guī)律，季節(jié)等[18]分別采用馬歇爾擊實(shí)儀和剪切壓實(shí)儀制備混合料試件并進(jìn)行性能測試，他認(rèn)為后者得到的試件能更好地模擬路面的實(shí)際狀態(tài),其高溫抗車轍能力、低溫抗開裂能力、水穩(wěn)定性能等均比利用馬歇爾擊實(shí)成型的試件有所提高。

4 結(jié)語

如前所述，對于廠拌熱再生瀝青混合料性能的研究，國內(nèi)外學(xué)者已做了相關(guān)的探索并取得了一些有價(jià)值的研究成果。這些成果對于熱再生瀝青路面的配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化、施工質(zhì)量控制等都具有重要的意義。然而由于各方面試驗(yàn)條件限制，尚有許多問題亟待解決。還存在以下問題急需展開深入的研究：

(1)再生劑種類復(fù)雜，對于再生劑的料源和品種有待進(jìn)一步深入，使之適宜不同品種和不同老化程度的瀝青。

(2)目前關(guān)于再生瀝青二次再生的機(jī)理以及評判標(biāo)準(zhǔn)的研究仍較少涉及，需進(jìn)一步開展有關(guān)再生瀝青二次再生的研究。

(3)目前對再生瀝青路面的規(guī)范過于籠統(tǒng)，需制定出更為規(guī)范的驗(yàn)收評定標(biāo)準(zhǔn)，使再生瀝青混合料的生產(chǎn)和施工規(guī)范化。