廠拌熱再生技術(shù)在高速公路養(yǎng)護施工中的應用研究

摘要：介紹了某高速公路養(yǎng)護和路面病害情況，針對該高速公路路面病害制定了整體養(yǎng)護方案，分析舊路面材料回收、破碎與篩分、預處理材料貯存等方面的舊路面材料預處理方法，闡述了原材料選擇、配合比設(shè)計、預處理材料摻量等方面廠拌熱再生改性瀝青混合料技術(shù)要點，為高速公路的路面養(yǎng)護工程提供了借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：公路養(yǎng)護；廠拌熱再生；改性瀝青混合料；配合比

0 引言

再生瀝青混合料（RAP）是指將舊瀝青路面材料經(jīng)過回收、破碎、篩分處理后，與再生劑、新瀝青材料和新集料按一定比例重新拌合而成的混合料。瀝青路面再生技術(shù)分為現(xiàn)場冷再生、現(xiàn)場熱再生、廠拌冷再生和廠拌熱再生等4種。廠拌熱再生技術(shù)在我國公路養(yǎng)護中的應用起步較晚，但是發(fā)展快速，近些年相關(guān)研究也不斷深入。通過應用廠拌熱再生技術(shù)，能夠有效提升再生瀝青路面的承載能力、抗老化水平、抗滑性、平整度，有效降低新材料的用量、養(yǎng)護工程成本和交通事故發(fā)生概率。

1 工程概況

某高速公路工程經(jīng)過長期運行、交通流量不斷增加以及氣候因素的影響下，其路面出現(xiàn)較為明顯的縱、橫裂縫，極大影響車輛通行能力和交通安全。近些年來，公路養(yǎng)護單位為確保道路交通正常運行，先后組織了數(shù)次預防性和修復性養(yǎng)護，但是其局部路段的病害呈現(xiàn)加速破壞狀態(tài)，經(jīng)過組織路面綜合檢測后，決定以綠色交通理念為指引，在重點路段利用廠拌熱再生瀝青混合料技術(shù)進行路面養(yǎng)護，以期有效提升養(yǎng)護工程經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益。

2 路面病害及養(yǎng)護方案

2.1 路面病害調(diào)查

為更好了解該高速公路路面病害現(xiàn)狀，在開展路面養(yǎng)護施工之前，采用路面專項檢測和現(xiàn)場人工調(diào)查方式，了解路面病害發(fā)生的主要類型[1]。路面專項檢測主要是采用路面鉆芯技術(shù)，檢測全線各個車道的典型病害。路面專項檢測結(jié)果顯示，前期養(yǎng)護施工加鋪的超薄罩面與舊路面的粘結(jié)性能較差，導致路面病害較多，有部分位置的病害已經(jīng)延伸至基層，對行車安全影響很大。現(xiàn)場人工調(diào)查發(fā)現(xiàn)，路面病害主要是以縱向裂縫為主，部分行車道軌跡出現(xiàn)連續(xù)縱縫現(xiàn)象，連續(xù)延伸長度可達數(shù)公里。部分縱向裂縫的寬度超過1cm，且伴隨有沉陷、坑槽和支縫等次生病害。

2.2 整體養(yǎng)護方案

根據(jù)該高速公路路面專項檢測和現(xiàn)場人工調(diào)查結(jié)果，考慮歷年養(yǎng)護措施，在進行整體分析和評估后，決定以節(jié)能、環(huán)保、低碳的原則為導向制定其整體養(yǎng)護方案。該方案的主要內(nèi)容為：首先對所有行車道面層銑刨2.5cm深度、對硬路肩銑刨0.5～2.5cm深度，然后處理重點病害嚴重的部位，最后選用廠拌熱再生改性瀝青混合料整體加鋪路面。廠拌熱再生改性瀝青混合料的處理工藝和舊料摻量比例，經(jīng)現(xiàn)場試驗后確定。在符合養(yǎng)護施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，盡量降低施工成本、減少環(huán)境污染。在具體養(yǎng)護施工過程中，需要根據(jù)病害發(fā)生的深度和位置差異，制定具體養(yǎng)護措施，對基層、裂縫和匝道病害進行針對性處置。

3 舊路面材料的預處理

3.1 舊路面材料回收

舊路面材料回收，采用舊路面翻松和就地銑刨2種方法。前者施工成本較低，但是翻松后回收舊的瀝青混合料進行再生所用時間較長，再生后的瀝青混合料在堆放時容易產(chǎn)生離析現(xiàn)象。就地銑刨施工成本相對較高，但是具有運行便捷、環(huán)境污染小等優(yōu)勢[2]。不同回收方式得到的回收料級配也有所差異，不同回收方式礦料級配曲線如圖1所示。

