60%RAP摻量廠拌熱再生瀝青混合料性能研究

江 鋒

(湖北省交通規劃設計院股份有限公司 武漢 430051)

瀝青路面設計使用年限一般為15年，然而由于種種原因，大部分瀝青路面往往使用不到設計年限就會出現不同程度的病害，影響行車舒適性，甚至危及行車安全。在對舊路面進行維修整治過程中，往往會產生大量的舊路面回收材料(RAP)，針對這些RAP材料的處理目前仍以堆放為主，回收利用率不高，不僅污染環境，還會導致大量的RAP資源被浪費[1]。

將RAP回收再生，重新用于路面的鋪筑中，是RAP變廢為寶的主要途徑[2]。但由于RAP存在級配變異性較大、拌和站加熱困難、性能下降過大等原因，目前在廠拌熱再生瀝青混合料中RAP摻量并不高，室內試驗研究大部分采用30%～50%，在實際工程中應用更低，往往不到30%。針對RAP摻量超過50%的廠拌熱再生瀝青混合料性能研究仍鮮有報導[3-5]。如此低的RAP摻配率難以真正解決RAP資源利用問題[6]。

因此，為減少優質集料的開采及使用，有必要進一步提高廠拌熱再生瀝青混合料中RAP的摻量。鑒于此，本文通過分析可能導致RAP材料難以有效利用的影響因素，提出相應的改進措施；通過室內制備60%RAP摻量的瀝青混合料，研究其各項路用性能，為提高廠拌熱再生瀝青混合料中RAP摻量提供理論依據與試驗基礎。并以湖北省某省道大修改造工程為依托，將60%RAP摻量廠拌熱再生瀝青混合料應用于該工程路段下面層，以期為該技術推廣應用提供實踐基礎。

1 材料性能

1.1 再生劑

本文瀝青再生劑采用北京中咨維克路橋工程有限公司生產的HMZS-1型RA-1瀝青再生劑，主要由飽和分和芳香分含量較多的輕質油構成。其相關技術性能指標見表1。

表1 RA-1瀝青再生劑技術性能檢驗結果

由表1可知，該再生劑符合JTG/T 5521-2019 《公路瀝青路面再生技術規范》以下(簡稱《再生規范》要求)。

1.2 新集料

由于本文擬設計AC-20型級配，而從RAP舊礦料篩分結果來看，其粒徑在9.5 mm以上的粗集料含量極少。因此，為了能夠設計出合理的級配，需添加粒徑為9.5～19 mm新集料。新集料采用石灰巖，對新集料進行性能檢驗，試驗結果見表2。

表2 新集料技術性能檢驗結果

由表2可見，新集料各項性能指標均滿足《再生規范》的技術要求，可用于熱再生瀝青混合料中。

1.3 回收舊集料

瀝青路面通常采用分層攤鋪，且各瀝青層級配不一。因此，為確保RAP中舊集料的級配不出現較大的變異性，在銑刨過程中建議采用分層銑刨的方式，將同一瀝青層混合料統一堆放，統一處理、利用[7]。本文RAP采用分層銑刨的方式獲取，通過相關資料可知舊瀝青層級配為AC-16，瀝青為殼牌70號道路石油瀝青。對銑刨料進行隨機取樣共6個，抽提瀝青后測得舊瀝青含量平均值為5.2%，對剩余骨料進行篩分試驗，測得各檔通過率見圖1。

圖1 RAP篩分曲線圖

由圖1可見，級配曲線整體相差不大，各檔級配通過率變異性較小，表明采用分層銑刨可以有效降低級配的變異性。同時，RAP級配曲線高于JTG F40-2018《公路瀝青路面施工技術規范》(以下簡稱《施工規范》中)AC-16上限，表明RAP中舊集料出現細化現象，這是由于瀝青層在行車荷載反復作用下粗集料出現破碎現象，同時在銑刨過程中可能存在一部分粗集料被打碎，從而導致RAP中粗集料含量降低，細集料含量增大，材料整體細化。

1.4 回收舊瀝青、新瀝青及再生瀝青

舊瀝青在環境等因素影響下慢慢老化，各項性能均出現不同程度的下降，因此有必要對舊瀝青剩余性能進行檢測，以判斷其再生利用的可能性[8]。本文采用抽提試驗進行RAP舊瀝青的分離回收，對回收后的舊瀝青進行相應的性能試驗分析，結果見表3。

