40%摻量RAP廠拌熱再生瀝青混合料設(shè)計(jì)及路用性能

摘 要：廠拌熱再生技術(shù)是一種有效的利用瀝青路面銑刨回收料的技術(shù)，隨著舊料摻量的提高，其經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性越發(fā)顯著。為了提高實(shí)際工程中回收瀝青混合料（recycled asphalt pavement，RAP）的含量，按細(xì)級(jí)配、低空隙率、富油思路重新設(shè)計(jì)廠拌熱再生AC-20瀝青混合料配合比，試驗(yàn)段路用性能試驗(yàn)結(jié)果表明：40%RAP摻量的廠拌熱再生AC-20瀝青混合料的的馬歇爾體積指標(biāo)滿足規(guī)范要求，且具有良好的高溫、低溫、水穩(wěn)定性能，路面的壓實(shí)度和抗?jié)B性滿足要求，可節(jié)約大量資源、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，具有較好的推廣前景。

關(guān)鍵詞：路面工程;40%摻量RAP;廠拌熱再生;配合比設(shè)計(jì);路用性能

中圖分類號(hào)：U416.2? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

基金項(xiàng)目：福建省交通廳科技資助項(xiàng)目（202035）

隨著國(guó)內(nèi)高速公路集中性地進(jìn)入大中修階段，路面銑刨產(chǎn)生的回收瀝青混合料（recycled asphalt pavement，RAP）也越來(lái)越多。這些廢舊瀝青混合料如不加以利用，會(huì)帶來(lái)占地較多、無(wú)處堆放、環(huán)境污染等一系列問(wèn)題;但若能很好利用，將帶來(lái)較高的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益[1-3]。

廠拌熱再生技術(shù)是最常用的瀝青路面再生的方式，可有效地利用RAP。此技術(shù)經(jīng)歷了級(jí)配篩分和配合比設(shè)計(jì)的過(guò)程，可以對(duì)級(jí)配進(jìn)行重新調(diào)整，級(jí)配可控。此外，經(jīng)過(guò)拌合樓的加熱拌合過(guò)程，混合料較為均勻，新舊瀝青融合后混合料性能較好。廠拌熱再生技術(shù)的RAP摻量越多，則其經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保效益更加顯著。因此，有效RAP摻量一直是研究者關(guān)注的重點(diǎn)[4-7]。雖然在室內(nèi)試驗(yàn)時(shí)RAP的合理?yè)搅靠梢赃_(dá)到40%～50%，但受性能和工藝制約，廠拌熱再生在工程中實(shí)際摻量依然較低，當(dāng)前國(guó)內(nèi)大規(guī)模應(yīng)用時(shí)主要摻量大多少于20%[8-9]。為了在實(shí)際工程中大規(guī)模應(yīng)用時(shí)能夠達(dá)到室內(nèi)試驗(yàn)40%的RAP摻量值，論文在混合料級(jí)配設(shè)計(jì)中提出優(yōu)化思路，分析其路用性能，并檢測(cè)其在實(shí)際工程中的應(yīng)用效果，為同類工程項(xiàng)目中的RAP摻量提供借鑒和參考。

1 40%摻量RAP廠拌熱再生混合料配合比設(shè)計(jì)

為了進(jìn)一步提高實(shí)際工程中的RAP摻量，首先按照“細(xì)級(jí)配、低空隙率、富油”的設(shè)計(jì)思路，對(duì)40%RAP的AC-20再生瀝青混合料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。

1.1 原材料組成

原材料由RAP、集料、礦粉、瀝青和再生劑組成，銑刨后的舊瀝青路面材料按3檔進(jìn)行篩分，所用篩網(wǎng)分別為8 mm、12 mm和20 mm，配合比設(shè)計(jì)前需要對(duì)3檔RAP料分別進(jìn)行抽檢確定其級(jí)配、瀝青含量和密度，RAP料瀝青含量和密度結(jié)果見(jiàn)表1，礦料級(jí)配結(jié)果見(jiàn)表2，老化瀝青測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

根據(jù)表1檢測(cè)結(jié)果，銑刨后的舊瀝青路面材料篩分后0～8 mm集料粒徑范圍的瀝青含量最高達(dá)到7.21%，8～12 mm和12～20 mm集料粒徑范圍的瀝青含量、表觀相對(duì)密度和毛體積相對(duì)密度相當(dāng)。

