環(huán)氧瀝青廠拌熱再生技術在高速路面養(yǎng)護中的應用

肖 兵，區(qū) 樺，田小光

(1.湖北交投武黃高速公路運營管理有限公司，武漢 430205；2.中南安全環(huán)境技術研究院股份有限公司，武漢 430051)

當前我國高速公路總里程已超過16萬公里，90%以上的路面為瀝青混凝土路面。瀝青路面每年翻修養(yǎng)護產生大量的廢舊瀝青混合料(Reclaimed Asphalt Pavement，RAP)，若將RAP料廢棄，不僅浪費瀝青和土地資源，而且廢棄料中的有害物質會污染環(huán)境[1，2]。而廠拌熱再生技術是將舊瀝青混合料經破碎、篩分等預處理后，添加一定比例的新集料、新瀝青(再生劑)進行加熱拌和，使廢舊料能夠再次鋪筑使用的工藝，再生后路用性能可以媲美常規(guī)瀝青混合料[3-5]。在國家減碳背景下，該技術能夠節(jié)約大量的瀝青、砂石等原材料，同時有利于處理廢料、保護環(huán)境，具有較好的推廣應用前景。

但廠拌熱再生技術在推廣應用中同樣面臨諸多問題，首先是廠拌熱再生受加熱溫度、級配不穩(wěn)定等因素限制舊料摻配比例通常不超過30%，綜合經濟效益與普通新建路面相比優(yōu)勢不明顯；其次受回收的RAP材料的變異性影響，再生后路用性能不理想，尤其是水穩(wěn)定性和疲勞耐久性不理想，導致其在高等級路面推廣應用受限[6-8]。而環(huán)氧瀝青屬于高性能材料，固化后強度高，同時對礦料級配要求不高，可作為再生結合料進行使用，RAP的摻配比例可以達到100%，無需添加新集料。論文依托湖北武黃高速路面專項養(yǎng)護項目，用環(huán)氧瀝青作為廠拌熱再生膠結料進行試驗段鋪筑，對環(huán)氧瀝青再生混合料的配合比設計、施工工藝及鋪筑效果進行研究，以期為高摻量RAP廠拌熱再生的應用提供技術參考。

1 工程概況

湖北武(漢)黃(石)高速公路全長70.299 km，經武漢、鄂州、黃石三個行政區(qū)，東連黃石長江大橋、黃石-黃梅高速公路，是武漢城市經濟圈的重要干道。武黃高速公路前身武黃公路原設計為雙向四車道水泥混凝土路面，1991年2月正式通車。通車后隨著交通量逐年增大，武黃公路路況嚴重下降，出現(xiàn)大量病害，2001年武黃高速公路開始進行路面加鋪改造，對全線水泥路面進行“黑色化”改造，是湖北省第一條水泥路面白改黑的高速公路。為響應交通強國提出“綠色發(fā)展節(jié)約集約、低碳環(huán)?！钡陌l(fā)展理念，推動施工材料、廢舊材料再生和綜合利用，在2021年武黃高速路面專項養(yǎng)護中采用環(huán)氧瀝青再生混合料進行試驗段鋪筑，對高摻量RAP廠拌熱再生技術進行研究。

試驗段原路面結構為4 cm Sup-12.5+6 cm AC20+2.5 cm應力吸收層+24 cm水泥混凝土，主要病害類型為路面龜裂，采用的路面改造結構為4 cm環(huán)氧瀝青再生混合料+8.5 cm環(huán)氧瀝青再生混合料，見表1。

表1 原路面結構和再生路面結構

2 原材料及配合比設計

2.1 原材料

1)RAP

試驗段RAP均采用武黃高速公路路面專項養(yǎng)護中銑刨料，含水率滿足≤3%的使用要求，根據(jù)抽提篩分后結果(見表2)，4.75 mm篩上比例占比40%，為便于施工，根據(jù)現(xiàn)場篩分結果將舊料經4.75 mm篩網被分成粗細兩檔(5～16 mm為粗料，0～5 mm為細料)，粗、細料中均含有瀝青瑪蹄脂膠團，再生混合料均采用RAP，無新集料添加。

