■李思泉

(福建省高速公路達(dá)通檢測(cè)有限公司，福州 350001)

0 引言

福建省2006年之前建成通車(chē)的沈海高速公路、福銀高速公路和廈蓉高速公路等，這些路段至今已使用超過(guò)12年，瀝青路面基層以半剛性路面結(jié)構(gòu)為主，瀝青層厚度為15cm～18cm，面層結(jié)構(gòu)整體偏薄，無(wú)法適應(yīng)交通迅速增長(zhǎng)的需求，已建道路的維修養(yǎng)護(hù)、翻修重建任務(wù)不斷加重，路面維修產(chǎn)生的廢舊材料堆棄問(wèn)題日益顯現(xiàn)，根據(jù)福銀高速公路等路段路面提升改造工程的可行性研究報(bào)告和初步設(shè)計(jì)，一致認(rèn)為廠拌熱再生技術(shù)可以應(yīng)用于福銀高速公路等路段瀝青路面提升改造工程。本文結(jié)合路面提升改造工程回收瀝青路面材料實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)探討廠拌熱再生技術(shù)。

1 回收料性能評(píng)價(jià)

廠拌熱再生混合料回收料主要來(lái)源福銀高速公路等路段老路面層瀝青銑刨料，回收料性能評(píng)價(jià)主要表現(xiàn)在舊瀝青老化、舊瀝青的分布規(guī)律、顆粒組成、集料劣化分析等方面。

1.1 舊瀝青老化

瀝青老化是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程，瀝青老化影響因素很多，影響最大的是大氣、光以及溫度的作用。瀝青長(zhǎng)期暴露在環(huán)境中與空氣中紫外線、氧氣、溫度相互作用，其物理和力學(xué)性能都有所下降，有關(guān)研究表明：受外界因素的影響，瀝青老化過(guò)程，瀝青的四組分中，飽和分的含量變化不明顯，但芳香分慢慢轉(zhuǎn)變成膠質(zhì)，膠質(zhì)逐漸又轉(zhuǎn)變成瀝青質(zhì)，結(jié)果膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量增加，芳香分含量減小，主要表現(xiàn)在瀝青針入度降低，延度降低而軟化點(diǎn)和黏度會(huì)相應(yīng)升高，本文采用針入度、軟化點(diǎn)、延度三大指標(biāo)對(duì)瀝青路面提升改造工程某區(qū)域回收料的SBS(I-D)改性瀝青進(jìn)行性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 福銀高速公路等路段路面提升改造工程某區(qū)域回收料回收瀝青檢測(cè)

從表1統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中可以看出，與原樣瀝青相比較，回收料抽提的舊瀝青的針入度、延度都在下降，軟化點(diǎn)在上升，這也符合對(duì)瀝青老化的基本認(rèn)識(shí)。

1.2 舊瀝青的分布規(guī)律

取同一批次的回收瀝青路面材料(RAP)進(jìn)行每個(gè)檔位的精篩分，根據(jù)規(guī)范要求烘干后，進(jìn)行不同檔位的瀝青含量燃燒試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

圖1 回收料各檔瀝青含量分布趨勢(shì)

從圖1可以看出，隨著粒徑的變大，舊瀝青的分布呈下降狀態(tài)，同一種回收料中，粒料越細(xì)，其瀝青含量越大。這與新集料裹覆瀝青的狀態(tài)一致，皆因細(xì)集料部分比表面積大，吸收的瀝青較多。

1.3 顆粒組成分析

提取路面提升改造工程某路段瀝青回收料進(jìn)行顆粒組成分析，回收料原材料篩分和燃燒后級(jí)配變化見(jiàn)圖2，回收料燃燒前后情況篩分結(jié)果見(jiàn)如表2。