3.2 舊路面材料破碎與篩分

舊路面材料回收后，需要采用合理的破碎技術(shù)，確保集料顆粒能夠有效分離，增加新舊瀝青及與再生劑的接觸面積，有效提升再生效率，確保養(yǎng)護質(zhì)量達到運行要求。原有破碎技術(shù)體系中，主要是以剛性破碎為主，所使用的機械設(shè)備包括錘式破碎機、反擊式破碎機、鄂式破碎機、圓錐式破碎機、輥式破碎機等[3]。

舊路面材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復雜、組分較多，不屬于單純的剛體材料，采用傳統(tǒng)破碎機難以達到良好處理效果。因此在當前再生瀝青混合料技術(shù)應用中，通常采用轉(zhuǎn)子離心式破碎機進行處理，在保持回收料粒徑完整的基礎(chǔ)上，達到良好的破碎效果。在破碎處理后，還需要采用直接篩分或多級聯(lián)合篩分方式進行處理，確保舊路面材料滿足施工要求。

對舊路面材料進行破碎和篩分處理被稱為預處理。在破碎和篩分施工中，由于所使用的工藝組合方式有所差異，所得到的材料質(zhì)量也有差異，因此必須依據(jù)RAP特性選擇最為合適的組合方式[4]。

本養(yǎng)護工程實施過程中，通過對幾種組合方式進行評價，選擇反擊、轉(zhuǎn)子離心、多級聯(lián)合篩分工藝。該工藝在舊路面材料回收后，利用反擊式破碎機和轉(zhuǎn)子離心式破碎機進行處理，并利用振動篩進行聯(lián)合篩分，在處理過程中采用除塵器全程收集粉塵，避免粉塵帶來的環(huán)境污染。篩分時依據(jù)0～5mm、5～10mm、10～20mm的標準進行分別存儲，為生產(chǎn)RAP奠定良好基礎(chǔ)。

3.3 預處理材料貯存

經(jīng)過預處理的舊路面材料（預處理材料）可直接用于生產(chǎn)RAP，其質(zhì)量影響RAP的質(zhì)量乃至影響?zhàn)B護工程質(zhì)量。因此舊路面材料在預處理后必須依照標準要求進行分類存放，確保環(huán)境條件達到規(guī)范要求，避免由于貯存不當導致材料變異而影響再生品質(zhì)[5]。

貯存預處理材料應當注意以下5點：一是場地面積要夠用并提前做好硬化處理，合理設(shè)置坡度和盲溝，在雨季采取搭設(shè)雨棚、及時排水等措施，避免預處理材料含水率過高。二是及時清理場地中存放的廢料，避免對材料產(chǎn)生污染。三是嚴格落實分類貯存規(guī)范要求，根據(jù)不同材料性質(zhì)、不同回收方式獲得的預處理材料，選擇合適的場地分類堆放，并做好標識。四是嚴格做好檔案登記，詳細記錄材料來源、回收方式及堆料日期等數(shù)據(jù)，定期做好質(zhì)量檢測，出現(xiàn)質(zhì)量問題時要分析原因，為后續(xù)存貯提供參考。五是嚴格控制材料堆積高度，避免出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象，若發(fā)現(xiàn)結(jié)塊傾向時應適當分散堆積。

4 廠拌熱再生改性瀝青混合料生產(chǎn)技術(shù)

4.1 原材料選擇

該路面養(yǎng)護工程使用廠拌熱再生改性瀝青混合料，其質(zhì)量受原材料性質(zhì)及配合比的影響較為顯著，因此必須選擇合適的材料，確保材料質(zhì)量滿足規(guī)范要求。

按照高速公路建設(shè)標準，選用SBS改性瀝青，SBS改性劑摻量為5%，其針入度、延度、動力粘度和質(zhì)量損失等技術(shù)指標均符合規(guī)范要求。粗集料主要為石灰?guī)r石料，依據(jù)篩孔尺寸劃分為不同規(guī)格，確保壓碎值、洛杉磯磨耗損失、吸水率、顆粒含量、軟石含量等參數(shù)達到技術(shù)指標要求。

細集料主要是石灰?guī)r機制砂細集料，依據(jù)篩孔尺寸劃分為不同規(guī)格，確保表觀相對密度、堅固性、砂當量、亞甲藍值及棱角性等參數(shù)達到技術(shù)指標要求。

填料主要是由石灰石磨細的礦粉，在混合中需要確保礦粉保持干燥狀態(tài)，表觀密度、含水量、親水系數(shù)、外觀、塑性指數(shù)等參數(shù)符合技術(shù)指標要求。

結(jié)合本項目施工實際情況使用預處理材料，使用中需將預處理材料的粒徑限定在19mm以下，至少分為3個篩分檔次。遵循“即處理即使用”原則，避免出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象。混合料中只容許添加改性瀝青預處理材料。在做好含水量和最大粒徑檢測基礎(chǔ)上，確保對應的檢測項目參數(shù)達到設(shè)計要求。

