高摻量富油RAP廠拌熱再生技術(shù)應(yīng)用研究

葉治軍，陶毅榮，梁葉云，鄭松松，董冠男，張啟鑫

(1.葛洲壩湖北襄荊高速公路有限公司，湖北 荊門 448000；2.葛洲壩集團(tuán)交通投資有限公司，湖北 武漢 430000；3.中南安全環(huán)境技術(shù)研究院股份有限公司，湖北 武漢 430000)

0 引言

隨著交通運(yùn)輸部印發(fā)的《“十四五”公路養(yǎng)護(hù)管理發(fā)展綱要》中提出要大力推進(jìn)廢舊路面材料的再生利用，瀝青路面廠拌熱再生技術(shù)也因此受到更多的關(guān)注。廠拌熱再生技術(shù)是將廢舊瀝青混合料(RAP)破碎、篩分等預(yù)處理后，添加一定比例的新集料、新瀝青(再生劑)進(jìn)行加熱拌和，使RAP能夠再次鋪筑利用的工藝，再生后路用性能可以與熱拌瀝青混合料相媲美[1-2]。廠拌熱再生技術(shù)是響應(yīng)國(guó)家發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和節(jié)能減排要求的綠色公路技術(shù)，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

但受RAP變異性影響，廠拌熱再生瀝青混合料的級(jí)配往往難以保證，再生混合料的質(zhì)量變異性大，難以應(yīng)用到高等級(jí)公路上。而研究發(fā)現(xiàn)[3]，對(duì)RAP進(jìn)行破碎分檔預(yù)處理可大幅降低其變異性，級(jí)配控制更有保證，目前一般將RAP分成兩檔(0 mm～5 mm RAP，≥5 mm RAP)或者三檔(0 mm～5 mm RAP，5 mm～10 mm RAP,≥10 mm RAP)。通過抽提試驗(yàn)可知，RAP中瀝青主要分布于0 mm～5 mm粒徑中，可稱為富油RAP，具有極高的再生價(jià)值，若能全部將其再生利用，可節(jié)約大量的新瀝青、降低公路的養(yǎng)護(hù)成本。但通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際工程應(yīng)用中對(duì)富油部分RAP利用率較低，較多的0 mm～5 mm RAP被廢棄[4-7]。本文依托湖北襄荊高速路面專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目，將RAP分為(0 mm～8 mm，≥8 mm)兩檔，并只采用富油RAP(0 mm～8 mm)對(duì)高摻量RAP再生混合料的配合比設(shè)計(jì)、施工工藝及路用性能進(jìn)行研究，以期為高摻量富油RAP廠拌熱再生的應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 工程概況

襄陽至荊門高速公路全長(zhǎng)185.415 km，于2004年6月26日正式通車。其北起襄陽市賈家州，經(jīng)襄陽、荊門、荊州三市八縣(市、區(qū))，南止于荊州市龍會(huì)橋，是國(guó)家規(guī)劃建設(shè)的二連浩特至廣州高速主干線的重要組成部分。隨著十?dāng)?shù)年的服役以及不斷增長(zhǎng)的交通量，襄荊高速瀝青路面隨之出現(xiàn)大量病害，本項(xiàng)目是在襄荊高速公路2022年路面養(yǎng)護(hù)專項(xiàng)工程K1686+500～K1687+000段采用高摻量富油RAP再生瀝青混合料進(jìn)行試驗(yàn)段鋪筑，對(duì)高摻量富油RAP廠拌熱再生技術(shù)進(jìn)行研究。

本試驗(yàn)段路面處治方案為分層銑刨原路面4 cm sup-13上面層+6 cm AC-20中面層，填補(bǔ)6 cm AC-20再生混合料中面層+4 cm AC-13再生混合料上面層。

2 原材料及配合比設(shè)計(jì)

2.1 原材料

1)RAP。上面層銑刨料中0 mm～8 mm RAP占比大，含油量也更高，檢測(cè)指標(biāo)如表1所示，故試驗(yàn)段采用的0 mm～8 mm RAP均來自上面層銑刨料。

表1 0 mm～8 mm RAP各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)

2)瀝青。經(jīng)調(diào)查舊瀝青為改性瀝青，且再生路面用于高速公路，因此試驗(yàn)段上、中面層采用的新瀝青類型為SBS(I-D)改性瀝青，其技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 改性瀝青各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

3)再生劑。本試驗(yàn)段的再生混合料只摻配0～8 mm RAP，且摻配比例較高，舊瀝青占比大，因此必須要加入再生劑來恢復(fù)舊瀝青性能，以此保證再生混合料的質(zhì)量。根據(jù)舊瀝青再生試驗(yàn)確定再生劑摻量為4%，所用再生劑指標(biāo)如表3所示。

表3 再生劑技術(shù)指標(biāo)

2.2 配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)各檔石料和RAP(0 mm～8 mm)的篩分結(jié)果，選定上、中面層RAP摻量分別為30%,40%，其合成級(jí)配如表4,表5所示。并通過室內(nèi)馬歇爾試驗(yàn)方法確定上、中面層再生混合料最佳瀝青用量為2.5%和1.5%。

3 施工工藝

3.1 RAP預(yù)處理

1)在對(duì)舊路面狀況充分調(diào)查、收集舊路面原始資料以及修補(bǔ)、養(yǎng)護(hù)記錄的基礎(chǔ)上，提前計(jì)算試驗(yàn)段所需RAP數(shù)量，試驗(yàn)段所用RAP采用連續(xù)段落銑刨獲得的銑刨料。