從表2檢測(cè)結(jié)果可以看出，8～12 mm和12～20 mm粒徑集料中2.36～9.5 mm的舊料較多，9.5 mm篩分通過(guò)率達(dá)到90%以上，在銑刨刀具的作用下，路面材料被刨起，這必然使路面材料得到破碎，銑刨材料必然細(xì)化且粉料增加。

從表3檢測(cè)結(jié)果可知，老化瀝青的針入度和軟化點(diǎn)60.5 ℃均只能滿足規(guī)范下限要求。

所用集料規(guī)格為19～24 mm、16～19 mm、11～16 mm、6～11 mm、3～6 mm、0～3 mm，集料和礦粉的級(jí)配見(jiàn)表4，密度見(jiàn)表5，瀝青為改性瀝青I-D，性質(zhì)見(jiàn)表6，再生劑采用美德維實(shí)維克生產(chǎn)的8182型再生劑。貴州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版） 第38卷第6期 黃伯承：40%摻量RAP廠拌熱再生瀝青混合料設(shè)計(jì)及路用性能

由于瀝青路面在車輪荷載沖擊、震動(dòng)、擠壓作用下，礦料顆粒發(fā)生碎裂而破壞，使得瀝青混合料中粉料增加;同時(shí)在銑刨過(guò)程中材料必然細(xì)化且粉料增加，因此再生瀝青混合料的集料設(shè)計(jì)要重點(diǎn)補(bǔ)充大粒徑粗集料的集配。如表4所示，19～24 mm、16～19 mm和11～16 mm集料中9.5 mm篩孔通過(guò)率分別僅為0.1%、0.1%和1.8%。

根據(jù)集料配合比設(shè)計(jì)，集料的密度試驗(yàn)結(jié)果如表5所示，表觀相對(duì)密度在2.702～2.999 g/cm3之間，毛體積相對(duì)密度在2.80～2.965 g/cm3之間。

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，改性瀝青性能如表6所示，改性瀝青的針入度、延度、軟化點(diǎn)、動(dòng)力黏度均可以滿足規(guī)范值。

1.2 配合比設(shè)計(jì)

由于40%RAP摻量下再生瀝青混合料中老化瀝青較多，加入再生劑后依然較難完全恢復(fù)。配合比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加瀝青用量，以彌補(bǔ)老化瀝青過(guò)多帶來(lái)的抗裂性不足的風(fēng)險(xiǎn)。以經(jīng)驗(yàn)瀝青用量4.7%作為設(shè)計(jì)目標(biāo)值，配合比設(shè)計(jì)時(shí)試驗(yàn)瀝青用量為4.1%～5.3%，間隔為0.3%。參考以往相關(guān)研究成果[4-8]和工程實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，同時(shí)為了提高再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性和低溫性能，采用表7所示的級(jí)配設(shè)計(jì)表;再生劑為RAP摻量的0.1%。成型馬歇爾試件測(cè)試體積指標(biāo)見(jiàn)表8，由于RAP摻量較高，考慮到老化瀝青影響，再生瀝青混合料瀝青飽和度應(yīng)貼近規(guī)范上限。為保證水穩(wěn)定性和低溫性能，目標(biāo)空隙率設(shè)為3.5%。采用OAC法計(jì)算，得最佳瀝青用量為4.6%，制備最佳瀝青用量下的瀝青混合料馬歇爾試件，測(cè)試體積指標(biāo)見(jiàn)表9。由表可知，按細(xì)級(jí)配、低空隙率、富油思路設(shè)計(jì)的40%RAP摻量下再生瀝青混合料，各體積指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

2 路用性能試驗(yàn)

2.1 低溫抗裂性能

通過(guò)劈裂試驗(yàn)來(lái)表征40%RAP摻量AC-20再生瀝青混合料的低溫抗裂能力，劈裂試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表10。由表10可知，按細(xì)級(jí)配、富油理念設(shè)計(jì)的高RAP摻量再生瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度高，平均劈裂強(qiáng)度達(dá)到了2.993 MPa，抗裂性較好。

2.2 水穩(wěn)定性能

通過(guò)浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)來(lái)表征再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表11和表12。由此可知，按細(xì)級(jí)配、富油理念設(shè)計(jì)的高RAP摻量再生瀝青混合料的浸水殘留穩(wěn)定度為95.1%，滿足浸水殘留穩(wěn)定度≥85%的設(shè)計(jì)要求，凍融劈裂強(qiáng)度比為86.4%，滿足凍融劈裂強(qiáng)度比≥80%的設(shè)計(jì)要求。