圖2 原材料篩分和燃燒后級(jí)配

表2 RAP燃燒前后級(jí)配變化

通過(guò)圖2、表2可以看出，回收料燃燒前后級(jí)配發(fā)生了明顯的變化，變化波動(dòng)范圍在-6%～6%左右。以4.75mm 燃燒前后級(jí)配為分界線，在4.75mm以上的單檔回收料，燃燒前的分計(jì)篩余大于燃燒后的分計(jì)篩余，說(shuō)明燃燒前比例大于燃燒后，而在4.75mm及以下的單檔回收料，燃燒前的分計(jì)篩余小于燃燒后的分計(jì)篩余，說(shuō)明篩余燃燒前比例要小于燃燒后，由此可見(jiàn)瀝青回收料不是單一顆粒物，而是大小不等、數(shù)目不定的礦質(zhì)集料經(jīng)瀝青膠泥裹覆、粘結(jié)而成的，具有特殊結(jié)構(gòu)的團(tuán)粒狀顆粒，回收料燃燒后粗顆粒含量減小，細(xì)顆粒含量增加，回收料級(jí)配的“細(xì)化”現(xiàn)象比較明顯。

1.4 集料劣化

為了解回收料中集料的性能變化，取有代表性的已加工好的兩檔回收料經(jīng)抽提后進(jìn)行物理力學(xué)性能試驗(yàn)，本項(xiàng)目RAP料擬用于高速公路瀝青路面提升改造工程AC-20C下面層，其結(jié)果見(jiàn)表3：

表3 舊集料物理力學(xué)指標(biāo)

舊集料物理力學(xué)指標(biāo)符合 《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTG F40-2004的要求，因此從原材料性能角度上來(lái)看，舊集料的物理力學(xué)性質(zhì)變化并沒(méi)有影響集料的使用性能，故回收料完全可以繼續(xù)使用。

2 瀝青老化再生

根據(jù)上文四組分理論分析可知，瀝青老化后膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量增加，芳香分含量減小，主要反應(yīng)于瀝青針入度降低，延度降低而軟化點(diǎn)和黏度會(huì)相應(yīng)升高，舊瀝青的再生就是恢復(fù)這些性能，使其能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。目前通常通過(guò)加入一定比例的再生劑或新瀝青結(jié)合料來(lái)實(shí)現(xiàn)舊瀝青的再生。由于不同再生劑性能有所區(qū)別，對(duì)瀝青的抗老化性能影響也不一樣，結(jié)合實(shí)際工程再生料用量情況，本文從不使用再生劑，只從再生料中添加不同新瀝青結(jié)合料角度來(lái)分析，不同舊料摻量下瀝青性能如下表4：

表4 不使用再生劑不同舊料摻量下瀝青性能

從表4可以看出隨著舊料摻量增大，瀝青針入度和延度都有所降低，軟化點(diǎn)上升，在舊料摻量在30%以下時(shí)，在不添加再生劑情況下，瀝青性能滿足要求；舊料摻量在30%以上時(shí)，瀝青針入度和軟化點(diǎn)變化比較明顯，都不滿足要求，必須添加再生劑來(lái)改良舊瀝青性能，具體再生劑用量及新瀝青的選擇可參照規(guī)范來(lái)執(zhí)行。因此，考慮再生瀝青混合料還受舊集料的影響，建議本工程項(xiàng)目在不添加再生劑情況下，舊料摻量控制在20%左右。

3 配合比設(shè)計(jì)

廠拌再生混合料配合比設(shè)計(jì)目前并沒(méi)有比較統(tǒng)一的設(shè)計(jì)理念，結(jié)合本工程特殊性，本次配合比設(shè)計(jì)舊料摻量控制在20%左右，采用馬歇爾設(shè)計(jì)方法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)類(lèi)型為AC-20C下面層，新增加瀝青與回收瀝青一致為SBS改性瀝青。

3.1 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

3.1.1 設(shè)計(jì)級(jí)配確定

對(duì)各礦料進(jìn)行篩分，根據(jù)原材料篩分結(jié)果，調(diào)出1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)三種級(jí)配，各礦料比例見(jiàn)表5，其合成級(jí)配見(jiàn)表6，級(jí)配曲線見(jiàn)圖3。

圖3 礦料級(jí)配曲線圖

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)本次配合比設(shè)計(jì)預(yù)估瀝青總用量為4.5%，再生混合料的新瀝青用量等于預(yù)估瀝青總用量扣除RAP中的瀝青總量部分(1.1%)，計(jì)算后初試新瀝青含量為3.4%。

按上述三種合成級(jí)配以初試新瀝青含量3.4%，擊實(shí)溫度165℃分別制作馬歇爾試件，進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表7，表中馬歇爾試件體積特性計(jì)算采用實(shí)測(cè)理論最大相對(duì)密度。

