ATB-25廠拌熱再生混合料在路面大修工程中的應(yīng)用

郭 浩，賈秦龍，薛洪華，蔣松利

(1.陜西省交通建設(shè)集團(tuán)公司，陜西 西安 710075； 2.中交瑞通路橋養(yǎng)護(hù)科技有限公司，陜西 西安 710075)

0 引 言

截至2018年陜西省高速公路通車?yán)锍碳s5 300 km，運(yùn)營(yíng)10年以上的高速公路已經(jīng)過半，傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)方式為路面加鋪罩面或銑刨重鋪，每年生產(chǎn)銑刨料約4萬(wàn)t，常規(guī)處置方式為固定堆放[1-2]。廠拌熱再生技術(shù)是將廢舊瀝青材料(Recycled Asphalt Pavement，簡(jiǎn)稱RAP)回收后，與新集料以一定比例拌合并重新鋪筑路面的技術(shù)。廠拌熱再生混合料具有良好的路用性能，適用范圍廣，可用于路面任意結(jié)構(gòu)層高，且具有顯著的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2013年袁明園研究在合六葉高速公路路面下面層應(yīng)用了AC-20廠拌熱再生混合料[3]；2016年朱鈺等人在G210陜北榆林干線公路大中修中應(yīng)用了RAP比例為50%的高摻量廠拌熱再生混合料[4]。本文結(jié)合G20青銀高速靖邊至王圈梁段路面大修工程，通過檢測(cè)路面回收材料性能、廠拌熱再生混合料配合比設(shè)計(jì)以及路用性能驗(yàn)證，鋪筑ATB-25廠拌熱再生混合料中面層，為陜西高速公路養(yǎng)護(hù)工程再生技術(shù)發(fā)展積累寶貴經(jīng)驗(yàn)。

1 廠拌熱再生路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

依托高速公路原路面結(jié)構(gòu)為：1 cm微表處、4 cm AC-13上面層、5 cm AC-20中面層、6 cm AC-25下面層、36 cm水泥穩(wěn)定碎石基層、20 cm水泥石灰穩(wěn)定土底基層。在行車荷載及外界環(huán)境共同作用下，路面老化嚴(yán)重，橫、縱向反射裂縫密集。

針對(duì)路面典型病害，路面維修設(shè)計(jì)方案為銑刨10 cm原瀝青面層，重鋪4 cm AC-13C改性瀝青混凝土上面層、8 cm ATB-25廠拌熱再生改性瀝青穩(wěn)定碎石、聚酯玻纖布。以廠拌熱再生混合料作為中面層提高了路面結(jié)構(gòu)整體的可靠性，且采用聚酯玻纖布作為防裂措施，可有效延緩半剛性基層的反射裂縫[5]。

2 回收瀝青路面材料性質(zhì)

路面材料在自然老化以及荷載作用下，路用性能下降，在回收破碎過程中，舊路面材料粗集料細(xì)化，再生過程中需添加一部分粗骨料以達(dá)到合格的混合料性能指標(biāo)[6]?！豆窞r青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41—2008)要求廠拌熱再生技中對(duì)路面回收材料的含水率不大于3%，表1中RAP含水率滿足要求，表2中回收瀝青25 ℃針入度為43.3(0.01 mm)，大于20(0.01 mm)，滿足舊料再生要求。

表1 回收瀝青路面材料檢測(cè)結(jié)果

綜合以上舊瀝青混合料和舊瀝青的評(píng)價(jià)結(jié)果，陜西某高速公路瀝青路面大修中舊路瀝青材料具有較高的熱再生利用價(jià)值。

3 廠拌熱再生混合料配合比設(shè)計(jì)

再生瀝青混合料的級(jí)配范圍在符合現(xiàn)行《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40—2004)規(guī)定的基礎(chǔ)上，采用了路面大中修設(shè)計(jì)文件的技術(shù)要求。以ATB-25改性瀝青穩(wěn)定碎石為例，RAP摻配比例為25%。

表2 RAP中回收瀝青指標(biāo)

3.1 新瀝青標(biāo)號(hào)的確定

《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41—2008)中規(guī)定，當(dāng)回收瀝青25 ℃針入度不小于30(0.01 mm)、RAP摻量在20%～30%之間時(shí)，建議新瀝青標(biāo)號(hào)比正常高半個(gè)等級(jí)。設(shè)計(jì)中要求混合料瀝青指標(biāo)為Ⅰ-C型SBS改性瀝青，25 ℃針入度為60～80(0.01 mm)，RAP回收料瀝青試驗(yàn)檢測(cè)指標(biāo)中25 ℃針入度為43.3(0.01 mm)，因此應(yīng)選擇Ⅰ-C或Ⅰ-B型SBS改性瀝青。為了便于施工控制，摻配瀝青選擇Ⅰ-C型SBS改性瀝青[7-8]。

