公路瀝青路面常用再生方式應(yīng)用分析

周 榮

（佛山市中策高速公路投資有限公司,廣東 佛山 528000）

0 引言

截至2020年末，全國(guó)公路總里程519.81萬(wàn)km，公路養(yǎng)護(hù)里程514.40萬(wàn)km，占公路總里程99.0%，公路已由大規(guī)模建設(shè)期進(jìn)入到維修養(yǎng)護(hù)期。我國(guó)道路面層采用瀝青混凝土的居多，隨著維修養(yǎng)護(hù)工程的開(kāi)展，數(shù)以萬(wàn)噸計(jì)的廢舊瀝青路面材料（RAP）產(chǎn)生，將RAP資源化應(yīng)用于道路面層中，不僅可以避免廢舊材料占用土地和污染環(huán)境，而且可以減少對(duì)優(yōu)質(zhì)石料、瀝青的需求，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益十分顯著，對(duì)早日實(shí)現(xiàn)道路材料領(lǐng)域的碳達(dá)峰和碳中和也具有重要的意義。

目前瀝青路面再生方式有五種[1]，但全深式再生層位涉及基層甚至底基層及以下的材料，再生后重新用作基層[2]，就地冷再生應(yīng)用層位較低，性能和經(jīng)濟(jì)效益較差[3]，所以該文選取某高速公路采用廠(chǎng)拌熱再生、就地?zé)嵩偕?、廠(chǎng)拌冷再生3種再生方式研究瀝青面層再生，進(jìn)行路用性能評(píng)價(jià)，并從公路工程定額的角度，對(duì)三種再生技術(shù)進(jìn)行成本分析，對(duì)今后公路養(yǎng)護(hù)具有借鑒意義。

1 再生方式適用性分析

廠(chǎng)拌熱再生適用于各等級(jí)公路的瀝青面層或柔性基層。為了保證再生混合料的拌和質(zhì)量和出料溫度，RAP的摻配比例一般控制在30%[2]，目前對(duì)高摻量的研究很多，但用于高層位的工程應(yīng)用較少。相比于其他再生方式，生產(chǎn)的瀝青混合料質(zhì)量較好，但生產(chǎn)時(shí)既要保證不二次老化舊瀝青，又要保證RAP能加熱達(dá)到一定的溫度；同時(shí)為了達(dá)到新舊料拌和均勻的效果，攪拌時(shí)間比一般生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)，從而在一定程度上降低了生產(chǎn)效率。

廠(chǎng)拌冷再生技術(shù)主要將再生混合料用于高等級(jí)公路瀝青路面的下面層、基層及底基層，也可用于三、四級(jí)公路的面層，可修復(fù)面層和基層的路面病害，但氣候要求相對(duì)較高，維修的路面等級(jí)較低。

就地?zé)嵩偕旌狭峡捎米髦忻鎸踊蛏厦鎸?。就地?zé)嵩偕膬?yōu)勢(shì)在于不需要運(yùn)輸費(fèi)，也不需要堆放場(chǎng)地，并且舊料的利用率可以達(dá)到100%，但設(shè)備費(fèi)用較高，對(duì)溫度控制要求也高。

2 再生混合料配合比設(shè)計(jì)

2.1 工程概況

某高速是國(guó)道主干線(xiàn)的一段，既有水泥混凝土路面，又有瀝青混凝土路面，主線(xiàn)全長(zhǎng)218 km，于2002年年底正式通車(chē)運(yùn)營(yíng)，其中K1100+530~K1247+200（包括互通匝道）為瀝青混凝土路面，為雙向四車(chē)道高速公路，路基寬26 m。原路面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為：4.0 cm道路石油瀝青AK-13I+5.5 cm道路石油瀝青AC-20I+5.5 cm道路石油瀝青AC-20I +1.0 cm稀漿封層+17 cm 6%水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石上基層+17 cm 6%水穩(wěn)碎石基層+20 cm 4%水穩(wěn)碎石底基層，所用瀝青皆為重交瀝青AH-70。隨著車(chē)流量與重載車(chē)的比例逐年增加，加上使用年限的增加，瀝青路面路段出現(xiàn)了不同程度的損壞，亟須進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)。

