“橡膠瀝青+Domix”雙復(fù)合改性瀝青路面就地?zé)嵩偕O(shè)備與工藝研究

楊 夢， 鄧 哲， 姚童剛

(1.湖南省交通科學(xué)研究院有限公司， 湖南 長沙 410015； 2.湖南長益高速公路有限公司， 湖南 長沙 410006)

近年來高速公路已由大規(guī)模建設(shè)期進(jìn)入到維修養(yǎng)護(hù)期，如對維修養(yǎng)護(hù)產(chǎn)生的大量廢舊瀝青混合料不進(jìn)行有效的回收利用，將造成自然資源的浪費(fèi)與生態(tài)環(huán)境的污染。交通運(yùn)輸部《“十三五”公路養(yǎng)護(hù)管理發(fā)展綱要》提出了實(shí)行綠色養(yǎng)護(hù)生產(chǎn)的養(yǎng)護(hù)轉(zhuǎn)型發(fā)展目標(biāo)，其中高速公路廢舊路面材料回收率要求達(dá)到100%。

目前路面養(yǎng)護(hù)措施主要有就地?zé)嵩偕㈧F封層、微表處、銑刨重鋪和超薄磨耗層等技術(shù)[1]。霧封層、微表處與超薄磨耗層一樣，都只能改善面層的使用功能，就地?zé)嵩偕豌娕僦劁亜t可以一定程度修復(fù)路面病害。相比直接對原路面銑刨重鋪，就地?zé)嵩偕粌H能最大限度減少路面維修對車輛通行的影響，還能極大程度避免公路養(yǎng)護(hù)中瀝青廢料的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)原材料的百分之百原位再生利用。

“橡膠瀝青+Domix”雙復(fù)合改性瀝青路面黏度大、施工溫度要求高，目前在國內(nèi)還沒有對該種路面結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行就地?zé)嵩偕B(yǎng)護(hù)的嘗試。本文依托某高速公路，開展前期資料調(diào)研、相關(guān)室內(nèi)試驗(yàn)研究以及施工控制工藝研究，特別是對就地?zé)嵩偕O(shè)備和工藝進(jìn)行研發(fā)、改造，以滿足橡膠瀝青雙復(fù)合改性瀝青路面就地?zé)嵩偕募夹g(shù)要求。通過實(shí)施2km試驗(yàn)段，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場檢測驗(yàn)證了該就地?zé)嵩偕鸀r青路面性能滿足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求，為后續(xù)“橡膠瀝青+Domix”雙復(fù)合改性瀝青路面就地?zé)嵩偕┕ご笠?guī)模推廣提供了有效經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

長益高速公路是湖南省早期修建的高速公路之一，原為水泥混凝土路面，通過“白+黑”大修后，改造成瀝青混凝土路面。既有路基寬度為27 m，為雙向4車道高速公路，其路面結(jié)構(gòu)為4 cm厚雙復(fù)合橡膠瀝青ARHM-13+5cm厚雙復(fù)合橡膠瀝青ARHM-20+16 cm連續(xù)配筋混凝土+防水隔離層+舊水泥砼路面。隨著大修改造完成，相臨高速公路陸續(xù)開通，該高速公路車流量逐漸增加，重車比例不斷增大，加之路面運(yùn)營年限增長，瀝青路面部分路段出現(xiàn)了不同程度損壞，對行車安全和舒適性造成不同程度的影響，急需對路面進(jìn)行修復(fù)，確保道路安全通行。通過調(diào)查，為便于施工與交通組織，選擇坑槽補(bǔ)丁較少、裂縫病害較輕微的路段進(jìn)行橡膠瀝青路面就地?zé)嵩偕幹?，其位置樁號為K65+000-K67+000(上行行車道)，共2 km。

