公路瀝青路面常用再生方式應用分析

周 榮

（佛山市中策高速公路投資有限公司,廣東 佛山 528000）

0 引言

截至2020年末，全國公路總里程519.81萬km，公路養護里程514.40萬km，占公路總里程99.0%，公路已由大規模建設期進入到維修養護期。我國道路面層采用瀝青混凝土的居多，隨著維修養護工程的開展，數以萬噸計的廢舊瀝青路面材料（RAP）產生，將RAP資源化應用于道路面層中，不僅可以避免廢舊材料占用土地和污染環境，而且可以減少對優質石料、瀝青的需求，經濟效益和環保效益十分顯著，對早日實現道路材料領域的碳達峰和碳中和也具有重要的意義。

目前瀝青路面再生方式有五種[1]，但全深式再生層位涉及基層甚至底基層及以下的材料，再生后重新用作基層[2]，就地冷再生應用層位較低，性能和經濟效益較差[3]，所以該文選取某高速公路采用廠拌熱再生、就地熱再生、廠拌冷再生3種再生方式研究瀝青面層再生，進行路用性能評價，并從公路工程定額的角度，對三種再生技術進行成本分析，對今后公路養護具有借鑒意義。

1 再生方式適用性分析

廠拌熱再生適用于各等級公路的瀝青面層或柔性基層。為了保證再生混合料的拌和質量和出料溫度，RAP的摻配比例一般控制在30%[2]，目前對高摻量的研究很多，但用于高層位的工程應用較少。相比于其他再生方式，生產的瀝青混合料質量較好，但生產時既要保證不二次老化舊瀝青，又要保證RAP能加熱達到一定的溫度；同時為了達到新舊料拌和均勻的效果，攪拌時間比一般生產時間長，從而在一定程度上降低了生產效率。

廠拌冷再生技術主要將再生混合料用于高等級公路瀝青路面的下面層、基層及底基層，也可用于三、四級公路的面層，可修復面層和基層的路面病害，但氣候要求相對較高，維修的路面等級較低。

就地熱再生混合料可用作中面層或上面層。就地熱再生的優勢在于不需要運輸費，也不需要堆放場地，并且舊料的利用率可以達到100%，但設備費用較高，對溫度控制要求也高。

2 再生混合料配合比設計

2.1 工程概況

某高速是國道主干線的一段，既有水泥混凝土路面，又有瀝青混凝土路面，主線全長218 km，于2002年年底正式通車運營，其中K1100+530~K1247+200（包括互通匝道）為瀝青混凝土路面，為雙向四車道高速公路，路基寬26 m。原路面設計結構為：4.0 cm道路石油瀝青AK-13I+5.5 cm道路石油瀝青AC-20I+5.5 cm道路石油瀝青AC-20I +1.0 cm稀漿封層+17 cm 6%水泥穩定級配碎石上基層+17 cm 6%水穩碎石基層+20 cm 4%水穩碎石底基層，所用瀝青皆為重交瀝青AH-70。隨著車流量與重載車的比例逐年增加，加上使用年限的增加，瀝青路面路段出現了不同程度的損壞，亟須進行維修養護。

2.2 RAP性能

原瀝青路面歷經多次維修養護，與原路面設計材料已經有很大的不同，處理舊路面時進行了分層銑刨、分開堆放。在RAP材料回收過程中將原瀝青路面的中、下面層銑刨的RAP與上面層銑刨的RAP分開銑刨與堆放，一次性銑刨厚度未超過12 cm，RAP材料破碎篩分為15~25 mm（1#）、8~15 mm（2#）、0~8 mm（3#）三檔，這三種粒徑對應的上面層的油石比分別為4.7%、3.45%、5.1%，中下面層的油石比分別4.50%、3.75%、4.73%。測試抽提回收的舊瀝青，可看出經多年行車荷載和環境因素影響，舊瀝青嚴重老化，但25 ℃針入度（0.1 mm）均為30以上，滿足不小于20的技術要求，所以RAP符合再生利用的條件，具有一定的再生價值。

2.3 配合比設計

根據規范要求，按照設計流程得到各再生方式的級配曲線圖1~3，采用馬歇爾試驗方法確定最佳油石比，由試驗結果可得廠拌熱再生混合料最佳油石比為4.3%，廠拌冷再生瀝青混合料最佳油石比為4.4%，就地熱再生混合料最佳油石比為4.4%。

圖1 廠拌熱再生合成級配曲線圖

圖2 廠拌冷再生合成級配曲線圖

圖3 就地熱再生合成級配曲線圖

3 路用性能分析

對三種再生瀝青混合料進行高溫穩定性、水穩定性與低溫抗裂性等路用性能試驗，三種混合料各項性能試驗結果見圖4~7。

3.1 高溫穩定性能

將三種再生方式的混合料動穩定度結果繪于圖4中，橫線代表技術要求指標，可以看出再生混合料高溫性能均滿足要求，且均優于熱拌新料。相較于廠拌熱再生、就地熱再生，廠拌冷再生高溫性能更優，達到了10 500次/mm，分析原因，主要是乳化瀝青廠拌冷再生混合料中外摻了1.5%的水泥，提高了混合料的高溫穩定性，未摻水泥的兩種混合料，廠拌熱再生的混合料比就地熱再生的混合料抗車轍能力更強。

