高速公路瀝青路面銑刨料再生利用研究

摘要 文章通過室內(nèi)試驗研究分析了不同RAP摻量的廠拌熱再生瀝青混合料的各項性能，探討了熱再生瀝青混合料的施工工藝，并且分析了不同RAP摻量的熱再生混合料的經(jīng)濟(jì)效益情況。結(jié)果表明，熱再生混合料的高溫性能高于普通瀝青混合料，但其水穩(wěn)定性及低溫性能均低于普通瀝青混合料，當(dāng)上面層RAP摻量為30%、中面層RAP摻量為40%時，再生混合料的經(jīng)濟(jì)效益及各項路用性能均較好。廠拌熱再生技術(shù)可以較好地利用廢舊銑刨料，可有效降低養(yǎng)護(hù)成本，在高速公路路面養(yǎng)護(hù)工程中具備良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞 瀝青路面；瀝青混合料；廢料再生；廠拌熱再生

中圖分類號 U416.217 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）24-0140-04

0 引言

我國高等級公路基本上為瀝青路面結(jié)構(gòu)，特別是高速公路，90%以上為瀝青路面。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長，交通運(yùn)輸行業(yè)迎來飛速增長，超重貨車在運(yùn)輸中所占的比例逐年增加，高速公路每服役一段時間都會出現(xiàn)路面坑槽、開裂、車轍和推擠等多種病害，每年都有大量高速公路的瀝青路面需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修、銑刨重鋪，并且養(yǎng)護(hù)維修的頻率也在不斷增加，由此產(chǎn)生巨量的瀝青路面銑刨廢料[1]。傳統(tǒng)的瀝青路面銑刨料堆棄方式存在浪費(fèi)資源、污染環(huán)境等問題，廢舊瀝青混合料再生技術(shù)是處理銑刨廢料的最佳方式，在節(jié)省瀝青與石料資源的同時，還可以處治堆棄的銑刨廢料資料，實現(xiàn)資源的再生利用，可以大幅度降低瀝青路面的工程造價，節(jié)約路面養(yǎng)護(hù)成本，有助于高速公路運(yùn)營、養(yǎng)護(hù)的可持續(xù)發(fā)展。

該文分析廠拌熱再生混合料的各項路用性能，并探討舊再生路面的施工工藝、施工質(zhì)量控制指標(biāo)，以及再生技術(shù)所帶來的經(jīng)濟(jì)效益，為高速公路廠拌熱再生技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用提供支撐，以提高資源利用效率，降低高速公路養(yǎng)護(hù)維修及改擴(kuò)建工程的成本及項目碳排放水平，有助于打造以“綠色低碳、資源節(jié)約、生態(tài)環(huán)?！睘橹饕卣鞯母咚俟肪G色工程。

1 廢舊瀝青混合料廠拌熱再生

廠拌熱再生是指在回收的瀝青混合料（Reclaimed Asphalt Pavement，RAP）舊料中加入再生劑、新瀝青、新骨料等，重新進(jìn)行級配設(shè)計，使RAP料重新加入瀝青混合料中，鋪筑形成結(jié)構(gòu)層的工藝。廠拌熱再生的最大的特點是可以較好地保障再生混合料的質(zhì)量[2]，通過對回收的銑刨料中瀝青及級配等參數(shù)進(jìn)行檢測，結(jié)合合理的配合比設(shè)計，從而使再生混合料的質(zhì)量滿足相關(guān)規(guī)范要求。廠拌熱再生的主要工藝流程如下：

（1）廢舊瀝青混合料銑刨與預(yù)處理

路面銑刨時應(yīng)對原路面進(jìn)行分層銑刨，且RAP在使用前需要進(jìn)行破碎、篩分處理，并將其至少篩分成兩檔進(jìn)行使用。

（2）再生瀝青混合料拌和

在常規(guī)廠拌熱再生拌和時，將新加入的集料與新瀝青和礦粉進(jìn)行濕拌，然后與加熱至適當(dāng)溫度的RAP進(jìn)行拌和。在可能的情況下，應(yīng)使再生劑先與熱熔的RAP進(jìn)行作用[3]，使老化瀝青的性能得到恢復(fù)。

（3）瀝青混合料運(yùn)輸與攤鋪

應(yīng)結(jié)合施工現(xiàn)場運(yùn)距、廠站設(shè)備拌和效率等因素配置運(yùn)輸車輛，保障運(yùn)料車可以形成不間斷的供料。在運(yùn)輸過程中，再生瀝青混合料必須加蓋苫布（棉被），防止溫度降低過快或結(jié)殼、防雨、防污染，確保瀝青混合料的溫度符合施工技術(shù)要求。

