廠拌熱再生瀝青路面的性能研究及應(yīng)用分析

葛汝利 GE Ru-li；張小強(qiáng) ZHANG Xiao-qiang；鄭滿意 ZHENG Man-yi

（濰坊市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，濰坊 261000）

0 引言

根據(jù)交通運(yùn)輸部統(tǒng)計(jì)資料顯示，截至目前，我國(guó)公路里程已達(dá)535 萬(wàn)公里，至2030 年預(yù)計(jì)將達(dá)到580 萬(wàn)公里，自“十三五”以來(lái)，全國(guó)累計(jì)投入道路養(yǎng)護(hù)資金1.29 萬(wàn)億元，實(shí)施預(yù)防養(yǎng)護(hù)135.6 萬(wàn)公里、修復(fù)養(yǎng)護(hù)165.2 萬(wàn)公里。隨著道路建設(shè)突飛猛進(jìn)的發(fā)展和路面使用年限的逐年增加，目前我國(guó)已進(jìn)入公路建設(shè)的中后期養(yǎng)護(hù)維修階段。

當(dāng)前我國(guó)路面鋪裝材料以瀝青混凝土為主，考慮到道路運(yùn)輸量及交通載荷的不斷提高，隨著路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、材料性能的不斷退化，路面養(yǎng)護(hù)維修的作用愈發(fā)突出明顯。按照瀝青路面的設(shè)計(jì)壽命（15～20 年），每年約有12%的瀝青路面需要翻修，舊瀝青混合料廢棄量將達(dá)到290 萬(wàn)噸之多，若加以利用，可節(jié)省材料費(fèi)用3 億元以上。熱再生技術(shù)作為一種環(huán)保、高效、節(jié)能的路面翻修技術(shù)，是一種將原有瀝青混合料破碎后重新回收、篩選過(guò)濾、混合加工，生成全新瀝青鋪裝材料的一種施工技術(shù)。該技術(shù)以“可持續(xù)發(fā)展”理念為核心，使得廢舊料得以循環(huán)利用，在當(dāng)前社會(huì)資源和環(huán)境問(wèn)題日益突出的背景下，和傳統(tǒng)技術(shù)相比，可以極大地節(jié)約瀝青、砂石等原材料，同時(shí)實(shí)現(xiàn)降低維修成本、減少資源浪費(fèi)等綜合效益，對(duì)我國(guó)道路養(yǎng)護(hù)發(fā)展、節(jié)省資源和環(huán)境保護(hù)等方面有重大意義。對(duì)此，探討熱再生瀝青路面技術(shù)有著顯著的實(shí)踐價(jià)值。

1 現(xiàn)狀發(fā)展概況及必要性分析

1.1 現(xiàn)狀發(fā)展概況

根據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)環(huán)境和加工方式，熱再生技術(shù)具體可以分為兩大類：就地?zé)嵩偕夹g(shù)和廠拌熱再生技術(shù)[1]。就地?zé)嵩偕夹g(shù)，通過(guò)專用設(shè)備對(duì)現(xiàn)狀路面就地加熱銑刨、混合攪拌、攤鋪碾壓等，可以實(shí)現(xiàn)較淺深度范圍內(nèi)的路面修復(fù)，主要應(yīng)用于瀝青表面出現(xiàn)裂縫、龜裂、坑洼等損壞度較輕的養(yǎng)護(hù)維修，適用范圍較為局限；廠拌熱再生技術(shù)通過(guò)將原有路面舊料銑刨并運(yùn)回工廠，重新加工后形成全新的瀝青鋪裝材料，可以應(yīng)用于基層損壞等各種條件下的養(yǎng)護(hù)維修，適用范圍較為廣泛。

在廠拌熱再生技術(shù)的研究方面，國(guó)外研究和應(yīng)用起步較早，20 世紀(jì)70 年代，美德等發(fā)達(dá)國(guó)家就著手RAP（再生瀝青混合料）的研發(fā)和應(yīng)用，這些國(guó)家設(shè)備、技術(shù)相對(duì)先進(jìn)，對(duì)RAP（再生瀝青混合料）穩(wěn)定性、耐久性等進(jìn)行了深入研究，為該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中提供了有力支持，目前該技術(shù)已成為發(fā)達(dá)國(guó)家最主要的路面再生方式；我國(guó)于上世紀(jì)80 年代引進(jìn)相關(guān)技術(shù)，隨后不斷加大相關(guān)成果研發(fā)力度并推廣應(yīng)用，目前部分省市地區(qū)已制定相關(guān)地方、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，鐵拓、中交西筑等公司已形成專門(mén)廠拌熱再生業(yè)務(wù)并開(kāi)發(fā)有相關(guān)施工裝備，但受限于技術(shù)難度、政策引導(dǎo)、市場(chǎng)認(rèn)知、資金引導(dǎo)等因素，該技術(shù)在全國(guó)范圍內(nèi)的推廣程度還有待提高。