試驗中的新瀝青采用殼牌70號道路石油瀝青，主要技術指標檢驗結果見表3。

本文在舊瀝青的再生過程中，控制再生劑的摻量為舊瀝青質量的10%，再生后的瀝青性能指標檢驗結果見表3。

表3 回收舊瀝青、新瀝青及再生瀝青性能檢驗結果

由表3可見，舊瀝青軟化點較高，針入度與延度已遠遠低于規范要求，這說明舊瀝青老化現象嚴重，需要進行再生處理以恢復其使用性能。新瀝青各項性能指標均符合有關規范要求。RAP中回收的瀝青經再生后，各項性能指標均滿足《施工規范》對目標瀝青A-70號道路石油瀝青的技術要求，甚至較新瀝青指標還有所提升，這進一步表明該再生劑再生性能良好。

2 級配設計及拌和工藝研究

2.1 級配設計

選取AC-20型級配，為避免RAP中舊瀝青對級配計算的影響，采用RAP抽提瀝青以后的篩分結果及新集料篩分結果進行級配調整計算。控制RAP摻量為60%，新集料摻量為40%，最終合成級配見圖2。

圖2 合成級配曲線圖

采用馬歇爾擊實法確定該級配最佳油石比，試驗結果見表4。

表4 馬歇爾試驗結果

根據表4試驗結果，結合《再生規范》中有關方法計算最佳油石比為1.2%。本文采用1.2%作為固定油石比進行下一步試驗。

2.2 拌和設備

在路面實際應用中，由于RAP含有老化的瀝青，直接明火加熱會造成老化瀝青碳化，因此廠拌熱再生RAP加熱往往通過攪拌的方式將新加集料的溫度傳遞至RAP中[9]。這一方式在RAP摻量較低，新料摻量較高時對RAP加熱作用效果較好，而當RAP摻量提高后，新料所含熱量將無法滿足RAP充分加熱的要求，從而造成二者之間拌和效果不佳，進而導致再生混合料性能不足。為避免這一現象發生，有學者提出采用第二烘干筒設備對舊RAP材料進行預加熱處理。然而目前第二烘干筒技術在應用及推廣過程中仍面臨不少問題，如RAP加熱后會粘附于筒壁及運輸管路中，易造成堵塞且難以清理，針對這一問題，未來可通過在筒壁及運輸管路中添加聚四氟乙烯涂層等其他類型“不黏涂層”，以及提高第二烘干筒位置、縮短其與攪拌筒之間的距離等方式解決。

本文主要目的在于對60%RAP摻量條件下廠拌熱再生瀝青混合料進行性能分析，故采用將RAP預加熱的方式模擬第二烘干筒的作用。同時，為了研究RAP加熱溫度對再生混合料的性能影響，選取110，130，150 ℃ 3個不同的預加熱溫度進行對比試驗研究。

2.3 拌和工藝

廠拌熱再生瀝青混合料主要材料包括RAP、再生劑、新瀝青、新集料等，合理的拌和順序及拌和時間對再生瀝青混合料具有不可忽略的影響[10]。本文設計①再生劑→RAP→新瀝青→新集料；②再生劑→新瀝青→RAP→新集料2種不同拌和順序、在120 s與180 s 2種不同拌和時長下，分析60%RAP摻量條件下廠拌熱再生瀝青混合料拌和順序及時間對其性能的影響。

3 路用性能試驗及結果分析

分別采用車轍試驗、殘留穩定度試驗、凍融劈裂強度試驗及小梁彎曲試驗對60% RAP摻量條件下廠拌熱再生瀝青混合料高溫穩定性能、水穩定性能及低溫抗裂性能進行評價，試驗結果見表5。

表5 車轍試驗結果

3.1 高溫穩定性

由表5可見，同一預加熱溫度、同一拌和時間條件下，第一種拌和順序動穩定度值均高于第二種拌和順序，表明優先將再生劑與RAP拌和有助于提高再生瀝青混合料的高溫性能，這是因為再生劑先與RAP混合可以使其和舊瀝青更好地結合，舊瀝青再生效果更優，瀝青的流動性能加強，有利于提高熱再生瀝青混合料的和易性，從而表現出更好的高溫穩定性能。

在同一預加熱溫度、同一拌和順序條件下，經過180 s拌和的熱再生瀝青混合料較僅拌和120 s的熱再生瀝青混合料高溫性能要好，表明拌和時間的延長能夠使再生劑的再生效果進一步發揮，促進新舊瀝青之間的融合，因此適當地延長廠拌熱再生瀝青混合料的拌和時間對提高其高溫穩定性能具有一定的作用。