2.3 高溫穩(wěn)定性能

通過(guò)車轍試驗(yàn)來(lái)表征再生瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表13。由表可知，再生瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度均值5 960次/mm，遠(yuǎn)高于規(guī)范值2 800次/mm的要求。普通瀝青混合料若按細(xì)級(jí)配、富油理念進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，可能會(huì)導(dǎo)致高溫性能不足而出現(xiàn)車轍。但對(duì)于高RAP摻量的再生瀝青混合料而言，其中存在較多的老化瀝青，其粘性較高，難以發(fā)生流動(dòng)，按此級(jí)配設(shè)計(jì)理念設(shè)計(jì)的瀝青混合料具有較好的高溫穩(wěn)定性，抗車轍能力強(qiáng)，可用于重載車輛較多的高速公路。

3 實(shí)體工程驗(yàn)證

3.1 實(shí)體工程概況

漳永高速公路是福建省西南部連接漳州市華安縣和三明市永安市的省級(jí)主干線高速公路，由于華安縣玉蘭樞紐段入口處重車較多，出現(xiàn)了車轍病害，選擇漳永高速入口段樁號(hào)范圍AK143+500至 AK143+675路段共175 m作為試驗(yàn)段，對(duì)原路面的4.5 cm上面層和5.5 cm中面層進(jìn)行銑刨，銑刨后重新鋪筑4.5 cm上面層AK-16和5.5 cm的中面層再生AC-20;采用40%RAP摻量廠拌熱再生AC-20作為中下面層，既可以充分發(fā)揮廠拌熱再生抗車轍的優(yōu)勢(shì)，又可以進(jìn)一步提高環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 拌合工藝

40%RAP摻量的再生瀝青混合料加熱溫度需嚴(yán)格控制，拌合過(guò)程新集料加熱溫度為200～210 ℃，RAP加熱溫度為130 ℃，再生混合料出料溫度170 ℃。拌合順序?yàn)椋海?）首先進(jìn)行預(yù)拌5 ，使RAP與再生劑充分接觸;（2）加入新集料干拌5～10 ，保證集料分散;（3）加入新瀝青濕拌45 ，使得混合料拌合均勻。與普通熱拌瀝青混合料相比，高RAP摻量再生瀝青混合料增加預(yù)拌5 s和干拌5～10 ，拌合時(shí)長(zhǎng)整體增加10～15 。

3.3 施工工藝

按40%RAP摻量的再生AC-20配合比設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行試驗(yàn)段的鋪設(shè)，40%RAP摻量再生瀝青路面的施工工藝與正常瀝青路面的施工工藝一致，攤鋪速度和初壓速度均為3 km/h，復(fù)壓速度為5 km/h。首先為鋼輪壓路機(jī)壓實(shí)2遍，再通過(guò)膠輪壓路機(jī)碾壓6遍，最終采用鋼輪壓路機(jī)終壓2遍。各階段需控制的溫度為：平板溫度>110 ℃，出料溫度>170 ℃，攤鋪溫度160～165 ℃，初壓溫度155～160 ℃，復(fù)壓溫度120～130 ℃，終壓溫度>90 ℃。

3.4 試驗(yàn)段檢驗(yàn)

通過(guò)試驗(yàn)段對(duì)壓實(shí)度和抗?jié)B性進(jìn)行檢驗(yàn)。首先鉆芯取樣后對(duì)芯樣體積指標(biāo)及壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)道路前、中、后位置共取芯3個(gè)點(diǎn)位。取芯位置左右側(cè)以沿行車方向?yàn)闇?zhǔn)，芯樣位置見(jiàn)表14。芯樣厚度設(shè)計(jì)值為5.5 cm，中面層厚度滿足要求，芯樣壓實(shí)度見(jiàn)表15。

從表15可以看出芯樣壓實(shí)度均滿足規(guī)范要求，其中空隙率均值為4.64%，測(cè)得其理論最大相對(duì)密度均值為95.4%，大于規(guī)范93%的要求值;測(cè)得其試驗(yàn)室壓實(shí)度均值為98.4%，大于規(guī)范97%的要求值，說(shuō)明現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)效果要優(yōu)于試驗(yàn)室壓實(shí)效果，因此芯樣壓實(shí)度滿足規(guī)范要求。

現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)滲水儀對(duì)路面抗?jié)B性能進(jìn)行檢測(cè)，抗?jié)B性測(cè)試點(diǎn)位在鉆芯位置附近，對(duì)前、中、后3處位置進(jìn)行了滲水試驗(yàn)，實(shí)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表16，瀝青路面的抗?jié)B性滿足規(guī)范要求。