表2 RAP抽提篩分試驗結果

2)環(huán)氧瀝青再生膠結料

再生膠結料由環(huán)氧瀝青組分A、組分B和70#基質瀝青共同組成，其中A、B組分摻配比例固定，基質瀝青摻加比例在(A+B)∶70#基質瀝青=70∶30左右。70#基質瀝青性能指標試驗結果見表3。

表3 70#瀝青試驗結果

2.2 配合比設計

由于RAP的添加，常規(guī)廠拌熱再生混合料的配合比設計應根據(jù)實際情況確定出RAP的摻配比例，但該項目再生膠結料采用環(huán)氧瀝青材料，粗、細集料均采用RAP，無需對RAP材料摻配比例進行研究。為確定試驗段環(huán)氧瀝青再生瀝青混合料最佳級配，研究通過調整破碎分檔后的各檔集料比例進行礦料級配設計。根據(jù)經驗初擬粗、細料摻配比例見表4，3個摻配比例的級配結果見表5。

表4 粗、細料摻配比例

表5 環(huán)氧瀝青再生瀝青混合料粗細料不同摻配比例的合成級配結果

根據(jù)室內研究經驗，初擬油石比2.0%，基質瀝青摻配比例為30%，拌和溫度120 ℃，成型馬歇爾試件和車轍板試件，標準養(yǎng)生后根據(jù)馬歇爾體積參數(shù)、水穩(wěn)定性、摩擦系數(shù)等指標，確定各檔RAP的摻配比例；在確定各檔摻配比例后，根據(jù)目標空隙率和摩擦系數(shù)確定最佳樹脂瀝青膠結料用量。并通過拌合站試拌調整，確定各試驗段上面層和中面層的配合比，最終確定上面層粗料∶細料=90∶10，油石比2.0%；中面層舊料RAP粗料∶細料=85∶15，油石比2.1%。

3 環(huán)氧瀝青再生混合料施工工藝

環(huán)氧瀝青再生混合料試驗段具體施工流程有施工前準備(路面銑刨、RAP預處理及拌合站改造)、拌合、運輸、攤鋪、碾壓、養(yǎng)生完成后開放交通六個環(huán)節(jié)。

1)施工前準備

施工前準備工作主要包含路面銑刨、RAP破碎篩分及拌合站改造工作。試驗段采用的舊料均來源于武黃高速公路銑刨料，銑刨料經顎式破碎機軋制后分篩成粗料(5～16 mm)和細料(0～5 mm)兩檔，分檔后的粗細料分開堆放，用彩條布覆蓋。由于環(huán)氧瀝青組分A和組分B在拌合時同時添加，需要施工前對常規(guī)的廠拌熱再生拌合站進行改造，主要是增加了環(huán)氧瀝青A、B組分的計量、混合罐攪拌裝置、泵送系統(tǒng)、軟件操作控制程序等。

2)拌合

拌合站采用德基4000型瀝青混凝土拌合站拌制，配套再生機2000型，因攪拌站再生系統(tǒng)程序設定最大舊料摻量為60%，不能達到100%舊料拌和，經改造后，實現(xiàn)100%舊料拌合，并單獨配備環(huán)氧瀝青A、B控制稱量系統(tǒng)。在拌合前對舊料倉進行流速測定，同時穩(wěn)定上料速度，通過單倉轉速比的設定，確保粗、細料用量比例，在保證粗細料比例不變的情況下，通過調整統(tǒng)一轉速保證舊料進料量以調節(jié)拌合樓產量。生產時，提前加熱環(huán)氧瀝青A、B組分和70#瀝青，舊料粗、細比例用冷料斗轉速控制；拌和時，啟動再生干燥筒，開始幾盤舊料溫度達不到拌和溫度應廢棄，直至舊料溫度達到140 ℃左右，然后正式開始加環(huán)氧瀝青和70#瀝青拌和。舊料干拌時間10 s，干拌結束后，立即加入環(huán)氧瀝青組分A和組分B。A、B組分需提前計量，然后放入混合罐攪拌，攪拌時間不少于50 s；先舊料和環(huán)氧瀝青濕拌20 s，然后再加入70#瀝青攪拌45 s，濕拌總時間為65～70 s。