（4）瀝青路面壓實

熱再生瀝青混合料的壓實溫度宜比普通瀝青混合料的溫度高約5℃～10℃，壓路機(jī)應(yīng)以均勻緩慢的速度緊隨瀝青攤鋪機(jī)工作，確保在高溫狀態(tài)下進(jìn)行碾壓，施工時碾壓溫度、碾壓速度等參數(shù)應(yīng)依據(jù)試驗段進(jìn)行確定。

（5）開放交通及其他

在完成再生瀝青道路的施工后，當(dāng)其溫度降至50℃以下方能允許車輛進(jìn)入，同時對鋪設(shè)的再生瀝青路面進(jìn)行交通控制，不得造成污染。

2 熱再生混合料性能研究

根據(jù)回收廢舊瀝青銑刨料中舊瀝青的老化程度，確定所添加再生劑摻量為4%。同時，根據(jù)瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范，按照馬歇爾配合比設(shè)計方法，進(jìn)行廠拌熱再生上面層AC-13、中面層AC-20瀝青混合料的配合比設(shè)計工作，上面層選取20%、30%、40%RAP摻量進(jìn)行配合比設(shè)計，中面層選取30%、40%、50%RAP摻量進(jìn)行配合比設(shè)計，通過比較上、中面層不同RAP摻量的再生混合料性能指標(biāo)，同時結(jié)合經(jīng)濟(jì)性等因素考慮，確定上、中面層RAP的最佳摻量。

根據(jù)項目所提供的集料、礦粉、瀝青等原材料，按照上述試驗分別進(jìn)行不同RAP摻量下的廠拌熱再生上面層AC-13、中面層AC-20瀝青混合料試驗，分別在最佳油石比下成形混合料試件，開展瀝青混合料的性能試驗。

2.1 高溫性能

一般情況下，高速公路所面臨的服役條件非常嚴(yán)峻，瀝青路面長期承受車輛荷載碾壓和惡劣氣候等因素的影響，由于瀝青材料對于溫度比較敏感，致使瀝青混合料抗變形能力受高溫影響較大，從而導(dǎo)致高溫情況下瀝青路面的穩(wěn)定性和服役狀態(tài)將會變?nèi)鮗4-6]，因此規(guī)范要求瀝青混合料高溫穩(wěn)定性采用60℃的車轍動穩(wěn)定度進(jìn)行評價，并按照現(xiàn)行規(guī)范要求進(jìn)行檢測。不同RAP摻量的再生瀝青混合料車轍試驗結(jié)果見表1所示：

由表1的試驗結(jié)果可以看出，不同層位不同RAP摻量的熱再生混合料的動穩(wěn)定指標(biāo)度均滿足規(guī)范要求，且高于普通新拌瀝青混合料，這是由于RAP中老化瀝青的存在，使再生混合料的高溫穩(wěn)定性得到了一定提升。

2.2 水穩(wěn)定性

瀝青路面長期處于雨水浸泡的不良條件時，可能會出現(xiàn)掉粒、松散等不良情況，病害進(jìn)一步擴(kuò)大后會發(fā)展成網(wǎng)裂、坑槽等現(xiàn)象。瀝青混合料出現(xiàn)這類病害的原因是水的浸蝕降低了瀝青的黏附性，瀝青容易從集料表面脫離，使得集料之間失去黏結(jié)作用而出現(xiàn)松散，最后導(dǎo)致瀝青路面的網(wǎng)裂、坑槽等水損害現(xiàn)象[7-8]。目前，現(xiàn)行瀝青路面施工規(guī)范中評價瀝青混合料水穩(wěn)定性的方法，主要有殘留馬歇爾試驗、凍融劈裂強(qiáng)度比試驗。該文進(jìn)行了水穩(wěn)定性等相關(guān)試驗，對不同RAP摻量再生混合料的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度比、凍融劈裂殘留強(qiáng)度比等進(jìn)行了檢測，結(jié)果見表2～3所示。

根據(jù)上述試驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，上、中面層再生混合料隨著RAP摻量增加，浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度比和凍融劈裂殘留強(qiáng)度比均會明顯下降，當(dāng)上面層再生混合料RAP摻量達(dá)到40%時、中面層RAP摻量達(dá)到50%時，再生混合料的水穩(wěn)定性指標(biāo)不滿足相關(guān)規(guī)范的要求[9-10]，其主要原因是RAP中部分老化瀝青未能與再生劑或者新瀝青完全混合均勻，導(dǎo)致礦料與瀝青的黏附性不足，造成再生混合料的抗水損害能力有所下降。