綜上所述，由40%RAP摻量的再生AC-20瀝青路面試驗(yàn)段檢測(cè)可以發(fā)現(xiàn)，按級(jí)配偏細(xì)、瀝青飽和度偏高、空隙率偏低的思路進(jìn)行高RAP摻量再生瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)，路面的壓實(shí)度和抗?jié)B性能均滿足要求。實(shí)體工程驗(yàn)證可行，高RAP摻量再生瀝青路面中面層的應(yīng)用可推廣。

4 結(jié)論

根據(jù)實(shí)體工程試驗(yàn)段檢測(cè)結(jié)果驗(yàn)證可知，按細(xì)級(jí)配、低空隙率、富油思路，40%RAP摻量的廠拌熱再生瀝青混合料高溫、低溫、水穩(wěn)定性能均較好，抗?jié)B性和壓實(shí)度均滿足規(guī)范要求，符合工程需求。與普通熱拌瀝青混合料相比，40%RAP摻量再生瀝青混合料雖增加了預(yù)拌5 s和干拌5～10 s的拌合時(shí)間，但可節(jié)約大量碎石、土地等資源，減少溫室氣體排放和資源消耗，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益明顯，具有較好的推廣前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]樓寅杰， 汪羽程. 瀝青路面材料的回收再利用研究[J]. 低碳世界， 2016（31）： 193-194.

[2] 趙前軍， 閻同明， 王玉軍. 瀝青混合料熱再生配合比設(shè)計(jì)與經(jīng)濟(jì)性分析[J]. 山西建筑， 2013， 39（21）： 113-115.

[3] 仰建崗. 瀝青路面的綠色養(yǎng)護(hù)技術(shù)[J]. 中國(guó)公路， 2016（5）： 115-117.

[4] 李定儐， 付蓉， 張桂銘， 等.不加再生劑高摻量RAP廠拌熱再生瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)[J]. 公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版）， 2020， 16（6）： 146-149.

[5] 熊文濤， 梁艷峰， 肖振江. 高摻量溫拌再生瀝青混合料設(shè)計(jì)及性能研究[J]. 石油瀝青， 2020， 34（2）： 26-32， 49.

[6] 黃雪林. 高摻量廠拌熱再生瀝青混合料再生劑摻量確定方法研究[J]. 現(xiàn)代交通技術(shù)， 2019， 16（6）： 14-17.

[7] 仰建崗. 溫拌瀝青混合料應(yīng)用現(xiàn)狀與性能[J]. 公路交通科技， 2006（8）： 26-28.

[8] 朱小剛. 高RAP摻量瀝青路面溫拌再生混合料特征及路用性能研究[J]. 交通科技， 2020（1）： 119-122.

[9] 王騰， 黃軍瑞. 高摻量RAP材料的廠拌熱再生混合料設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J]. 山東交通學(xué)院學(xué)報(bào)， 2019， 27（3）： 48-54.

（責(zé)任編輯：曾 晶）

作者簡(jiǎn)介：黃伯承（1974—），男，高級(jí)工程師，研究方向：道路工程施工及養(yǎng)護(hù)，E-mail：827724151@qq.com.

通訊作者：黃伯承，E-mail：827724151@qq.com.

Design and Road Performance of 40% Recovered Asphalt Pavement

Plant Mixed Hot Recycled Asphalt Mixture

HUANG Bocheng

（Fujian Expressway Maintenance Engineering Co.， Ltd.， Fuzhou 350100， China）

Abstract： Hot plant recycling technology is an effective way to use recycled asphalt pavement material. Moreover， as the amount of used material is increased， its economy and environmental friendliness become more and more significant. In order to improve the content of recycled asphalt pavement （RAP） in the actual project， the hot plant recyclingAC-20 asphalt mixture was redesigned according to the idea of fine gradation， low void ratio and oil-richness. Finally， the test section road performance test results demonstrated that： the Marshall volume index of hot plant recyclingAC-20 asphalt mixture with 40% RAP can meet the specification requirements. More importantly， it has excellent high temperature， low temperature and water stability performance， as well as the compaction and impermeability of the pavement to meet the requirements. As a result， this can save a lot of resources， economical， and has a good promotion prospect.

Key words： pavement engineering; 40% recycled asphalt pavement; hot plant recycling; mix design; road performance