表5 各礦料比例

表6 礦料合成級(jí)配

表7 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行參數(shù)分析，級(jí)配2的馬歇爾試件礦料間隙率與空隙率較為合適，瀝青飽和度、穩(wěn)定度、流值符合設(shè)計(jì)要求，因此選擇級(jí)配2作為設(shè)計(jì)級(jí)配。

3.1.2最佳瀝青含量確定

按級(jí)配2以實(shí)際新添加瀝青含量2.8%、3.1%、3.4%、3.7%、4.0%分別制作馬歇爾試件，并進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，將馬歇爾測(cè)試結(jié)果繪制瀝青含量與馬歇爾指標(biāo) (毛體積密度、空隙率、飽和度、穩(wěn)定度和流值)關(guān)系曲線圖，得到OAC1和OAC2分別為3.25%%和3.49%，最佳瀝青用量取OAC1和OAC2的平均值3.37%，考慮到RAP料瀝青老化等不利因素，實(shí)際新添加瀝青含量為3.4%，重新成型馬歇爾試件驗(yàn)證，混合料空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度、穩(wěn)定度與流值各項(xiàng)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。

混合料性能驗(yàn)證結(jié)果如下：48h殘留穩(wěn)定度為88.3%，凍融劈裂殘留強(qiáng)度比為85.7%，動(dòng)穩(wěn)定度為＞6000次/mm，均滿足規(guī)范要求，表明再生混合料水穩(wěn)性和高溫穩(wěn)定性良好。

3.2 生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)及驗(yàn)證

本文利用漳州豐山拌合站進(jìn)行AC-20C廠拌熱再生瀝青混合料生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)及驗(yàn)證。根據(jù)篩分結(jié)果，調(diào)出生產(chǎn)配合比各礦料比例：RAP 料(9.5～19)mm∶RAP 料(0～9.5)mm∶(19～24)mm∶(16～19)mm∶(11～16)mm∶(6～11)mm∶(3～6)mm∶(0～3)mm∶礦粉=10∶9∶7∶10∶19∶12∶5∶25∶3，其合成級(jí)配見(jiàn)表 8：

表8 礦料合成級(jí)配

按生產(chǎn)配合比合成級(jí)配和最佳瀝青含量3.4%及±0.3%瀝青含量成型馬歇爾試件，進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明：根據(jù)混合料的合成級(jí)配加入實(shí)際添加3.4%新瀝青用量時(shí)，廠拌熱再生瀝青混合料的空隙率、穩(wěn)定度與流值指標(biāo)均符合規(guī)范要求且較為合適。

以設(shè)計(jì)級(jí)配用添加3.4%新瀝青用量進(jìn)行試拌試鋪試驗(yàn)段，馬歇爾指標(biāo)結(jié)果：空隙率4.8%、穩(wěn)定度12.10kN、流值3.45mm、混合料級(jí)配油量均符合規(guī)范要求，同時(shí)48h殘留穩(wěn)定度為85.9%，凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比為86.3%，動(dòng)穩(wěn)定度為＞6000次/mm，同樣符合規(guī)范的水穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性技術(shù)要求，說(shuō)明此次配合比設(shè)計(jì)是成功的。

4 再生混合料施工工藝

4.1 瀝青路面材料(RAP)回收

(1)在回收RAP之前，應(yīng)根據(jù)舊路面調(diào)查及RAP材料評(píng)價(jià)結(jié)果(瀝青含量、老化程度和集料級(jí)配分布情況)預(yù)先確定銑刨段落，分段分車(chē)道回收。

(2)考慮到從同一段落同一車(chē)道回收料的離散性比較小，有利于配合比設(shè)計(jì)和調(diào)整配合比，銑刨時(shí)應(yīng)逐段逐車(chē)道進(jìn)行，相同的段落保持基本相同的銑刨機(jī)行走速度和銑刨深度，使銑刨機(jī)對(duì)舊料中集料的破壞程度基本相同，應(yīng)使回收料的級(jí)配差異性較小，應(yīng)根據(jù)原路面結(jié)構(gòu)，對(duì)不同瀝青混合料結(jié)構(gòu)層進(jìn)行分層銑刨，不得混合銑刨。