4.2 配合比設(shè)計

在進行配合比設(shè)計時，要確定擊實次數(shù)、穩(wěn)定度、流值、空隙率、瀝青飽和度、浸水后馬歇爾（48h）殘留穩(wěn)定度、動穩(wěn)定度、凍融劈裂強度、滲水系數(shù)、低溫彎曲試驗破壞應變等各項技術(shù)指標要求。在具體設(shè)計時，通常是采用馬歇爾試驗方法進行處理，主要包括如下設(shè)計內(nèi)容：一是礦料級配的確定。通過分析舊料摻量的影響因素、不同舊料摻量下混合料級配，確定幾種配合比方案。二是最佳瀝青用量的確定。依照規(guī)范要求制作馬歇爾試件，確定上述幾種配合比方案中的瀝青用量，并確定最佳瀝青用量。

4.3 預處理材料摻量

預處理材料摻量對廠拌熱再生瀝青混合料的性能具有直接影響，即影響成本控制和質(zhì)量控制成效。在確定預處理材料摻量時，應以符合質(zhì)量要求為基本前提，盡量提升舊料的利用率[6]。該路面養(yǎng)護工程選用20%、30%、40%、50%等4種摻量方式進行試驗，基于馬歇爾試驗方法得出瀝青最佳用量方案。

通過試驗和分析可知，在預處理材料摻量逐漸增加的情況下，廠拌熱再生瀝青混合料的最佳瀝青摻量，呈現(xiàn)先增加再減小的特征。分析認為，預處理材料在老化后不斷變硬時，其表面的吸油能力會逐漸下降。同時新瀝青的添加量逐漸減小，且減少速度逐漸變慢，這說明預處理材料中的舊瀝青得以有效利用。在確定具體摻量后，還需要進行廠拌熱再生瀝青混合料的高溫性能、低溫性能及水穩(wěn)定性試驗，以確保路用性能達到規(guī)范要求。

5 廠拌熱再生改性瀝青混合料應用技術(shù)

5.1 生產(chǎn)配合比

為確保該養(yǎng)護工程中采用的廠拌熱再生瀝青混合料性能，滿足公路運行需求，在正式施工前選擇某段行車道，以預處理材料摻量為30%的方案生產(chǎn)廠拌熱再生瀝青混合料，進行試驗段施工。該方案的廠拌熱再生改性瀝青混合料配合比如表1所示。

在確定生產(chǎn)配合比后，首先進行室內(nèi)試驗，試驗內(nèi)容是先選擇4個不同梯度的油石比，分析馬歇爾試驗與油石比之間的關(guān)系。然后利用生產(chǎn)配合比得出的最優(yōu)油石比制備瀝青混合料，進行高溫、低溫、水穩(wěn)定性等試驗，檢驗混合料的動穩(wěn)定度、最大彎拉應變、殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強度等性能。最后通過外觀檢查、透水性測試等方法，對路用性能檢驗結(jié)果進行驗證。

5.2 施工要求

為確保施工流程得以有效推進，應注意以下施工要求：一是做好設(shè)備、人員、場地等方面準備，確保各個施工流程有效銜接。二是采用間歇式拌和機進行瀝青混合料拌和，確保原材料攪拌均勻。預處理材料的加熱溫度控制在110～130℃之間，拌和溫度控制在200℃以下，將熱再生改性瀝青混合料出廠溫度控制在170～180℃之間，且無大塊成團或離析現(xiàn)象。

選用自重較大的自動裝卸車輛進行混合料運輸，避免瀝青混合料與車廂之間產(chǎn)生粘連，在混合料上部覆蓋保溫苫布。卸料前測量瀝青混合料溫度，應符合攤鋪作業(yè)要求，卸料后及時清洗車輛。選擇合適的攤鋪和壓實施工機械，采用自動找平裝置控制混合料攤鋪厚度和平整度。

5.3 質(zhì)量檢驗

該高速公路路面廠拌熱再生改性瀝青混合料攤鋪作業(yè)完成后，全面檢測其路面壓實度、滲水系數(shù)、厚度、寬度、礦料級配、瀝青含量及馬歇爾穩(wěn)定度等項目參數(shù)，做好外觀表面、接縫、路面與路緣石等部位的質(zhì)量檢查。結(jié)合試驗檢測方式，確保各項參數(shù)到達設(shè)計規(guī)范要求后，方可交付工程驗收。

6 結(jié)束語

科學應用廠拌熱再生改性瀝青混合料技術(shù)，是公路交通綠色發(fā)展的基本要求。應用該項技術(shù)能夠充分利用舊路面瀝青混凝土材料，具有施工成本低、減少環(huán)境污染等多方面優(yōu)勢。施工技術(shù)人員應當掌握和應用該項技術(shù)，依照規(guī)范要求做好舊路面養(yǎng)護施工，為推動公路養(yǎng)護創(chuàng)新發(fā)展起到促進作用。

參考文獻

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