基于差異化磨耗原理精細(xì)分離石灰?guī)rRAP在SMA中的應(yīng)用

高立波，翟資雄，葛自強(qiáng)，姚詩卓，周健楠

(1.遼寧省交通科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 沈陽市 110015； 2.高速公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)交通運輸行業(yè)重點實驗室 沈陽市 110015； 3.福建南方路面機(jī)械股份有限公司 泉州市 362000； 4.阜新交投高級路面工程有限責(zé)任公司 阜新市 123000)

0 引言

廠拌熱再生技術(shù)是一種比較成熟的技術(shù)，具有較好的適應(yīng)性，適用于各類破壞路面，經(jīng)過嚴(yán)格的配合比調(diào)整，再生瀝青混合料能確保技術(shù)指標(biāo)不低于使用全部新料拌制的瀝青混合料，路用性能滿足高級路面的使用要求；但在實際應(yīng)用中，往往由于RAP存在假粒徑、變異性大、新舊瀝青融合再生性能差等原因，還很少將RAP舊料應(yīng)用于瀝青路面表面層[1]，尤其SMA是間斷級配骨架密實型瀝青混合料，對各檔集料單檔級配要求更加嚴(yán)格，才能保證SMA混合料級配符合設(shè)計要求。

針對RAP舊料為石灰?guī)r的工程實際情況，基于差異化磨耗原理SMA抗滑優(yōu)化技術(shù)和瀝青路面銑刨料精分離技術(shù)[2-3]，在常規(guī)的玄武巖或輝綠巖SMA瀝青混合料中摻加一定比例的石灰?guī)rRAP，使SMA瀝青混合料抗滑性、耐久性等路用性能不降低，從而實現(xiàn)了RAP再生料在高速公路表面層中的高效再生利用，這不僅可以節(jié)省工程造價，還可減少石料開采、降低碳排放，符合交通可持續(xù)發(fā)展的基本國策。

1 基于差異化磨耗原理的SMA路面抗滑性能優(yōu)化設(shè)計

采用骨架密實型間斷級配的SMA路面具有良好的路用性能，近些年被廣泛應(yīng)用在我國高等級公路和市政道路表面層中。SMA 路面對集料性質(zhì)要求較高，粗集料多采用硬度較大的玄武巖或輝綠巖。集料的紋理和磨光性能等主要由其礦物組成決定，玄武巖、輝綠巖由硬度較大的長石和石英組成，因此其磨耗值、壓碎值較小，經(jīng)過磨光作用后集料表面紋理損失較??；而石灰?guī)r主要礦物組成硬度較低，其磨耗值和壓碎值較大[4]，多用于高速公路中下面層。

將硬度較小的石灰?guī)r與硬度較大的玄武巖或輝綠巖進(jìn)行摻配，對8種不同比例SMA混合料進(jìn)行加速磨光試驗[5]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

(1)兩種集料的硬度差異越大，摻配后的差異磨耗現(xiàn)象越顯著，其SMA混合料的抗滑性能衰減越小。

(2)不同硬度集料進(jìn)行摻配時，存在一個最佳的摻配比例，既能使SMA 混合料的抗滑性能衰減最小，與全部采用硬度較大的石料相當(dāng)，又能節(jié)省昂貴的玄武巖等集料的用量。

即基于差異磨耗原理對SMA混合料抗滑性能進(jìn)行優(yōu)化是可行的。

研究表明[5]，SMA混合料中石灰?guī)r與玄武巖最佳摻配比例為3∶7時，可以保證混合料具有足夠好的抗滑指標(biāo)，因此摻入22%的5～10mmRAP石灰?guī)r粗集料，其余57%新加石料采用輝綠巖。將石灰?guī)rRAP應(yīng)用在SMA抗滑表層，對高值化利用石灰?guī)rRAP、節(jié)約SMA路面修筑成本具有指導(dǎo)意義。

2 材料

2.1 新加礦料

新加粗集料采用本溪縣連山關(guān)石場輝綠巖，分為11.4～16mm、8.0～11.4mm、5.6～8.0mm三個規(guī)格，細(xì)集料采用遼陽小屯0～1.18mm機(jī)制砂，填料采用遼陽小屯礦粉。經(jīng)檢測，各礦料、填料樣品篩分結(jié)果見表1，均符合《2020 年遼寧省高速公路路面修復(fù)養(yǎng)護(hù)維修工程(2020年桓永高速公路路面修復(fù)養(yǎng)護(hù)維修工程)施工圖設(shè)計》的技術(shù)要求。

表1 各礦料篩分檢測結(jié)果

2.2 RAP

采用專門RAP骨料再生設(shè)備，通過預(yù)篩分、離心式分離、粗篩分、精分離等工藝，將瀝青路面銑刨料瀝青與石料剝離、精細(xì)篩分分離成5檔RAP材料，再生SMA添加精分離后5～10mmRAP和0～3mmRAP兩檔舊料。抽提前、后RAP的篩分結(jié)果見表2，抽提后粗細(xì)集料、舊瀝青檢測結(jié)果見表3～表5。