圖4 不同再生方式的混合料動穩定度

3.2 水穩定性能

再生瀝青混合料的水穩定性是影響路面耐久性的重要因素，圖中橫線代表技術要求指標，由圖5可知，三種再生混合料的殘留穩定度都大于規范要求85%，表明再生瀝青混合料的抗水損害能力都滿足規范要求，但除了廠拌冷再生混合料的浸水殘留穩定度高于熱拌新料外，其他再生混合料水穩性能均有所下降。但在凍融劈裂抗拉強度比（圖6）方面，廠拌熱再生的再生混合料凍融劈裂強度比最高，廠拌冷再生的再生瀝青混合料水穩定性不滿足要求；就地熱再生混合料剛滿足要求，水穩定性一般。浸水馬歇爾試驗相當于對再生瀝青混合料試件進行了“養護”，凍融劈裂試驗更加貼近路面實際所受到的水損害過程，所以綜合來看，廠拌熱再生混合料的水穩定性能最優，能達到與新料一樣的性能水平。

圖5 不同再生方式的混合料浸水殘留穩定度

圖6 不同再生方式的混合料凍融劈裂強度比

3.3 低溫抗裂性能

通過小梁彎曲試驗評價試件的低溫性能，實驗結果統計見圖7，橫線代表技術要求指標，因為該文參考的改性瀝青混合料的標準，所以廠拌冷再生性能遠低于標準要求，但就地熱再生和廠拌熱再生混合料分別應用于上面層和中面層，且高速公路的中上面層一般為改性瀝青混合料，所以這兩種再生方式形成的再生混合料應達到改性瀝青混合料的標準，但從圖7可知，只有廠拌熱再生形成的混合料的低溫彎曲破壞應變超過了技術要求標準，就地熱再生的混合料未滿足要求。

圖7 不同再生方式的混合料低溫彎曲破壞應變

4 經濟效益分析

再生瀝青混合料的路用性能滿足要求的前提下，經濟效益決定了該技術對建設單位和施工單位的吸引力，如果該技術經濟效益顯著，則推廣普及起來相對較易。為了對三種再生技術的經濟成本有一個相對客觀的評價，該文采用工程定額的方法，對三種再生技術的經濟效益進行了比較，主要包括人工費、材料費和機械費。根據工程實際實施情況，選取三種再生技術與對應層位的新料進行比較。選取廠拌熱再生混合料與AC-20熱拌混合料與之對比；就地熱再生混合料將其與AC-13熱拌混合料進行對比；廠拌冷再生將其與AC-20冷拌混合料與之對比。根據湖南省交通運輸廳交通建設造價管理站發布的《2021年12月、第四季度湖南省交通建設工程材料參考價及公路工程材料價格指數》，結合拌和站的調研結果，確定了用于計算經濟效益的各項材料價格，其中RAP進入拌和站價格約為20元/t，使用的再生劑為15 000元/t。廠拌熱再生改性瀝青混合料時再生劑摻量為8%、RAP摻量為33%，廠拌冷再生混合料水泥外摻1.5%、RAP為85%，就地熱再生混合料中再生劑摻量為4%、改性劑摻量為4%，RAP摻量為80%，就地再生時RAP不考慮成本，計算結果匯總得到表1，可知，就地熱再生成本節約率最高，可達66.02%，廠拌熱再生成本節約率僅為26.36%，分析可知，主要是就地熱再生的RAP摻量高達80%，且舊集料替代的是價格相對昂貴的玄武巖。

表1 材料成本對比匯總

機械費和人工費在綜合成本中所占比例很少，該文根據現有研究成果，結合該工程實際，計算結果如表2所示，就地熱再生綜合成本節約率最高，可達54.63%，廠拌熱再生成本節約率僅為19.41%，但不可忽略的是，就地熱再生要求設備較多，實際機械費用成本差異較大，實際綜合成本節約率略低于表2計算值。

表2 綜合成本對比匯總

5 結語

該文基于同一高速公路，分別對廠拌熱再生、就地熱再生、廠拌冷再生3種不同再生技術的路用性能、經濟效益進行了量化對比分析。選取了高溫穩定性、水穩定性、低溫抗裂性作為技術評價指標，開展了路用性能對比評價，從工程定額的角度，對三種再生技術與對應層位的常用混合料的成本進行了對比分析，并得到以下結論：

（1）相比于制作新拌料來說，三種再生技術具有顯著的經濟效益，其中就地熱再生經濟效益最好，成本節約率達66.02%。

（2）再生混合料路用性能差異較大，與對應層位的新拌料相比，再生混合料的高溫穩定性均優于新拌瀝青混合料，低溫性能相反，再生時，要著重考慮提升低溫性能。

（3）廠拌熱再生方式形成的混合料整體性能最優，低溫性能接近新料，能夠應用于瀝青路面各面層。

（4）實際應用過程中，還應綜合考慮RAP運距、現有設備配備情況，再生路面使用壽命等因素，選擇組合最優的再生方法。