1.2 必要性分析

我們傳統(tǒng)的瀝青維修筑路工藝一般都是對(duì)于已損壞的路面開(kāi)挖后采用新材料重新鋪筑，這也是目前最為廣泛認(rèn)知的建造方式，然而這會(huì)產(chǎn)生大量的舊路廢棄料，不僅浪費(fèi)了資源，還消耗了大量的人力物力財(cái)力。廠拌熱再生瀝青路面技術(shù)通過(guò)提高原來(lái)舊材料的使用率，減少材料的廢棄，降低環(huán)境污染；進(jìn)而在一定程度上減少了新材料使用量，節(jié)約資源，降低成本；同時(shí)原來(lái)舊材料的使用也使原有道路的物理使用特性得到了保證，從而綜合達(dá)到資源節(jié)約、環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)高效的實(shí)踐意義。

總體來(lái)說(shuō)，廠拌瀝青熱再生技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展歷程經(jīng)歷了多個(gè)階段，作為一種瀝青路面養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)，可以廣泛應(yīng)用于各等級(jí)道路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)工作中。本文主要對(duì)廠拌熱再生瀝青路面技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析，意在結(jié)合具體實(shí)例探討研究該技術(shù)實(shí)際使用性能，為該技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供一定的借鑒價(jià)值。

2 試驗(yàn)研究

2.1 廠拌熱再生瀝青路面材料要求

瀝青混合料作為一種復(fù)合材料，主要由瀝青、粗骨料、細(xì)骨料、礦粉等物質(zhì)組成，本文主要通過(guò)將部分原有瀝青混合料回收破碎、篩分后，以一定比例代替新礦料，重新加熱拌和，進(jìn)而研究分析不同劑量材料混合后形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性表現(xiàn)的關(guān)系。

現(xiàn)狀老路位于濰坊市寒亭區(qū)范圍內(nèi)，為一條鄉(xiāng)村三級(jí)公路，服役時(shí)間已臨近設(shè)計(jì)使用年限，部分路段已出現(xiàn)龜裂、松散、沉陷、波浪等嚴(yán)重病害，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，建議對(duì)原有路面挖除翻建。為充分利用現(xiàn)狀材料，道路開(kāi)挖前對(duì)原瀝青面層（厚度約7cm）進(jìn)行了銑刨回收并篩選處理。新建瀝青面層按4cm AC-13 細(xì)粒式瀝青混凝土+6cm AC-20中粒式瀝青混凝土考慮，設(shè)計(jì)使用年限為10 年，氣候分區(qū)為1-3 區(qū)，中等交通荷載等級(jí)。

2.1.1 新瀝青

瀝青選擇符合《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》、《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》、《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》要求的瀝青材料，基質(zhì)瀝青采用70 號(hào)A 級(jí)道路石油瀝青，性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 70 號(hào)A 級(jí)石油瀝青技術(shù)要求

2.1.2 回收瀝青

為探討廠拌熱再生瀝青路面材料性能，需對(duì)廢舊瀝青混合料破碎軟化后重新回收利用。由于廢舊瀝青材料已經(jīng)老化，導(dǎo)致其軟化點(diǎn)及粘度增大、針入度變小、延度降低，整體感觀變硬變脆，不能直接利用，因此，需要采用再生劑讓瀝青重新恢復(fù)性能。瀝青的再生就是老化的逆過(guò)程，再生劑的作用是提高軟瀝青質(zhì)對(duì)瀝青質(zhì)的溶解能力，改善瀝青的相容性，提高瀝青的針入度和延度，降低軟化點(diǎn)及粘度，使其恢復(fù)或接近原來(lái)的性能。再生劑摻加量的不同也會(huì)對(duì)再生瀝青的性能產(chǎn)生不同影響，一般按老化瀝青的5%～10%加入，最佳添加量應(yīng)根據(jù)所施工路面瀝青的老化程度經(jīng)試驗(yàn)確定，據(jù)相關(guān)資料研究，本次再生劑摻加量按9%考慮，使老化瀝青可以滿足使用要求[2]。