2)RAP上、中面層分層進(jìn)行銑刨，上面層銑刨速度控制在10 m/min～12 m/min，中面層銑刨速度控制在8 m/min～10 m/min。

3)RAP團(tuán)聚粒徑大于26.5 mm時(shí)，采用顎式破碎機(jī)進(jìn)行破碎，并將破碎后的RAP篩分成0 mm～8 mm，8 mm～26 mm兩檔，分檔后的粗細(xì)料分開堆放，用彩條布覆蓋。

表4 上面層再生混合料級(jí)配設(shè)計(jì)

表5 中面層再生混合料級(jí)配設(shè)計(jì)

3.2 拌合工藝

拌合中，新集料加熱至190 ℃，通過熱料倉(cāng)篩分、計(jì)量進(jìn)入間歇式拌缸干拌5 s～10 s，加入加熱至165 ℃～170 ℃的新瀝青，濕拌40 s～45 s；然后與在再生機(jī)中加熱至130 ℃的RAP拌和10 s～15 s；最后噴入再生劑拌和均勻出料。

3.3 攤鋪工藝

1)攤鋪前對(duì)工作面進(jìn)行清掃，并撒布粘層油。

2)攤鋪機(jī)開工前提前0.5 h預(yù)熱熨平板不低于100 ℃。

3)現(xiàn)場(chǎng)攤鋪溫度控制在165 ℃～170 ℃，攤鋪速度控制在1 m/min～4 m/min。

4)攤鋪過程中，由專人檢查鋪筑厚度、平整度及離析狀況，發(fā)現(xiàn)局部離析、拖痕等問題應(yīng)及時(shí)處理。

3.4 壓實(shí)工藝

壓實(shí)過程分為初壓、復(fù)壓與終壓。初壓和終壓采用雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)，復(fù)壓采用膠輪式壓路機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)參數(shù)如表6所示。

表6 壓實(shí)參數(shù)

4 路用性能

4.1 室內(nèi)留樣試驗(yàn)結(jié)果

1)高溫穩(wěn)定性。

由于車轍是瀝青路面高溫穩(wěn)定性好壞的實(shí)際體現(xiàn)，加之車轍試驗(yàn)操作方便，其在一定程度上模擬了車輛輪胎在道路上的行駛情況，因此，室內(nèi)試驗(yàn)采用車轍試驗(yàn)對(duì)上、中面層抗車轍能力進(jìn)行檢驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，兩種再生混合料的DS值均遠(yuǎn)大于規(guī)范要求值2 800次/mm，這說明富油RAP的摻加能顯著提高再生混合料的動(dòng)穩(wěn)定度。這是由于富油RAP中瀝青含量高且老化嚴(yán)重，導(dǎo)致再生混合料的整體模量增大，進(jìn)而表現(xiàn)為再生混合料動(dòng)穩(wěn)定度提高，抗車轍能力增強(qiáng)。

2)水穩(wěn)定性。

采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)分別測(cè)試熱水浸泡及凍融循環(huán)作用條件下水對(duì)再生混合料產(chǎn)生的影響。檢測(cè)結(jié)果如圖2所示。

結(jié)合圖2結(jié)果可知，兩種富油RAP再生混合料的水穩(wěn)定性較好，這說明在再生劑作用下，舊瀝青性能得以恢復(fù)，新舊瀝青融合效果好，再生瀝青與集料的黏附性好，進(jìn)而表現(xiàn)為再生混合料的水穩(wěn)定性好。

3)低溫抗裂性。

低溫小梁彎曲試驗(yàn)方法容易、操作簡(jiǎn)單、可以得到混合料在受到三點(diǎn)彎曲時(shí)的最大應(yīng)力及相應(yīng)變形量，能較好評(píng)價(jià)混合料的低溫抗裂性能，檢測(cè)結(jié)果如圖3所示。

由圖3結(jié)果可知，兩種富油RAP再生混合料的彎拉應(yīng)變均滿足規(guī)范(JTG F40—2004)中改性瀝青不小于2 500 με的要求。

4.2 施工質(zhì)量檢測(cè)

1)馬歇爾穩(wěn)定度。

對(duì)鋪筑完成的試驗(yàn)段路面進(jìn)行鉆芯取樣，對(duì)芯樣按上、中面層進(jìn)行切割，并分別進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度測(cè)試，結(jié)果如表7所示，全部滿足規(guī)范要求。

2)平整度。

按照規(guī)范要求選擇測(cè)試地點(diǎn)，利用3 m直尺測(cè)定最大間隙，從而反映試驗(yàn)路的平整度，檢測(cè)結(jié)果如表7所示。

3)壓實(shí)度。

路面壓實(shí)度是衡量路面施工質(zhì)量以及路面本身質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，壓實(shí)度對(duì)路面路用性能尤其是路面的耐久性起到關(guān)鍵作用。對(duì)試驗(yàn)段上、中面層現(xiàn)場(chǎng)鉆芯取樣得到的芯樣進(jìn)行毛體積密度測(cè)試，并根據(jù)最大理論密度計(jì)算得出路面的壓實(shí)度。結(jié)果如表7所示。

4)滲水系數(shù)。

采用滲水儀法對(duì)試驗(yàn)路段進(jìn)行抗?jié)B性能測(cè)試，以評(píng)價(jià)路面的抗水損害性，試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7 試驗(yàn)路面質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

5 結(jié)論

本文結(jié)合襄荊高速公路路面專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)工程，對(duì)高摻量富油RAP廠拌熱再生技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)介紹，保證再生混合料質(zhì)量的前提下，提高了富油部分RAP的利用率。試驗(yàn)段再生瀝青路面質(zhì)量良好，綜合路用性能優(yōu)異，經(jīng)濟(jì)效益高，具有良好的推廣應(yīng)用前景。