在舊橡膠雙復(fù)合改性瀝青路面就地?zé)嵩偕旌狭下酚眯阅茯?yàn)證研究過程中，施工工藝控制主要遇到了3大技術(shù)難點(diǎn)：

1)舊“橡膠瀝青+Domix”雙復(fù)合改性瀝青混合料的瀝青含量高、黏度大，難以分散，在試驗(yàn)室內(nèi)采用普通的熱耙松工藝或熱銑刨工藝均有成團(tuán)的舊瀝青混合料塊狀存在，難以完全分散。

2)橡膠瀝青混合料加熱滲透難、橡膠粉燃點(diǎn)低、對就地?zé)嵩偕┕囟鹊目刂埔缶珳?zhǔn)。就地?zé)嵩偕鳝h(huán)節(jié)的溫度要求比較高，加熱機(jī)組加溫太高，易造成舊瀝青路面的老化，加溫太低則難以拌和均勻，同時(shí)難以壓實(shí)，嚴(yán)重影響就地?zé)嵩偕夹g(shù)施工質(zhì)量。

3)各路段瀝青含量差異性較大，給混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)工作帶來了較大挑戰(zhàn)，不同路段的再生設(shè)計(jì)方案需要“對癥下藥”，需有針對性地提出新加混合料的類型、級配要求和外摻劑比例等。

為解決以上難題，本研究除了在材料組成方面，采取如增加降黏劑、優(yōu)化降黏劑的種類及比例、優(yōu)化新添加劑的級配組成和比例等相關(guān)措施，還通過對就地?zé)嵩偕O(shè)備組合進(jìn)行優(yōu)化、對設(shè)備參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化、對部分設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)、對就地?zé)嵩偕に囘M(jìn)行優(yōu)化，最后確定了混合料路用性能可以滿足規(guī)范要求的就地?zé)嵩偕囼?yàn)段的實(shí)施方案。本文主要介紹在設(shè)備和工藝方面的研究成果。

2 就地?zé)嵩偕O(shè)備優(yōu)化的研究

舊路面的再生效果以及投入使用后路面的耐久性與再生施工工藝直接相關(guān)。本文在施工工藝控制方面，對就地?zé)嵩偕訜岱绞郊捌扑榉绞?、就地?zé)嵩偕F(xiàn)場加熱溫度及復(fù)拌時(shí)間控制等進(jìn)行了前期調(diào)研。

2.1 就地?zé)嵩偕訜岱绞郊捌扑榉绞椒治?/h3>

就地?zé)嵩偕慈剂霞凹訜岱绞降牟煌煞譃闊犸L(fēng)循環(huán)式、紅外線輻射加熱及微波加熱[2]。就地?zé)嵩偕鷻C(jī)組不同加熱方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，考慮到橡膠顆粒的燃點(diǎn)較低(約350 ℃)，而微波加熱的瞬時(shí)可能出現(xiàn)500 ℃～600 ℃的高溫，從安全角度考慮,不采用微波加熱。

采用間歇式紅外加熱時(shí)，由于中間部位紅外輻射強(qiáng)度更大，導(dǎo)致瀝青路面中間部位的溫度比兩端高。熱風(fēng)加熱克服了紅外加熱時(shí)部分混凝土出現(xiàn)老化現(xiàn)象問題，加熱更均勻，溫度梯度更小，但采用熱風(fēng)加熱相同深度的瀝青路面耗時(shí)是紅外加熱的2倍多，對施工速度影響較大[3-4]。因此，本工程采用間歇式紅外加熱與熱風(fēng)循環(huán)加熱相結(jié)合的方式。