3)運輸

拌合站至現(xiàn)場運距大約為60 km，環(huán)氧瀝青再生混合料運輸車無特殊要求，和以往瀝青混合料運輸車相同，采用大噸位自卸汽車，混合料自卸車均配備防雨蓬布，用以保溫、防雨、防污染。運料前先對車廂徹底清掃，并用高壓噴霧器對車箱底部及邊板噴灑一簿層油水混合液，防止混合料粘結，從拌合機向運輸車上裝料時，先后部再前部順序裝入。采用插入式數(shù)顯溫度計或紅外線溫度計來檢測每車環(huán)氧再生瀝青混合料的出場溫度，記錄每車混合料溫度。

4)攤鋪

環(huán)氧瀝青再生混合料攤鋪同常規(guī)瀝青混合料攤鋪工藝相同，攤鋪機就位后，熨平板拼接緊密，預熱溫度不低于100 ℃。攤鋪機的接料斗適當涂上防粘液，料車應對準攤鋪機料斗中心，距攤鋪機約10 cm左右空檔，由攤鋪機迎上推動，前進速度控制在2～4 m/min。攤鋪過程中，由專人檢查鋪筑厚度、平整度及離析狀況，發(fā)現(xiàn)局部離析、拖痕等問題應及時處理。

5)碾壓

環(huán)氧再生瀝青混合料壓實分為兩種方案，中面層碾壓方式：膠輪+鋼輪組合碾壓，上面層碾壓方式：鋼輪+膠輪+鋼輪組合方式。膠輪壓路機和鋼輪壓路機碾壓時禁止灑水，用植物油擦拭，碾壓初期頻繁擦拭防止混合料粘結。中面層：初壓由膠輪壓路機緊跟攤鋪機靜壓4～5遍，達到表面密實，最后用鋼輪壓路機消除輪跡。上面層：初壓由鋼輪壓路機緊跟攤鋪機靜壓2遍，復壓用膠輪壓路機碾壓3遍，最后用鋼輪壓路機消除輪跡。

6)養(yǎng)生

在當天碾壓的尚未冷卻的環(huán)氧再生瀝青混凝土面層上，不得停放壓路機或其他車輛，并防止礦料、油料和雜物散落在表面上。壓實完成后，封閉交通養(yǎng)生2～3 d，成型車轍試件同條件養(yǎng)生，車轍動穩(wěn)定度達到3 000次/mm，可以開放交通。

4 環(huán)氧瀝青再生混合料性能驗證

試驗段鋪筑當天通過檢測留樣混合料性能，對環(huán)氧瀝青再生混合料性能進行驗證，檢測指標和常規(guī)普通瀝青混合料一致，主要檢測馬歇爾試件空隙率、自然養(yǎng)生期間車轍動穩(wěn)定度強度、水穩(wěn)定性和低溫小梁彎曲性能。試驗檢測結果見表6。

表6 試驗段上面層、中面層環(huán)氧瀝青混合料性能檢測結果

由表6可以看出上面層、中面層的環(huán)氧瀝青再生混合料的各項技術指標均滿足技術使用要求，其中標養(yǎng)條件下上面層、中面層60 ℃動穩(wěn)定度均超過10 000次/mm，具有較為優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性。

5 結 語

在全球原油、石料資源日趨緊張的今天，推動高摻量RAP廠拌熱再生技術發(fā)展，實現(xiàn)廢舊材料重復利用，對節(jié)能減排、保護環(huán)境具有重要的戰(zhàn)略意義。論文結合武黃高速公路路面專項養(yǎng)護工程，對環(huán)氧瀝青作為再生膠結料在廠拌熱再生中的應用情況進行詳細介紹，該技術能夠實現(xiàn)廢舊料100%利用，再生后混合料綜合路用性能優(yōu)異，施工工藝流程簡單，具有良好的推廣應用前景。