在同一拌和順序、同一拌和時間條件下，RAP預加熱溫度越高，廠拌熱再生混合料高溫穩定性能越好，且當預加熱溫度達到130 ℃時，其高溫穩定性能增長迅速，表明RAP材料普遍使用的預加熱溫度110 ℃難以發揮其真正的高溫特性。

同時，試驗結果還表明，盡管RAP摻量為60%，但混合料動穩定度結果仍能滿足《施工規范》要求。

3.2 水穩定性能

由表5可見，RAP預加熱溫度、拌和順序及拌和時間對廠拌熱再生瀝青混合料水穩定性能影響規律與其高溫穩定性影響規律一致。其中RAP預加熱溫度為110 ℃時，混合料凍融劈裂強度比值接近規范下限，表明RAP預加熱溫度對其水穩定性能影響極大，在生產施工過程中需格外重視。

3.3 低溫抗裂性能

從表5低溫彎曲小梁試驗結果可以看出，60%RAP摻量廠拌熱再生瀝青混合料低溫抗裂性能普遍較差，其中在RAP預加熱溫度為110 ℃、拌和順序為第一種、拌和時間為120 s的情況下，其最大彎拉應變僅1 962.3×10-6，低于規范不低于2 000×10-6的要求。這一結果表明，在良好的拌和工藝前提下，仍需重點關注60%RAP摻量廠拌熱再生瀝青混合料低溫性能。

4 工程應用

4.1 拌和樓改造

為解決RAP加熱不充分、不均勻等問題，本項目拌和樓在原有間歇式拌和樓的基礎上添加了一個高位第二烘干筒設備。該設備可以有效去除RAP材料中的水蒸氣，以及加熱過程中RAP中輕質油分揮發產生的“藍煙”。第二烘干筒與攪拌缸之間通過密封管道連接，管道表面添加聚四氟乙烯涂層，長度較短、高差較大，可有效避免RAP加熱后輸送過程中熱量的喪失及管道黏料堵塞的現象發生。

4.2 拌和樓拌和工藝

根據室內試驗結果，確定本項目RAP材料在第二烘干筒加熱溫度為130 ℃，總拌和時間為180 s，采用先加入再生劑與RAP材料充分混合料，再添加新集料攪拌，最后再添加新瀝青的攪拌順序。

4.3 應用效果評價

對施工試驗段進行壓實度、平整度、滲水系數等性能檢測，結果見表6。

表6 現場檢測結果

由表6可見，各項試驗檢測結果均滿足有關規范要求，表明60%RAP摻量廠拌熱再生瀝青混合料能夠滿足道路使用的基本要求，可應用于工程實際。該試驗路段通車1年以后，路面未出現車轍、裂縫等明顯病害，平整度等性能均表現良好，表明60%RAP摻量廠拌熱再生瀝青混合料具有一定的耐久性能，值得推廣應用。

5 結語

本文通過分析認為阻礙廠拌熱再生瀝青混合料摻量提高的主要影響因素有RAP材料預加熱溫度、拌和料添加順序、拌和時間3種，并針對這3種因素設計60%RAP摻量廠拌熱再生瀝青混合料試驗方案，通過試驗結果得出如下結論。

1) 可通過分層銑刨的方式降低RAP級配的變異性，通過添加再生劑等方式恢復甚至提高RAP的各項性能，進而達到提高廠拌熱再生瀝青混合料中RAP摻量的目的。

2) 在實際工程中，采用新料熱傳遞的方式難以使RAP充分加熱，因此在RAP摻入之前，需要對其進行預加熱，可通過添加第二烘干筒等措施來實現，但仍需針對RAP易堵塞運輸管等問題對其進行改進；同時，室內試驗證明預加熱溫度宜選擇130～150 ℃之間。

3) 試驗證明60%RAP摻量廠拌熱再生瀝青混合料拌和時間宜延長至180 s，拌和順序應優先將再生劑與RAP拌和，再依次加入新瀝青、新集料進行。

4) 在拌和工藝良好的情況下，60%RAP摻量廠拌熱再生瀝青混合料各項路用性能均能夠滿足規范要求，表明如此高的RAP摻量用于生產實踐中具有一定的可行性。

5) 依托工程路面使用性能試驗結果均滿足規范要求，進一步證明60%RAP摻量廠拌熱再生技術可用于工程生產實踐。