目前，國內(nèi)高速公路和地方公路瀝青路面就地?zé)嵩偕┕さ呐f瀝青路面破碎方式主要有兩種：耙松和銑刨。耙松方式是舊瀝青路面加熱之后將需再生的舊瀝青混合料耙松，對舊瀝青混合料原來級配基本沒有影響；銑刨方式是將舊瀝青混合料加熱后再用銑刨頭進(jìn)行銑刨，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)舊瀝青路面溫度加熱至140 ℃以上時(shí)對舊瀝青混合料的礦料級配影響很小，而且可以采用新加料來調(diào)整再生后混合料的級配。橡膠雙復(fù)合改性瀝青混合料黏度大，通過室內(nèi)熱耙松的模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，熱耙松方式難以將原橡膠瀝青混合料分散，結(jié)團(tuán)現(xiàn)象嚴(yán)重。因此，本工程橡膠雙復(fù)合改性瀝青路面的破碎以熱銑刨方式為主，輔以熱耙松。

2.2 就地?zé)嵩偕O(shè)備的優(yōu)化

2.2.1加熱設(shè)備組合的優(yōu)化

要保證舊橡膠瀝青雙復(fù)合改性瀝青路面就地?zé)嵩偕膹?fù)拌、攤鋪、碾壓等環(huán)節(jié)的施工溫度，采用傳統(tǒng)的熱再生機(jī)組存在一定難度，難以保證就地?zé)嵩偕^程的各環(huán)節(jié)溫度及就地?zé)嵩偕墓こ藤|(zhì)量。對加熱設(shè)備的優(yōu)化主要是提高攤鋪溫度達(dá)到145 ℃以上。通過研究對就地?zé)嵩偕商自O(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化，開創(chuàng)性地研發(fā)了“傳統(tǒng)加熱組合機(jī)組+熱銑刨加熱組合機(jī)組+攤鋪前基底面補(bǔ)充加熱”三級間歇式反復(fù)加熱的方式，主要措施有：

1) 第一級傳統(tǒng)加熱組合機(jī)組：傳統(tǒng)的加熱機(jī)組由3臺加熱機(jī)組成，加熱機(jī)溫度呈梯度控制。在施工過程中，加熱機(jī)組依次對路面進(jìn)行逐級加熱，1號加熱機(jī)采用大功率循環(huán)往復(fù)的加熱方式，起到快速加熱路面的目的；2號加熱機(jī)采用小功率慢速前進(jìn)，盡可能減少溫度損失;3號加熱機(jī)增加熱耙松設(shè)備(見圖1)，使之可對擬再生層的內(nèi)部和底層進(jìn)行加熱，有效地提高舊路面內(nèi)部的加熱溫度，并使路面加熱深度符合施工需求。

圖1 含熱耙松裝置的加熱機(jī)耙松既有瀝青路面

2) 第二級熱銑刨加熱組合機(jī)組：由1臺熱銑刨機(jī)和1臺熱風(fēng)循環(huán)加熱機(jī)組成，對銑刨后已充分分散開的舊瀝青混合料(RAP)料進(jìn)行再加熱，再次增加了RAP與熱風(fēng)的接觸面，減少銑刨過程中的熱量損失，有效地提高RAP的溫度和加熱效率。

3) 攤鋪前基底面的第三級補(bǔ)充加熱：攤鋪機(jī)前，在拌和設(shè)備下增加1套加熱設(shè)備，對攤鋪前銑刨的底面進(jìn)行加熱，保證底面的溫度在110℃以上，以減少再生混合料的溫度損失，可提高再生混合料的攤鋪溫度。

2.2.2破碎設(shè)備的優(yōu)化

第一級3號加熱機(jī)上增加的熱耙松設(shè)備，可對已加熱的舊瀝青層進(jìn)行耙松;第二級熱銑刨和加熱機(jī)組對耙松后的RAP進(jìn)行加熱，可提高RAP的整體溫度，使其溫度均勻，然后通過熱銑刨機(jī)組對高溫下、溫度均勻的RAP料進(jìn)行銑刨。這樣既保證了RAP充分分散，又保證了舊集料不被破碎，可保持原瀝青面層的礦料級配穩(wěn)定度，從而保證再生混合料的礦料級配達(dá)到設(shè)計(jì)級配要求。

