廠拌熱再生技術(shù)在瀝青路面提升改造工程的應(yīng)用

■李思泉

(福建省高速公路達(dá)通檢測有限公司，福州 350001)

0 引言

福建省2006年之前建成通車的沈海高速公路、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，無法適應(yīng)交通迅速增長的需求，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

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)配變化見圖2，回收料燃燒前后情況篩分結(jié)果見如表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，說明篩余燃燒前比例要小于燃燒后，由此可見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看，舊集料的物理力學(xué)性質(zhì)變化并沒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。目前通常通過加入一定比例的再生劑或新瀝青結(jié)合料來實(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，各礦料比例見表5，其合成級(jí)配見表6，級(jí)配曲線見圖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)果見表7，表中馬歇爾試件體積特性計(jì)算采用實(shí)測理論最大相對(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，分段分車道回收。

(2)考慮到從同一段落同一車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10mm。

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

(4)為避免陽光直射導(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)含水量過高。回收瀝青路面材料(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)避免長時(shí)間的堆放，料倉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，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

(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)它的性能可通過添加新瀝青結(jié)合料或通過添加再生劑來實(shí)現(xiàn)，具體的新瀝青結(jié)合料或再生劑用量必須通過試驗(yàn)來論證；

(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。