環(huán)氧瀝青廠拌熱再生技術(shù)在高速路面養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用

肖 兵，區(qū) 樺，田小光

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

當(dāng)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(hù)產(chǎn)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(fèi)瀝青和土地資源，而且廢棄料中的有害物質(zhì)會污染環(huán)境[1，2]。而廠拌熱再生技術(shù)是將舊瀝青混合料經(jīng)破碎、篩分等預(yù)處理后，添加一定比例的新集料、新瀝青(再生劑)進(jìn)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(shù)能夠節(jié)約大量的瀝青、砂石等原材料，同時(shí)有利于處理廢料、保護(hù)環(huán)境，具有較好的推廣應(yīng)用前景。

但廠拌熱再生技術(shù)在推廣應(yīng)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(jīng)濟(jì)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(dǎo)致其在高等級路面推廣應(yīng)用受限[6-8]。而環(huán)氧瀝青屬于高性能材料，固化后強(qiáng)度高，同時(shí)對礦料級配要求不高，可作為再生結(jié)合料進(jìn)行使用，RAP的摻配比例可以達(dá)到100%，無需添加新集料。論文依托湖北武黃高速路面專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目，用環(huán)氧瀝青作為廠拌熱再生膠結(jié)料進(jìn)行試驗(yàn)段鋪筑，對環(huán)氧瀝青再生混合料的配合比設(shè)計(jì)、施工工藝及鋪筑效果進(jìn)行研究，以期為高摻量RAP廠拌熱再生的應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 工程概況

湖北武(漢)黃(石)高速公路全長70.299 km，經(jīng)武漢、鄂州、黃石三個(gè)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(jīng)濟(jì)圈的重要干道。武黃高速公路前身武黃公路原設(shè)計(jì)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(yán)重下降，出現(xiàn)大量病害，2001年武黃高速公路開始進(jìn)行路面加鋪改造，對全線水泥路面進(jìn)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(yīng)交通強(qiáng)國提出“綠色發(fā)展節(jié)約集約、低碳環(huán)保”的發(fā)展理念，推動(dòng)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(xiàng)養(yǎng)護(hù)中采用環(huán)氧瀝青再生混合料進(jìn)行試驗(yàn)段鋪筑，對高摻量RAP廠拌熱再生技術(shù)進(jìn)行研究。

試驗(yàn)段原路面結(jié)構(gòu)為4 cm Sup-12.5+6 cm AC20+2.5 cm應(yīng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)和再生路面結(jié)構(gòu)

2 原材料及配合比設(shè)計(jì)

2.1 原材料

1)RAP

試驗(yàn)段RAP均采用武黃高速公路路面專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)中銑刨料，含水率滿足≤3%的使用要求，根據(jù)抽提篩分后結(jié)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(jié)果將舊料經(jīng)4.75 mm篩網(wǎng)被分成粗細(xì)兩檔(5～16 mm為粗料，0～5 mm為細(xì)料)，粗、細(xì)料中均含有瀝青瑪蹄脂膠團(tuán)，再生混合料均采用RAP，無新集料添加。

表2 RAP抽提篩分試驗(yàn)結(jié)果

2)環(huán)氧瀝青再生膠結(jié)料

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

表3 70#瀝青試驗(yàn)結(jié)果

2.2 配合比設(shè)計(jì)

由于RAP的添加，常規(guī)廠拌熱再生混合料的配合比設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定出RAP的摻配比例，但該項(xiàng)目再生膠結(jié)料采用環(huán)氧瀝青材料，粗、細(xì)集料均采用RAP，無需對RAP材料摻配比例進(jìn)行研究。為確定試驗(yàn)段環(huán)氧瀝青再生瀝青混合料最佳級配，研究通過調(diào)整破碎分檔后的各檔集料比例進(jìn)行礦料級配設(shè)計(jì)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初擬粗、細(xì)料摻配比例見表4，3個(gè)摻配比例的級配結(jié)果見表5。

表4 粗、細(xì)料摻配比例

表5 環(huán)氧瀝青再生瀝青混合料粗細(xì)料不同摻配比例的合成級配結(jié)果

根據(jù)室內(nèi)研究經(jīng)驗(yàn)，初擬油石比2.0%，基質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)，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(biāo)空隙率和摩擦系數(shù)確定最佳樹脂瀝青膠結(jié)料用量。并通過拌合站試拌調(diào)整，確定各試驗(yàn)段上面層和中面層的配合比，最終確定上面層粗料∶細(xì)料=90∶10，油石比2.0%；中面層舊料RAP粗料∶細(xì)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(yàn)段具體施工流程有施工前準(zhǔn)備(路面銑刨、RAP預(yù)處理及拌合站改造)、拌合、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓、養(yǎng)生完成后開放交通六個(gè)環(huán)節(jié)。