2.2 RAP性能

原瀝青路面歷經(jīng)多次維修養(yǎng)護(hù)，與原路面設(shè)計(jì)材料已經(jīng)有很大的不同，處理舊路面時(shí)進(jìn)行了分層銑刨、分開(kāi)堆放。在RAP材料回收過(guò)程中將原瀝青路面的中、下面層銑刨的RAP與上面層銑刨的RAP分開(kāi)銑刨與堆放，一次性銑刨厚度未超過(guò)12 cm，RAP材料破碎篩分為15~25 mm（1#）、8~15 mm（2#）、0~8 mm（3#）三檔，這三種粒徑對(duì)應(yīng)的上面層的油石比分別為4.7%、3.45%、5.1%，中下面層的油石比分別4.50%、3.75%、4.73%。測(cè)試抽提回收的舊瀝青，可看出經(jīng)多年行車(chē)荷載和環(huán)境因素影響，舊瀝青嚴(yán)重老化，但25 ℃針入度（0.1 mm）均為30以上，滿(mǎn)足不小于20的技術(shù)要求，所以RAP符合再生利用的條件，具有一定的再生價(jià)值。

2.3 配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)規(guī)范要求，按照設(shè)計(jì)流程得到各再生方式的級(jí)配曲線(xiàn)圖1~3，采用馬歇爾試驗(yàn)方法確定最佳油石比，由試驗(yàn)結(jié)果可得廠(chǎng)拌熱再生混合料最佳油石比為4.3%，廠(chǎng)拌冷再生瀝青混合料最佳油石比為4.4%，就地?zé)嵩偕旌狭献罴延褪葹?.4%。

圖1 廠(chǎng)拌熱再生合成級(jí)配曲線(xiàn)圖

圖2 廠(chǎng)拌冷再生合成級(jí)配曲線(xiàn)圖

圖3 就地?zé)嵩偕铣杉?jí)配曲線(xiàn)圖

3 路用性能分析

對(duì)三種再生瀝青混合料進(jìn)行高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性與低溫抗裂性等路用性能試驗(yàn)，三種混合料各項(xiàng)性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4~7。

3.1 高溫穩(wěn)定性能

將三種再生方式的混合料動(dòng)穩(wěn)定度結(jié)果繪于圖4中，橫線(xiàn)代表技術(shù)要求指標(biāo)，可以看出再生混合料高溫性能均滿(mǎn)足要求，且均優(yōu)于熱拌新料。相較于廠(chǎng)拌熱再生、就地?zé)嵩偕?，廠(chǎng)拌冷再生高溫性能更優(yōu)，達(dá)到了10 500次/mm，分析原因，主要是乳化瀝青廠(chǎng)拌冷再生混合料中外摻了1.5%的水泥，提高了混合料的高溫穩(wěn)定性，未摻水泥的兩種混合料，廠(chǎng)拌熱再生的混合料比就地?zé)嵩偕幕旌狭峡管?chē)轍能力更強(qiáng)。

圖4 不同再生方式的混合料動(dòng)穩(wěn)定度

3.2 水穩(wěn)定性能

再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性是影響路面耐久性的重要因素，圖中橫線(xiàn)代表技術(shù)要求指標(biāo)，由圖5可知，三種再生混合料的殘留穩(wěn)定度都大于規(guī)范要求85%，表明再生瀝青混合料的抗水損害能力都滿(mǎn)足規(guī)范要求，但除了廠(chǎng)拌冷再生混合料的浸水殘留穩(wěn)定度高于熱拌新料外，其他再生混合料水穩(wěn)性能均有所下降。但在凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比（圖6）方面，廠(chǎng)拌熱再生的再生混合料凍融劈裂強(qiáng)度比最高，廠(chǎng)拌冷再生的再生瀝青混合料水穩(wěn)定性不滿(mǎn)足要求；就地?zé)嵩偕旌狭蟿倽M(mǎn)足要求，水穩(wěn)定性一般。浸水馬歇爾試驗(yàn)相當(dāng)于對(duì)再生瀝青混合料試件進(jìn)行了“養(yǎng)護(hù)”，凍融劈裂試驗(yàn)更加貼近路面實(shí)際所受到的水損害過(guò)程，所以綜合來(lái)看，廠(chǎng)拌熱再生混合料的水穩(wěn)定性能最優(yōu)，能達(dá)到與新料一樣的性能水平。

圖5 不同再生方式的混合料浸水殘留穩(wěn)定度

圖6 不同再生方式的混合料凍融劈裂強(qiáng)度比

3.3 低溫抗裂性能

通過(guò)小梁彎曲試驗(yàn)評(píng)價(jià)試件的低溫性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)圖7，橫線(xiàn)代表技術(shù)要求指標(biāo)，因?yàn)樵撐膮⒖嫉母男詾r青混合料的標(biāo)準(zhǔn)，所以廠(chǎng)拌冷再生性能遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求，但就地?zé)嵩偕蛷S(chǎng)拌熱再生混合料分別應(yīng)用于上面層和中面層，且高速公路的中上面層一般為改性瀝青混合料，所以這兩種再生方式形成的再生混合料應(yīng)達(dá)到改性瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn)，但從圖7可知，只有廠(chǎng)拌熱再生形成的混合料的低溫彎曲破壞應(yīng)變超過(guò)了技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)，就地?zé)嵩偕幕旌狭衔礉M(mǎn)足要求。