2.3 低溫性能

再生混合料水穩(wěn)定性采用-10℃的小梁彎曲試驗評價再生混合料低溫抗裂性能，并與新拌混合料進(jìn)行對比。不同層位不同RAP摻量的再生混合料的-10℃低溫小梁彎曲應(yīng)變的測試結(jié)果見表4所示：

由表4試驗結(jié)果可以看出，上面層、中面層隨著RAP摻量增加，低溫小梁彎曲應(yīng)變均呈現(xiàn)下降趨勢，加入RAP后低溫小梁彎曲應(yīng)變小于未加RAP的瀝青混合料。在上面層RAP摻量達(dá)到40%時，低溫抗裂性能不能滿足技術(shù)要求。中面層RAP摻量在40%時仍能滿足規(guī)范要求，但當(dāng)RAP摻量達(dá)到50%時，-10℃低溫小梁彎曲應(yīng)變低于2 500 με，其主要原因是廢舊瀝青中部分老化瀝青的脆性依舊較大，降低了再生混合料的低溫柔韌性。

3 再生混合料經(jīng)濟(jì)性分析

通過對不同層位不同RAP摻量的再生混合料進(jìn)行研究，分別獲取了不同層位不同再生劑摻量的再生混合料級配和新瀝青用量。為了了解不同RAP摻量的再生混合料成本，根據(jù)配合比設(shè)計和當(dāng)前市場材料單價對不同類型的再生混合料進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。不同RAP摻量的再生混合料各組成材料配比見表5所示：

通過表5計算可以看出，上、中面層隨著RAP摻量的增加，混合料成本隨之降低，與上面層瀝青混合料改性AC-13相比，當(dāng)RAP摻量分別達(dá)到20%、30%、40%時，常規(guī)廠拌熱再生混合料的材料成本也隨之降至24.5%、33.2%、39.2%；與中面層瀝青混合料改性AC-20相比，當(dāng)RAP摻量分別達(dá)到30%、40%、50%時，常規(guī)廠拌熱再生混合料的材料成本也隨之降至31%、42.4%、49.6%。此外，RAP回收成本相對較低，僅10元/噸，但隨著RAP摻量的增加，新瀝青摻量隨之降低，致使材料成本進(jìn)一步降低。

上面層RAP摻量為30%時，相對于AC-13混合料，每方再生混合料節(jié)省成本405元；中面層RAP摻量為40%時，相對于AC-20混合料，每方再生混合料節(jié)省成本468元。因此，可以計算出在雙向四車道的高速公路上，鋪設(shè)1 km的廠拌熱再生混合料上、中面層，可產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益約為66.4萬元。

4 結(jié)論

該文分析了廠拌熱再生技術(shù)的主要工藝及流程，并對不同RAP摻量的熱再生瀝青混合料的路用性能進(jìn)行了研究，將再生混合料與普通新拌AC-13、AC-20瀝青混合料的綜合路用性能進(jìn)行了對比，最后分析了不同RAP摻量的再生混合料的經(jīng)濟(jì)性，得到主要結(jié)論如下：

（1）不同RAP摻量的廠拌熱再生混合料的動穩(wěn)定度均滿足規(guī)范要求，且高于普通新拌瀝青混合料。同時，隨著RAP摻量的增加，再生混合料的水穩(wěn)定性降低，當(dāng)上面層再生混合料RAP摻量達(dá)到40%、中面層RAP摻量達(dá)到50%時，水穩(wěn)定性不滿足相關(guān)規(guī)范要求。

（2）隨著RAP摻量的增加，再生混合料的低溫性能呈現(xiàn)下降趨勢，且再生混合料的低溫性能均低于普通新拌瀝青混合料。

（3）結(jié)合再生混合料配合比及當(dāng)前市場材料單價進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析可以發(fā)現(xiàn)，隨著RAP摻量的增加，再生混合料成本隨之降低，當(dāng)上面層RAP摻量為30%、中面層RAP摻量為40%時，再生混合料的經(jīng)濟(jì)效益及各項路用性能均較好。

（4）瀝青混合料再生技術(shù)是解決銑刨廢料的最佳手段，不僅可以節(jié)省大量的瀝青與石料，還有利于處治銑刨廢料，達(dá)到循環(huán)利用固廢資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目的，且在一定程度上可以降低養(yǎng)護(hù)工程造價，節(jié)約養(yǎng)護(hù)成本，在高速公路路面養(yǎng)護(hù)工程中具備良好的應(yīng)用前景。

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收稿日期：2024-08-03

作者簡介：鄭松松（1991—），男，碩士研究生，工程師，研究方向：道路工程。