2.1.3 骨料

新用粗集料、細(xì)集料采用由具有生產(chǎn)許可證的采石場(chǎng)生產(chǎn)的滿足要求的石灰?guī)r、砂料，應(yīng)潔凈、干燥、無(wú)風(fēng)化、無(wú)雜質(zhì)，并有適當(dāng)?shù)念w粒級(jí)配；礦粉采用石灰?guī)r或巖漿巖中的強(qiáng)基性巖石等憎水性石料經(jīng)磨細(xì)得到的礦粉，礦粉應(yīng)干燥、潔凈，能自由地從礦粉倉(cāng)流出?；厥占辖?jīng)破碎后，由于各粒徑骨料混雜，需采用方孔篩按照粗（≤26.5mm）、細(xì)（≤9.5mm）集料分2 檔重新進(jìn)行篩分，具體篩分結(jié)果見(jiàn)表2。各類骨料質(zhì)量應(yīng)符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的技術(shù)指標(biāo)要求，并經(jīng)檢測(cè)合格后方可用于廠拌熱再生瀝青路面。

表2 回收骨料篩分結(jié)果

2.2 廠拌熱再生瀝青路面材料配合比設(shè)計(jì)

參考地方特點(diǎn)及習(xí)慣，為了確定不同劑量回收舊料對(duì)瀝青路面混合料性能的影響，以AC-13 瀝青級(jí)配作為試驗(yàn)級(jí)配，分別以不同劑量舊料代替新集料，設(shè)計(jì)了3 個(gè)組別方案。

①組別一：以全新集料進(jìn)行普通熱拌，以規(guī)范級(jí)配中值作為試驗(yàn)級(jí)配，由粒徑不等的石灰?guī)r粗集料、機(jī)制砂以及礦粉組成的混合料。

②組別二：摻加10%廢舊集料（含回收瀝青、骨料）的熱再生混合料，試驗(yàn)參數(shù)同組別一。

③組別三：摻加30%廢舊集料（含回收瀝青、骨料）的熱再生混合料，試驗(yàn)參數(shù)同組別一。

為盡可能避免額外因素影響，三個(gè)組別中級(jí)配用量盡可能一致，同時(shí)為保證瀝青與回收廢舊集料結(jié)合良好，通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)確定三組新瀝青摻加量分別為5.2%、4.9%、4.2%[3]。

2.3 廠拌熱再生瀝青路面材料性能分析

根據(jù)國(guó)家現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范及相關(guān)理論依據(jù)[4]，公路瀝青鋪裝面層應(yīng)具有平整、抗車轍、抗疲勞開(kāi)裂、抗低溫開(kāi)裂和抗水損壞的性能。對(duì)于采用廠拌熱再生技術(shù)拌合而成的混合料，也應(yīng)在相關(guān)性能使用方面達(dá)到相應(yīng)的施工要求，保證道路使用質(zhì)量。因此，本次由工程檢測(cè)部門(mén)在嚴(yán)格篩選材料和科學(xué)配比的前提下，按國(guó)家現(xiàn)行《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，研究不同組別混合料的性能水平。

2.3.1 抗車轍（高溫穩(wěn)定性）性能分析

為保證高溫天氣下瀝青路面保持較強(qiáng)的剛度，尤其是在重載車輛反復(fù)作用的情況下，不會(huì)產(chǎn)生較大的車轍、壅包等變形病害，需對(duì)廠拌熱再生瀝青混合料進(jìn)行高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)，實(shí)際過(guò)程通常按照車轍試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 抗車轍（高溫穩(wěn)定性）試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)果數(shù)據(jù)表明，各組別均滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求的不小于1000 次·mm-1的要求，且在一定范圍內(nèi)，瀝青混合料的車轍深度隨著回收集料摻加量的增加相應(yīng)減小，動(dòng)穩(wěn)定度則相應(yīng)增大。在一定程度上，摻加回收集料的廠拌熱再生技術(shù)對(duì)于提高高溫穩(wěn)定性具有一定優(yōu)勢(shì)。

2.3.2 抗疲勞開(kāi)裂性能分析

為提高瀝青路面在重復(fù)車輛荷載作用下及溫度交替變化下的長(zhǎng)期使用壽命，需對(duì)廠拌熱再生瀝青混合料的耐疲勞性能進(jìn)行試驗(yàn)，通常采用重復(fù)加載法進(jìn)行測(cè)定。試驗(yàn)在20℃標(biāo)準(zhǔn)溫度下，對(duì)馬歇爾試件采用14Hz 荷載頻率進(jìn)行間接拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 抗疲勞開(kāi)裂試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)果數(shù)據(jù)表明，相同應(yīng)力比，瀝青混合料的疲勞壽命為組別二＞組別一＞組別三，回收集料的使用對(duì)熱再生瀝青混合料疲勞性能具有一定影響?；旌狭蟽?nèi)適量摻加回收集料可以提高疲勞壽命，但過(guò)高時(shí)會(huì)降低混合料的疲勞性能，影響路面質(zhì)量。