圖7 不同再生方式的混合料低溫彎曲破壞應(yīng)變

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

再生瀝青混合料的路用性能滿(mǎn)足要求的前提下，經(jīng)濟(jì)效益決定了該技術(shù)對(duì)建設(shè)單位和施工單位的吸引力，如果該技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著，則推廣普及起來(lái)相對(duì)較易。為了對(duì)三種再生技術(shù)的經(jīng)濟(jì)成本有一個(gè)相對(duì)客觀(guān)的評(píng)價(jià)，該文采用工程定額的方法，對(duì)三種再生技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了比較，主要包括人工費(fèi)、材料費(fèi)和機(jī)械費(fèi)。根據(jù)工程實(shí)際實(shí)施情況，選取三種再生技術(shù)與對(duì)應(yīng)層位的新料進(jìn)行比較。選取廠(chǎng)拌熱再生混合料與AC-20熱拌混合料與之對(duì)比；就地?zé)嵩偕旌狭蠈⑵渑cAC-13熱拌混合料進(jìn)行對(duì)比；廠(chǎng)拌冷再生將其與AC-20冷拌混合料與之對(duì)比。根據(jù)湖南省交通運(yùn)輸廳交通建設(shè)造價(jià)管理站發(fā)布的《2021年12月、第四季度湖南省交通建設(shè)工程材料參考價(jià)及公路工程材料價(jià)格指數(shù)》，結(jié)合拌和站的調(diào)研結(jié)果，確定了用于計(jì)算經(jīng)濟(jì)效益的各項(xiàng)材料價(jià)格，其中RAP進(jìn)入拌和站價(jià)格約為20元/t，使用的再生劑為15 000元/t。廠(chǎng)拌熱再生改性瀝青混合料時(shí)再生劑摻量為8%、RAP摻量為33%，廠(chǎng)拌冷再生混合料水泥外摻1.5%、RAP為85%，就地?zé)嵩偕旌狭现性偕鷦搅繛?%、改性劑摻量為4%，RAP摻量為80%，就地再生時(shí)RAP不考慮成本，計(jì)算結(jié)果匯總得到表1，可知，就地?zé)嵩偕杀竟?jié)約率最高，可達(dá)66.02%，廠(chǎng)拌熱再生成本節(jié)約率僅為26.36%，分析可知，主要是就地?zé)嵩偕腞AP摻量高達(dá)80%，且舊集料替代的是價(jià)格相對(duì)昂貴的玄武巖。

表1 材料成本對(duì)比匯總

機(jī)械費(fèi)和人工費(fèi)在綜合成本中所占比例很少，該文根據(jù)現(xiàn)有研究成果，結(jié)合該工程實(shí)際，計(jì)算結(jié)果如表2所示，就地?zé)嵩偕C合成本節(jié)約率最高，可達(dá)54.63%，廠(chǎng)拌熱再生成本節(jié)約率僅為19.41%，但不可忽略的是，就地?zé)嵩偕笤O(shè)備較多，實(shí)際機(jī)械費(fèi)用成本差異較大，實(shí)際綜合成本節(jié)約率略低于表2計(jì)算值。

表2 綜合成本對(duì)比匯總

5 結(jié)語(yǔ)

該文基于同一高速公路，分別對(duì)廠(chǎng)拌熱再生、就地?zé)嵩偕?、廠(chǎng)拌冷再生3種不同再生技術(shù)的路用性能、經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了量化對(duì)比分析。選取了高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、低溫抗裂性作為技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)，開(kāi)展了路用性能對(duì)比評(píng)價(jià)，從工程定額的角度，對(duì)三種再生技術(shù)與對(duì)應(yīng)層位的常用混合料的成本進(jìn)行了對(duì)比分析，并得到以下結(jié)論：

（1）相比于制作新拌料來(lái)說(shuō)，三種再生技術(shù)具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，其中就地?zé)嵩偕?jīng)濟(jì)效益最好，成本節(jié)約率達(dá)66.02%。

（2）再生混合料路用性能差異較大，與對(duì)應(yīng)層位的新拌料相比，再生混合料的高溫穩(wěn)定性均優(yōu)于新拌瀝青混合料，低溫性能相反，再生時(shí)，要著重考慮提升低溫性能。

（3）廠(chǎng)拌熱再生方式形成的混合料整體性能最優(yōu)，低溫性能接近新料，能夠應(yīng)用于瀝青路面各面層。

（4）實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，還應(yīng)綜合考慮RAP運(yùn)距、現(xiàn)有設(shè)備配備情況，再生路面使用壽命等因素，選擇組合最優(yōu)的再生方法。