表2 RAP抽提前、后篩分結(jié)果

表3 5～10mmRAP粗集料檢測結(jié)果

表4 0～3mmRAP細(xì)集料檢測結(jié)果

表5 RAP的瀝青檢測結(jié)果

2.3 再生劑

再生劑采用遼寧智信公路工程技術(shù)咨詢有限公司生產(chǎn)的LJK-Z1再生劑，摻量為RAP的0.3%，檢測結(jié)果如表6所示。

表6 再生劑檢測結(jié)果

2.4 SBS改性瀝青

SBS改性瀝青由沈陽三鑫集團(tuán)盤錦路用材料有限公司生產(chǎn)。

2.5 木質(zhì)素纖維

木質(zhì)素纖維由天津中創(chuàng)同盛建材實業(yè)有限公司生產(chǎn)，摻量為混合料重的0.3%。

3 再生SMA混合料配合比設(shè)計

再生SMA混合料配合比設(shè)計及驗證結(jié)果見表7、表8。結(jié)果表明再生SMA混合料高低溫、抗水損害性能滿足設(shè)計要求。

表7 27%RAP SMA-13 各材料比例用量及合成級配

表8 再生SMA混合料路用性能驗證結(jié)果

4 工程應(yīng)用

4.1 試驗路概況

遼開高速公路于 2012 年 10 月通車，雙向四車道，路線全長86.1km。主要病害形式為裂縫，其中縱向裂縫為主，總的設(shè)計方案為對原路路面和橋面病害處理后進(jìn)行罩面。罩面材料為 4cm 改性瀝青 SMA-13L混合料。2020年9月5日在桓永高速公路永陵方向K43+000～K44+000全幅鋪筑了27%RAP摻量的SMA-13瀝青混凝土試驗段。

4.2 施工準(zhǔn)備

(1)應(yīng)配置生產(chǎn)工藝要求的生產(chǎn)設(shè)備，配置的生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)滿足生產(chǎn)合格RAP再生集料的要求。

(2)加工場地應(yīng)包括瀝青路面銑刨料堆放區(qū)、加工區(qū)、瀝青混合料回收料(RAP)精細(xì)加工后再生集料堆放區(qū)、辦公生活區(qū)以及廠區(qū)道路。

(3)瀝青路面銑刨料根據(jù)來源或石料類型不同分類存放，儲存能力應(yīng)滿足生產(chǎn)對儲存量及大型車輛裝卸、運輸?shù)囊蟆?/p>

(4)瀝青路面銑刨料可采取露天或設(shè)棚堆放方式，露天堆放時應(yīng)及時覆蓋，RAP再生集料須設(shè)棚堆放，防止受潮和揚塵，并做好四周排水。

(5)再生拌和站應(yīng)配備不少于2個RAP冷料倉，采用無級變頻調(diào)速，料倉出料門可調(diào)，保證上料精度，適應(yīng)不同產(chǎn)能需求。

(6)應(yīng)配備獨立的 RAP 加熱干燥滾筒，加熱裝置應(yīng)確保 RAP 不與火焰直接接觸。出料口應(yīng)安裝測溫裝置，溫度測量精度不低于±3℃。

(7)應(yīng)配備瀝青再生劑儲存、計量、噴灑裝置，再生劑靜態(tài)計量精度不低于±0.3%。

(8)應(yīng)配備獨立的 RAP 熱料暫存?zhèn)}及RAP 配料裝置和計量裝置，靜態(tài)計量精度不低于±0.5%。

4.3 施工工藝

4.3.1瀝青混合料的拌和

(1)拌和時可適當(dāng)提高新集料的加熱溫度，但不得超過 200℃。

(2)RAP 的加熱溫度應(yīng)控制在 130～150℃之間。

(3)再生SMA混合料出料溫度控制在 175～180℃。

(4)SMA 再生瀝青混合料拌和時間應(yīng)以混合料拌和均勻、所有礦料顆粒全部裹覆瀝青結(jié)合料為準(zhǔn)，并根據(jù)設(shè)備情況經(jīng)試拌確定。首先再生劑經(jīng)提升至再生加熱滾筒下料口處，均勻噴灑在加熱后的RAP表面，在暫存?zhèn)}進(jìn)行短暫滲透反應(yīng)；裹覆再生劑的RAP進(jìn)入拌缸后與高溫新集料和纖維適當(dāng)干拌后投入礦粉，總的干拌時間不得少于 10～15s。加入新瀝青后繼續(xù)拌和40～45s，總拌和時間不得少于 70～80s。

4.3.2SMA再生瀝青混合料的運輸、攤鋪、壓實及成型

(1)現(xiàn)場攤鋪溫度應(yīng)不低于 160℃。

(2)初壓溫度不得低于150℃，終壓溫度不得低于120℃。

5 再生SMA路面路用性能檢測

對路面鉆芯取樣后檢測的壓實度試驗結(jié)果見表9，壓實度平均值98.9%，代表值98.6%，標(biāo)準(zhǔn)差0.32；路用性能檢測結(jié)果見表10，均滿足設(shè)計要求。裂縫觀測與抗滑性能等檢測表明摻加石灰?guī)rRAP的再生SMA路面性能與全新輝綠巖SMA路面性能相當(dāng)。

表9 27%RAP SMA-13廠拌熱再生瀝青混合料路面壓實度試驗結(jié)果

表10 27%RAP SMA-13廠拌熱再生試驗路檢測數(shù)據(jù)(檢測時間：2021年6月)

6 結(jié)語

通過室內(nèi)試驗、工程應(yīng)用、現(xiàn)場施工及檢測結(jié)果表明，將精細(xì)化分離后的石灰?guī)rRAP應(yīng)用到高速公路SMA表面層技術(shù)可行、路用性能良好。再生SMA混合料級配組成穩(wěn)定，滿足間斷級配及SMA對混合料級配偏差的要求?；诓町惢ズ脑韺⑹?guī)r舊料應(yīng)用于SMA表面層，技術(shù)可行，社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益顯著，對高值化利用石灰?guī)rRAP、節(jié)約SMA路面修筑成本具有指導(dǎo)意義。長期路用性能有待進(jìn)一步跟蹤觀測。