2.3.3 抗低溫開(kāi)裂性能分析

由于瀝青路面在使用一段時(shí)間老化后，脆性增加，低溫適應(yīng)能力下降，已出現(xiàn)脆性開(kāi)裂情況，影響路面使用壽命。為減小在低溫情況下大范圍出現(xiàn)材料收縮開(kāi)裂的情況，需要對(duì)廠拌熱再生瀝青混合料低溫抗裂性進(jìn)行試驗(yàn)，環(huán)境溫度選擇-10℃，制作低溫小梁采用壓力機(jī)跨中加載，測(cè)定勁度模量和破壞應(yīng)變，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 抗低溫開(kāi)裂試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)果數(shù)據(jù)表明，隨著回收集料摻加量的增加，瀝青材料的抗彎拉強(qiáng)度等指標(biāo)呈下降趨勢(shì)，抗低溫開(kāi)裂性能降低。由于回收集料內(nèi)瀝青性能已下降，雖通過(guò)再生劑進(jìn)行恢復(fù)，但與全新瀝青仍有一定差距，隨著舊瀝青的增加，導(dǎo)致易發(fā)生脆裂破壞，影響路面質(zhì)量。

2.3.4 抗水損壞性能分析

瀝青路面的水損破壞是影響瀝青路面耐久性能的主要因素之一，在車輛動(dòng)荷載影響下，動(dòng)水壓力進(jìn)入瀝青空隙，降低瀝青粘結(jié)性能，導(dǎo)致瀝青混合料松散剝落，強(qiáng)度喪失，進(jìn)而產(chǎn)生路面功能性破壞。為保證瀝青路面在浸水情況下的路面穩(wěn)定性，需要對(duì)廠拌熱再生瀝青混合料進(jìn)行飽水狀態(tài)下的馬歇爾試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 抗水損壞試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)果數(shù)據(jù)表明，三個(gè)組別均滿足≥80%的標(biāo)準(zhǔn)要求，但相對(duì)于全新集料普通熱拌，回收集料摻加量的增加會(huì)導(dǎo)致殘留穩(wěn)定度指標(biāo)呈下降趨勢(shì)，瀝青材料抗水損壞性能下降。同抗低溫開(kāi)裂性能相似，隨著舊瀝青的增加，瀝青與骨料間的粘結(jié)性降低，導(dǎo)致瀝青混合料抗水損壞性能下降。

3 結(jié)語(yǔ)

①以上工程數(shù)據(jù)表明，將廢舊集料破碎篩分后按一定比例代替部分原材料的廠拌熱再生瀝青路面，在10%-30%摻加量情況下，穩(wěn)定性能符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，具有較高實(shí)踐價(jià)值。

②在道路瀝青混凝土路面養(yǎng)護(hù)維修工程中，如何提高道路綜合建設(shè)水平和效益，降低建設(shè)過(guò)程中的資源損耗和環(huán)境污染問(wèn)題，將成為未來(lái)建設(shè)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。合理應(yīng)用廠拌瀝青熱再生技術(shù)不僅可以提高舊路面廢棄材料利用價(jià)值，還可以降低路面的維修建設(shè)成本，提高施工效率，減輕傳統(tǒng)施工所導(dǎo)致的污染問(wèn)題，符合可持續(xù)發(fā)展的理念，呈現(xiàn)較為平衡的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益，未來(lái)隨著環(huán)保要求的提高和資源的日益稀缺，該技術(shù)在路面維護(hù)和修建中市場(chǎng)前景廣闊。

③受限于多方面因素，廠拌瀝青熱再生技術(shù)在我國(guó)普及程度不及于西方發(fā)達(dá)國(guó)家，還有較多問(wèn)題亟待解決，如舊路面的回收篩分方法，回收瀝青的老化問(wèn)題、瀝青與骨料的混合工藝等，在今后需要從多個(gè)方面進(jìn)行深入研究和應(yīng)用，以解決現(xiàn)有問(wèn)題并提高再生瀝青的性能和品質(zhì)。

④未來(lái)進(jìn)一步推廣應(yīng)用廠拌熱再生瀝青路面技術(shù)不僅需要相關(guān)部門(mén)加強(qiáng)政策支持和技術(shù)引導(dǎo)，提高相關(guān)方面的資金扶持，還要引導(dǎo)企業(yè)加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，降低技術(shù)成本?？傊?，只有通過(guò)多方面的努力和支持，隨著后期的不斷進(jìn)步，廠拌熱再生瀝青路面技術(shù)才會(huì)在未來(lái)的道路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)中發(fā)揮更加重要的作用。