3 就地?zé)嵩偕に囇芯?/h2>

3.1 就地?zé)嵩偕F(xiàn)場加熱溫度及復(fù)拌時(shí)間、工藝的控制研究

瀝青路面現(xiàn)場熱再生施工工藝控制的重點(diǎn)在瀝青混凝土攪拌、運(yùn)輸、攤鋪和碾壓4個(gè)環(huán)節(jié)，它們之間密切聯(lián)系又相互制約，任何一個(gè)環(huán)節(jié)配合不當(dāng)，都會使整個(gè)再生系統(tǒng)阻塞和混亂。再生機(jī)組中有專門用來加熱路面的加熱機(jī)，以及集料進(jìn)料、輔助加熱、耙松銑刨、實(shí)時(shí)攪拌、攤鋪為一體的再生復(fù)拌主機(jī)，相關(guān)工藝環(huán)節(jié)對再生后路面的質(zhì)量有著重要影響[5]。本文針對再生施工過程中的溫度和再生料拌和時(shí)間這兩方面因素，與設(shè)備廠家對設(shè)備的工作性能及工作參數(shù)進(jìn)行溝通確認(rèn)，并通過室內(nèi)模擬試驗(yàn)進(jìn)行研究，尋求獲得工藝參數(shù)對再生效果的影響規(guī)律。

1) 現(xiàn)場加熱溫度的確定及控制。就地?zé)嵩偕袦囟鹊目刂剖冀K貫穿整個(gè)施工過程。首先，再生路面預(yù)熱過程中，要使路面再生深度范圍內(nèi)的瀝青混合料形成一個(gè)適當(dāng)?shù)臏囟葓觯暨_(dá)不到合適溫度，則無法耙松，也無法避免翻松對集料的破壞，不能維持原瀝青路面的集料級配。其次，還需要通過溫度控制為舊瀝青料的再生(再生劑的添加溫度)、新舊瀝青料的拌和(新瀝青混合料拌和前溫度)提供適當(dāng)?shù)墓ぷ鳒囟?，因?yàn)榕f瀝青料中瀝青黏結(jié)料再生過程必須在加熱軟化的狀態(tài)下進(jìn)行。最后，再生料需要有足夠的攤鋪溫度，才能使路面壓實(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度和其它一些路面結(jié)構(gòu)要求；與此同時(shí)，銑刨過后的銑刨面應(yīng)該保證一定的溫度(與再生料的攤鋪溫度相同為最佳)，以提高再生料與原路面材料的黏結(jié)力。

2) 結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測料溫，在室內(nèi)進(jìn)行不同溫度條件下的馬歇爾試驗(yàn)得出：舊料溫度與再生劑溫度對再生料馬歇爾性能指標(biāo)影響起主要作用，且舊料溫度影響比再生劑溫度的影響更大；舊料溫度≥155 ℃、再生劑溫度>145 ℃時(shí)，再生料的馬歇爾性能指標(biāo)能滿足規(guī)范要求。新料溫度在正常供料溫度值范圍內(nèi)變化對馬歇爾指標(biāo)影響不大，但在進(jìn)拌和鍋前仍應(yīng)控制在145 ℃以上，以保證馬歇爾指標(biāo)符合規(guī)范要求。現(xiàn)場采集環(huán)境溫度與對應(yīng)的路面加熱溫度、攤鋪溫度，結(jié)合成型路面空隙率得出現(xiàn)場施工溫度控制建議：進(jìn)行復(fù)拌施工時(shí)，要盡量選擇氣溫>20 ℃的天氣，加鋪工藝施工環(huán)境溫度也應(yīng)盡可能>15 ℃；現(xiàn)場就地?zé)嵩偕鷷r(shí)，應(yīng)保證舊路面溫度維持在200 ℃～220 ℃，氣溫較低時(shí)(<15 ℃)可適當(dāng)提高5 ℃～10 ℃。

