摻瀝青混合料回收料再生混凝土技術的施工實踐研究

王建文，李 巖，梁建斌

（山西大成高速公路有限公司，山西忻州 034209）

0 引言

根據(jù)交通運輸部歷年交通運輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報顯示，我國公路養(yǎng)護里程逐年增加，占總里程的比重也逐年增加。據(jù)統(tǒng)計，我國95%的高速路面都是瀝青路面，在瀝青路面全壽命周期內必須要進行多次的預防性養(yǎng)護、小修保養(yǎng)、大中修養(yǎng)護，在此過程中必然會產(chǎn)生大量的瀝青混合料回收料（RAP），RAP 的堆積處理不僅會占用大量土地，還會造成環(huán)境污染[1-2]。

RAP 常規(guī)再生利用是通過就地冷再生、就地熱再生、廠拌熱再生等方式實現(xiàn)[3-5]，而對于RAP 堆存量較小且不適宜常規(guī)再生利用時，將RAP 作為天然碎石的替代品用于生產(chǎn)水泥混凝土，就近用于中分帶封閉層、邊溝蓋板、路緣石等附屬設施，可以節(jié)約大量碎石材料，有效減少對環(huán)境的污染，對建設綠色交通具有重要意義。

本文依托繁大高速公路中分帶硬化封閉工程，開展RAP 集料評價與選用、再生混凝土配合比設計、施工工藝及質量控制等研究，總結了RAP 再生混凝土的施工控制要點，為RAP 再生混凝土的科學合理應用提供參考。

1 RAP集料選用

1.1 RAP篩分及選用

繁大高速公路是山西省高速公路網(wǎng)布局規(guī)劃的“三縱十一橫十一環(huán)”中第三橫的重要組成部分，于2014 年11 月正式建成通車運營，近年來繁大高速公路進行了多次路面養(yǎng)護維修，累計產(chǎn)生瀝青混合料回收料約3 000 m3。從回收料料堆場進行了RAP 取樣（見圖1），并對RAP 回收料進行篩分試驗，結果見表1 所示。

表1 RAP的篩分結果

圖1 RAP回收料

從表1 可以看出大于19 mm 和小于4.75 mm 的顆粒約占整個回收料的30%。通過對RAP 回收料的觀察發(fā)現(xiàn)，回收料外表顏色偏黑，表面相比天然碎石較為粗糙；另外，部分大顆粒回收料（＞19 mm）為瀝青膠結多個小顆?；厥樟闲纬傻膱F體顆粒，承受荷載時易破碎。

考慮到中分帶封閉層設計厚度為10 cm，且大顆粒RAP 回收料受壓容易破碎，因此選取5～20 mm 粒級的回收料作為試驗用粗集料。

1.2 性能評價

對篩分出的5～20 mm RAP 粗集料進行表觀密度、吸水率以及壓碎值的測試，結果見表2 所示。

表2 粗集料性能測試結果

從表2 可以看出，RAP 粗集料的壓碎值高于天然集料，這主要是由于瀝青路面在銑刨過程中因損傷累積在集料內部產(chǎn)生大量微裂紋造成的。RAP 粗集料的壓碎值小于20%，仍符合Ⅱ類碎石要求，可用于強度等級為C30～C60 混凝土及抗凍混凝土中。

2 RAP再生混凝土配合比設計及性能評價

2.1 配合比設計

2.1.1 原材料

水泥（C）采用P·O 42.5 普通硅酸鹽水泥，28 d 強度46.8 MPa；細集料（S）采用普通河砂，細度模數(shù)2.97，堆積密度1 520 kg/m3，表觀密度2 650 kg/m3；粗集料分別采用RAP 與NA 作為對比；玻璃纖維（GF）采用山東浩森新材料有限公司生產(chǎn)的耐堿玻璃纖維；拌和水（W）采用潔凈的自來水；減水劑（SP）采用聚羧酸高效粉末減水劑，減水率為26%。

2.1.2 設計思路

采用變量控制法進行配合比設計，擬配制C20～C40 混凝土，計算出的水灰比（W/C）范圍為0.41～0.71，以0.5 的水灰比為基準，選取0.4、0.6、0.7 三種水灰比為對照；RAP 摻量以30%為基準，選取0、20%、40%、50%的摻量為對照；玻璃纖維（GF）摻入量太大會造成結團、分布不均勻，摻入量太小無法起到作用[6]，摻量采用廠家推薦的0.2%；減水劑根據(jù)現(xiàn)場需求添加。RAP 再生混凝土的配合比設計方案見表3 所示。

表3 RAP再生混凝土配合比設計方案

2.2 性能評價及配合比確定

根據(jù)表3 進行RAP 再生混凝土試件成型，經(jīng)標養(yǎng)后測試其抗壓強度，結果見表4 所示。

表4 RAP再生混凝土抗壓強度測試結果 單位：MPa

從表4 可以看出，RAP 再生混凝土的抗壓強度隨著RAP 摻量的提高而降低，隨著水灰比的增大而降低。9 組RAP 再生混凝土的28 d 抗壓強度均在20 MPa以上，可滿足低標號混凝土強度要求。在實際工程應用中，根據(jù)澆筑部位的設計強度等級和其他要求可擇優(yōu)選用合適的RAP 摻量和水灰比。