(3)為避免混入其它結(jié)構(gòu)層材料和雜物，應(yīng)根據(jù)舊路面設(shè)計(jì)資料和抽芯取樣的結(jié)果確定銑刨厚度，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)整銑刨厚度。

4.2 RAP材料的預(yù)處理與堆放

(1)使用推土機(jī)、裝載機(jī)等機(jī)具將一個(gè)料堆的回收瀝青路面材料(RAP)充分混和，然后用破碎機(jī)或其他方式進(jìn)行破碎，應(yīng)使回收瀝青路面材料(RAP)最大粒徑小于再生瀝青混合料最大公稱粒徑，不應(yīng)有超粒徑材料。不允許直接使用未經(jīng)預(yù)處理的回收瀝青路面材料(RAP)。

(2)根據(jù)再生混合料的最大公稱粒徑合理選擇篩網(wǎng)尺寸，將處理后的回收瀝青路面材料(RAP)篩分成不少于2檔的材料。其中最小篩網(wǎng)的孔徑不宜超過(guò)10mm。

(3)不同來(lái)源、不同結(jié)構(gòu)層或經(jīng)分析需要分開(kāi)的不同段落的回收瀝青路面材料(RAP)，應(yīng)進(jìn)行分類(lèi)儲(chǔ)存，防止混雜。

(4)為避免陽(yáng)光直射導(dǎo)致回收瀝青路面材料(RAP)受熱重新結(jié)塊，同時(shí)防止雨淋使回收瀝青路面材料(RAP)含水量過(guò)高?；厥諡r青路面材料(RAP)應(yīng)搭蓋大棚(禁止用帆布直接覆蓋料堆的方式代替大棚)，并在大棚周邊建立良好的防、排水系統(tǒng)。

(5)回收瀝青路面材料(RAP)應(yīng)避免長(zhǎng)時(shí)間的堆放，料倉(cāng)中的回收瀝青路面材料(RAP)應(yīng)及時(shí)使用。若儲(chǔ)存時(shí)間較長(zhǎng)，料堆的高度一般以2～3m為宜，防止自重壓實(shí)導(dǎo)致回收瀝青路面材料(RAP)材料重新結(jié)塊。

4.3 再生瀝青混合料的拌制

廠拌熱再生瀝青混合料可以選用間歇式拌和設(shè)備或連續(xù)式拌和設(shè)備進(jìn)行拌制，拌和設(shè)備必須具備回收瀝青路面材料(RAP)的配料裝置和計(jì)量裝置。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)瀝青混合料中瀝青隨著使用年份的增加會(huì)逐步老化，要恢復(fù)它的性能可通過(guò)添加新瀝青結(jié)合料或通過(guò)添加再生劑來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體的新瀝青結(jié)合料或再生劑用量必須通過(guò)試驗(yàn)來(lái)論證；

(2)瀝青回收料不是單一顆粒物，而是大小不等、數(shù)目不定的礦質(zhì)集料經(jīng)瀝青膠泥裹覆、粘結(jié)而成的，具有特殊結(jié)構(gòu)的團(tuán)粒狀顆粒，回收料燃燒后粗顆粒含量減小，細(xì)顆粒含量增加，回收料級(jí)配的“細(xì)化”現(xiàn)象比較明顯，集料的性質(zhì)則變化不大；

(3)廠拌再生混合料配合比設(shè)計(jì)目仍舊使用馬歇爾設(shè)計(jì)方法，至于舊料摻量的多少一直是爭(zhēng)議的熱點(diǎn)，本次配合比設(shè)計(jì)舊料摻量控制在20%左右，其試配后的瀝青混合料性能都滿足規(guī)范要求。總之，具體回收料摻量多少必須結(jié)合瀝青的老化性能以及其試配的混合料性能論證后才可綜合得知；

(4)廠拌熱再生技術(shù)與熱拌瀝青混合料在施工工藝上區(qū)別不大，主要從再生設(shè)備配置、RAP材料回收、RAP材料的預(yù)處理與堆放、再生瀝青混合料的拌制、運(yùn)輸、攤鋪方面著手，盡可能保證再生瀝青混合料的級(jí)配穩(wěn)定，混合料溫度控制良好，才能被成功應(yīng)用。