3) 復(fù)拌時(shí)間的確定及控制。室內(nèi)小型攪拌鍋與就地?zé)嵩偕鷱?fù)拌主機(jī)攪拌鍋的拌和方式及原理不同，室內(nèi)攪拌鍋是“靜態(tài)”的，現(xiàn)場再生料攪拌鍋則是“動態(tài)”隨主機(jī)行走而移動工作的臥式攪拌鍋，鍋內(nèi)攪拌軸的旋轉(zhuǎn)速度和主機(jī)的行進(jìn)速度保持一定比例，就地?zé)嵩偕F(xiàn)場復(fù)拌時(shí)間實(shí)際是由再生機(jī)組的行進(jìn)速度確定。

通過室內(nèi)模擬拌和時(shí)間試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)再生主機(jī)的工作速度與再生料的拌和時(shí)間有良好的相關(guān)性，室內(nèi)模擬對應(yīng)主機(jī)工作速度下的拌和時(shí)間，測得的再生料馬歇爾指標(biāo)、動穩(wěn)定度值表明，主機(jī)運(yùn)行速度控制在1.5～3m/min，能獲得馬歇爾指標(biāo)、車轍動穩(wěn)定度符合規(guī)范要求的再生料，對應(yīng)的復(fù)拌時(shí)間為20～25 s。

3.2 碾壓工藝

舊橡膠瀝青雙復(fù)合改性路面采用粗骨架連續(xù)級配結(jié)構(gòu)，具有多油、多粉的特點(diǎn)，舊混合料的瀝青用量為5.3%(不含廢橡膠粉和Domix)，其礦料級配表1所示。

從表1可以看出，0.075 mm顆粒含量為8.3%，不含廢橡膠粉的瀝青用量為5.3%，加20%的廢橡膠粉，其橡膠瀝青膠結(jié)料的用量為6.3%，同時(shí)添加的降黏劑、再生劑也屬于瀝青膠結(jié)料類產(chǎn)品，導(dǎo)致與再生混合料的油石比偏高。因此,為保證再生瀝青路面的壓實(shí)度以及表面足夠的構(gòu)造深度與抗滑性能，且不泛油，需對碾壓工藝應(yīng)進(jìn)行改進(jìn)。傳統(tǒng)的碾壓方法為：13 t雙鋼輪壓路機(jī)2～3遍+30 t膠輪壓路機(jī)3～5遍+13 t雙鋼輪壓路機(jī)1～2遍。鑒于舊橡膠瀝青雙復(fù)合改性路面具有多油、多粉的特點(diǎn)，研究后確新的碾壓工藝如下。

1) 橡膠瀝青再生路面施工必須配備足夠數(shù)量的壓路機(jī)?；旌狭蠑備伜蟊仨氃诒M可能高的溫度狀態(tài)下緊跟著開始碾壓，不得等候；雙鋼輪不得在低溫狀態(tài)下反復(fù)碾壓，防止磨掉石料棱角，壓碎石料，破壞集料嵌擠。壓路機(jī)應(yīng)按照“1+1+1+1”組合方式碾壓，即1臺13 t雙鋼輪初壓+1臺13t雙鋼輪+1臺30 t膠輪復(fù)壓+1臺雙鋼輪終壓消除輪跡。

2) 碾壓應(yīng)遵循“緊跟、慢壓、勻速、少水、高頻、低幅”的原則，即壓路機(jī)必須緊跟在攤鋪機(jī)后面向前推進(jìn)，碾壓段長度大體相同，每次碾壓到攤鋪機(jī)跟前后折返碾壓，碾壓速度要慢，并應(yīng)采取高頻率、低振幅的方式。壓路機(jī)的碾壓速度不得超過5 km/h。

3) 初壓宜采用剛性碾靜壓，每次必須碾壓至攤鋪機(jī)跟前，初壓區(qū)的長度需通過計(jì)算確定以便與攤鋪機(jī)的速度匹配，一般不宜大于20～30 m，初壓遍數(shù)一般為1～2遍。