3 工程應用

3.1 工程概況

繁大高速中央帶為泥土地面，隨著春夏季的到來，中分帶防眩網(wǎng)下的雜草迅速增長，嚴重影響路容路貌和行車安全，每年需要投入大量人力、物力、財力修剪中分帶雜草，且施工作業(yè)會帶來較大的交通秩序成本和安全風險。鑒于此，擬在繁大高速中分帶實施清除雜草、澆筑混凝土封閉層等試驗性措施，以期減少中分帶綠化維護、清理工作，降低因綠化養(yǎng)護工作帶來的交通安全問題。

中央分隔帶RAP 再生混凝土封閉層試驗段位于繁大高速K59+000—K59+620處，試驗段長620 m，寬1.5 m，厚0.1 m。鑒于中分帶封閉層對混凝土的強度要求較低，為了對比不同RAP 再生混凝土的路用效果，分別于K59+000—310 段采用W/C0.6、RAP 摻量30%的配合比，K59+310—620 段采用RAP50、W/C0.5 的配合比。

3.2 施工工藝及效果

RAP 再生混凝土技術在中分帶封閉層應用的施工工藝見圖2 所示。

現(xiàn)場成型RAP 再生混凝土試件測試其標準養(yǎng)護和現(xiàn)場同條件養(yǎng)護下混凝土的3 d、28 d 抗壓強度和抗折強度，測試結果見表5 所示。

表5 RAP再生混凝土強度測試結果 單位：MPa

從表5 可以看出，在相同養(yǎng)護條件下，室內成型的試件強度高于室外成型；在相同成型條件下，標準養(yǎng)護的試件強度要高于自然養(yǎng)護。盡管室外成型自然養(yǎng)護的試件強度最低，但兩個配合比的試件28 d 強度均高于20 MPa，滿足設計要求。

同時，通過后期跟蹤觀測，試驗段表面平整無裂紋、無翹曲，大大提升了中分帶清理效率，避免了因中分帶綠化維護、清理工作對交通秩序和安全帶來的影響，如圖3 所示。

圖3 施工后效果圖

3.3 施工控制要點

RAP 再生纖維混凝土與普通混凝土拌和流程、施工工藝、施工機械、勞動力使用等方面基本一樣。在施工中主要的控制要點如下：

a）嚴格控制RAP 集料泥土雜質含量。在瀝青路面銑刨過程中，由于行車荷載、銑刨切削作業(yè)會不可避免地混入泥土、塵屑等雜質，降低RAP 集料的潔凈度，進而影響混凝土的強度和耐久性。因此，在進行RAP 再生混凝土施工時，應采用邊過篩邊水槍沖洗的方式進行集料篩選，在抑制篩分選料過程中塵土飛揚的同時能有效剔除RAP 集料中混入泥土、塵屑等雜質。

b）根據(jù)RAP 再生纖維混凝土使用部位確定合適的粒度范圍。瀝青路面經(jīng)銑刨后產(chǎn)生的RAP 集料的粒度范圍較水泥混凝土用粗集料寬，要根據(jù)RAP 集料的篩分結果，按照水泥混凝土粗細集料的分界粒徑，剔除小于4.75 mm 以下部分；同時，粗集料的最大粒徑應按照不超過應用結構最小尺寸的1/4 的準則確定最大粒徑，進而明確使用部位的合適粒度范圍。

c）基于配合比設計及性能評價確定合適的RAP 集料的摻量。RAP 再生混凝土的抗壓強度隨著RAP 摻量的增大而降低，這主要是由于RAP 集料在碾壓破碎、銑刨切削等過程中發(fā)生損傷破壞，內部因損傷累積產(chǎn)生大量的微裂縫，使其承荷能力遠低于天然碎石；同時，RAP 集料盡管經(jīng)過了二次破碎加工，但還是不可避免地會混有部分瀝青砂團塊形成的集料團，當RAP 再生混凝土承受荷載產(chǎn)生裂紋時，隨著荷載增加裂紋會隨著RAP 集料團中的瀝青層迅速擴展直至貫通結構[7]。因此，在工程實踐時，一定要根據(jù)結構物部位對混凝土強度等級要求進行混凝土配合比設計，確定符合強度要求、經(jīng)濟效益最優(yōu)的RAP 集料摻量。

d）拌和過程中注重投料次序和方式。在RAP 再生混凝土中摻入了耐堿玻璃纖維，其目的主要是有效提高混凝土結構的抗折強度、防止結構開裂。但在拌和過程中纖維易發(fā)生結團現(xiàn)象，因此，在再生混凝土拌和過程中應注重把控投料次序及方式，以保證纖維均勻分散于混凝土中。

e）嚴格把控各施工工序的銜接性。在中分帶施工時，由于防眩網(wǎng)立柱的影響造成無法采用大型設備施工。當采用人工方式施工時，應保證再生混凝土卸料、攤鋪、抹面要配合緊密，當抹面進度無法跟上卸料攤鋪進度時，應減緩卸料攤鋪速度，確保表面混凝土能夠及時抹面。

4 結語

本文對摻瀝青混合料回收料再生混凝土的集料篩選、配合比設計及工程應用開展了相關研究與分析，結果表明瀝青路面回收料可替代部分碎石生產(chǎn)再生混凝土，且強度可滿足C20～C40 混凝土要求，可用于中分帶封閉層等非承重水泥混凝土附屬設施結構，為回收料的再生利用拓寬了新途徑。