3.2 新瀝青的主要性能指標(biāo)

基質(zhì)瀝青選用韓國(guó)SK90#瀝青，添加一定劑量的SBS改性劑，生產(chǎn)出Ⅰ-C型SBS改性瀝青，其技術(shù)指標(biāo)見表3。

表3 SBS(Ⅰ-C型)改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

3.3 再生混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)

廠拌熱再生混合料ATB-25的工程級(jí)配設(shè)計(jì)采用密集配瀝青混合料礦料級(jí)配。其礦料級(jí)配如表4所示，級(jí)配曲線如圖1所示。

表4 ATB-25廠拌再生混合料級(jí)配設(shè)計(jì)表

圖1 再生混合料級(jí)配曲線

根據(jù)設(shè)計(jì)級(jí)配，分別添加新瀝青用量為1.9%、2.2%和2.5%成型馬歇爾試件進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示。馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果顯示：取密度最大值、穩(wěn)定度最大值、空隙率中值對(duì)應(yīng)的油石比的平均值作為OAC1，OAC1=2.3%。由于同時(shí)滿足穩(wěn)定度、流值、空隙率、飽和度4個(gè)指標(biāo)而得到的OAC2為2.225%，故最佳油石比OAC=(OAC1+OAC2)/2=2.265%，最終確定新瀝青最佳油石比為2.3%。

3.4 性能驗(yàn)證試驗(yàn)

選擇最佳新瀝青用量為2.3%進(jìn)行混合料性能試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果見表5，可見ATB-25廠拌熱再生混合料高低溫性能均滿足要求。

其中再生混合料水穩(wěn)定性和低溫性能均能滿足規(guī)范要求，高溫穩(wěn)定性能優(yōu)異，動(dòng)穩(wěn)定度為4 230 次·mm-1，遠(yuǎn)高于規(guī)范要求的2 400 次·mm-1，再生混合料的抗車轍能力較好。

表5 ATB-25廠拌熱再生混合料性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4 廠拌熱再生拌合樓改造

該項(xiàng)目在拌合樓上安裝回收舊料緩沖料斗和料斗下的氣動(dòng)翻板控制裝置，根據(jù)允許添加的回收舊料比例選擇不同的再生方式。同時(shí)在原有間歇式拌合樓的基礎(chǔ)上增加一個(gè)平行放置的高位式烘干筒，用于加熱處理RAP材料，使材料中的水蒸氣以及瀝青輕質(zhì)油分揮發(fā)，產(chǎn)生的藍(lán)煙在高位烘干筒中也被清除[11]。同時(shí)解決了拌合樓采用皮帶裝置將加熱后的RAP料傳送至攪拌缸，加熱后的再生料易散失熱量并沾黏在皮帶上的問題。

圖2 廠拌熱再生混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

5 廠拌熱再生技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益分析

相比普通熱拌瀝青混合料，采用間歇式瀝青再生攪拌設(shè)備生產(chǎn)的再生混合料經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要有以下影響。增加費(fèi)用：舊料回收處理費(fèi)用、再生劑費(fèi)用、拌合設(shè)備改造費(fèi)用。節(jié)約費(fèi)用：瀝青結(jié)合料的摻量降低，新集料的使用量減少[12-13]。

根據(jù)項(xiàng)目再生混合料的造價(jià)分析，以舊料摻量30%為例，每噸再生瀝青混合料可節(jié)省SBS改性瀝青用量1%，節(jié)約石料用量30%，直接節(jié)省成本約15%。同時(shí)廠拌熱再生對(duì)于舊料的循環(huán)利用在節(jié)能減排方面優(yōu)勢(shì)突出[14]。

6 結(jié) 語(yǔ)

依托青銀高速公路靖邊至王圈梁段路面大中修工程，通過對(duì)瀝青路面回收舊料的性能檢測(cè)，擬定廠拌熱再生混合料配合比設(shè)計(jì)，評(píng)價(jià)再生混合料性能，完成試驗(yàn)段鋪筑，得出以下結(jié)論。

(1)廠拌熱再生對(duì)舊料的加熱溫度應(yīng)在120 ℃以上，并嚴(yán)格控制舊料的含水率小于3%。

(2)ATB-25廠拌熱再生混合料車轍試驗(yàn)的動(dòng)穩(wěn)定度為4 230 次·mm-1，表明再生混合料具有良好的高溫性能。

(3)根據(jù)經(jīng)濟(jì)效益分析，每噸再生瀝青混合料可節(jié)約SBS改性瀝青用量1%，節(jié)約石料約用量30%，節(jié)省成本約15%。

(4)廠拌熱再生設(shè)備改造應(yīng)注重再生設(shè)備與原有拌合設(shè)備的匹配性，避免采用皮帶裝置傳輸加熱后的RAP料造成沾黏和熱量散失。