4)復(fù)壓采用雙鋼輪振動壓路機(jī)組合碾壓。1臺雙鋼輪振動壓路機(jī)緊接在初壓后復(fù)壓2～5遍。待表面溫度下降到90 ℃左右用膠輪壓路機(jī)進(jìn)行補(bǔ)壓，一般補(bǔ)充碾壓1～2遍，對透水嚴(yán)重部位應(yīng)增強(qiáng)補(bǔ)壓，并增加補(bǔ)壓遍數(shù)。實(shí)際施工時(shí)，應(yīng)有專人實(shí)時(shí)指揮膠輪壓路機(jī)碾壓，同時(shí)應(yīng)安排專人負(fù)責(zé)刷涂輪胎隔離劑，防止黏輪。

5)終壓采用雙鋼輪壓路機(jī)緊接在補(bǔ)壓后進(jìn)行，以消除輪跡。終壓通常為1遍，若復(fù)壓后已無明顯輪跡或終壓看不出明顯效果時(shí)可不再終壓。

4 試驗(yàn)路整體評價(jià)

1) 溫度控制方面：各設(shè)備位置溫度均符合要求。施工前，橡膠瀝青+Domix路面溫度為48 ℃，施工中各加熱車輛統(tǒng)一按照設(shè)定的施工速度 2m/min勻速行進(jìn)，HM16加熱機(jī)組間保持間距2 m，經(jīng)檢測第1臺HM16加熱機(jī)后的路面溫度控制為170℃，第2臺HM16加熱機(jī)后的路面溫度為220 ℃，第3臺HM16加熱機(jī)后的路面溫度為260 ℃。為使舊路面加熱均勻，距HM16加熱機(jī)組后1 m跟隨1臺SY4500加熱機(jī)，對路面進(jìn)行進(jìn)一步的加熱，使路面內(nèi)4 cm處的溫度不低于90℃。經(jīng)檢測SY4500加熱機(jī)后的路面控制溫度為260℃。

距SY4500加熱機(jī)后2 m跟隨1臺SY4500銑刨機(jī)進(jìn)行銑刨翻松，同時(shí)添加溫拌再生劑，此時(shí)檢測路面溫度為170 ℃，SY4500銑刨機(jī)后2m跟隨1臺HM18再生機(jī)，大幅度提高了瀝青混合料的熱能,使其具有良好的滲透性，可對料帶進(jìn)一步加熱的同時(shí)，避免混合料燒焦，此時(shí)檢測路面控制溫度為160 ℃。

2)試驗(yàn)檢測方面：鋪筑完成的再生路面表面平整、均勻、密實(shí)，無離析、無大油斑，各項(xiàng)路用指標(biāo)基本達(dá)到規(guī)范要求；施工12個(gè)月后，再次對路面進(jìn)行檢測，熱再生后路面整體厚度、平整度、抗滑性能、構(gòu)造深度、滲水系數(shù)等達(dá)到規(guī)范要求。

5 結(jié)語

1) 通過對傳統(tǒng)再生設(shè)備及工藝進(jìn)行優(yōu)化，使設(shè)備組合更科學(xué)，工藝流程也得到了有效控制，解決了雙復(fù)合改性瀝青路面因“高黏、高彈、富油、多粉”等特性在就地?zé)嵩偕佒写嬖诘碾y分散、拌和不均勻、表面易出現(xiàn)油斑、再生施工溫度低、施工老化等技術(shù)難題。初步論證了“橡膠瀝青+Domix”雙復(fù)合改性路面進(jìn)行就地?zé)嵩偕┕さ目赡苄浴?/p>

2) 就地?zé)嵩偕鳛轭A(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，養(yǎng)護(hù)周期一般為2～3 a，下一步將繼續(xù)對試驗(yàn)路段進(jìn)行全方位的跟蹤觀測，為延長道路使用壽命、實(shí)現(xiàn)綠色循環(huán)低碳高速公路奠定良好的基礎(chǔ)。