1)施工前準(zhǔn)備

施工前準(zhǔn)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(yàn)段采用的舊料均來源于武黃高速公路銑刨料，銑刨料經(jīng)顎式破碎機(jī)軋制后分篩成粗料(5～16 mm)和細(xì)料(0～5 mm)兩檔，分檔后的粗細(xì)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(shí)同時(shí)添加，需要施工前對常規(guī)的廠拌熱再生拌合站進(jìn)行改造，主要是增加了環(huán)氧瀝青A、B組分的計(jì)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(jī)2000型，因攪拌站再生系統(tǒng)程序設(shè)定最大舊料摻量為60%，不能達(dá)到100%舊料拌和，經(jīng)改造后，實(shí)現(xiàn)100%舊料拌合，并單獨(dú)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(jìn)行流速測定，同時(shí)穩(wěn)定上料速度，通過單倉轉(zhuǎn)速比的設(shè)定，確保粗、細(xì)料用量比例，在保證粗細(xì)料比例不變的情況下，通過調(diào)整統(tǒng)一轉(zhuǎn)速保證舊料進(jìn)料量以調(diào)節(jié)拌合樓產(chǎn)量。生產(chǎn)時(shí)，提前加熱環(huán)氧瀝青A、B組分和70#瀝青，舊料粗、細(xì)比例用冷料斗轉(zhuǎn)速控制；拌和時(shí)，啟動(dòng)再生干燥筒，開始幾盤舊料溫度達(dá)不到拌和溫度應(yīng)廢棄，直至舊料溫度達(dá)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(shí)間10 s，干拌結(jié)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(jì)量，然后放入混合罐攪拌，攪拌時(shí)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(shí)間為65～70 s。

3)運(yùn)輸

拌合站至現(xiàn)場運(yùn)距大約為60 km，環(huán)氧瀝青再生混合料運(yùn)輸車無特殊要求，和以往瀝青混合料運(yùn)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(yùn)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(jié)，從拌合機(jī)向運(yùn)輸車上裝料時(shí)，先后部再前部順序裝入。采用插入式數(shù)顯溫度計(jì)或紅外線溫度計(jì)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(jī)就位后，熨平板拼接緊密，預(yù)熱溫度不低于100 ℃。攤鋪機(jī)的接料斗適當(dāng)涂上防粘液，料車應(yīng)對準(zhǔn)攤鋪機(jī)料斗中心，距攤鋪機(jī)約10 cm左右空檔，由攤鋪機(jī)迎上推動(dòng)，前進(jìn)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(yīng)及時(shí)處理。

5)碾壓

環(huán)氧再生瀝青混合料壓實(shí)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(jī)和鋼輪壓路機(jī)碾壓時(shí)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(jié)。中面層：初壓由膠輪壓路機(jī)緊跟攤鋪機(jī)靜壓4～5遍，達(dá)到表面密實(shí)，最后用鋼輪壓路機(jī)消除輪跡。上面層：初壓由鋼輪壓路機(jī)緊跟攤鋪機(jī)靜壓2遍，復(fù)壓用膠輪壓路機(jī)碾壓3遍，最后用鋼輪壓路機(jī)消除輪跡。

6)養(yǎng)生

在當(dāng)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(jī)或其他車輛，并防止礦料、油料和雜物散落在表面上。壓實(shí)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(dòng)穩(wěn)定度達(dá)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(yàn)證

試驗(yàn)段鋪筑當(dāng)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(jìn)行驗(yàn)證，檢測指標(biāo)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(dòng)穩(wěn)定度強(qiáng)度、水穩(wěn)定性和低溫小梁彎曲性能。試驗(yàn)檢測結(jié)果見表6。

表6 試驗(yàn)段上面層、中面層環(huán)氧瀝青混合料性能檢測結(jié)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(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足技術(shù)使用要求，其中標(biāo)養(yǎng)條件下上面層、中面層60 ℃動(dòng)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(jié) 語

在全球原油、石料資源日趨緊張的今天，推動(dòng)高摻量RAP廠拌熱再生技術(shù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)廢舊材料重復(fù)利用，對節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境具有重要的戰(zhàn)略意義。論文結(jié)合武黃高速公路路面專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)工程，對環(huán)氧瀝青作為再生膠結(jié)料在廠拌熱再生中的應(yīng)用情況進(jìn)行詳細(xì)介紹，該技術(shù)能夠?qū)崿F(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(yīng)用前景。