高模量廠拌熱再生技術研究與應用

江 臣，厲廣廣，安景峰，鄭 揚

(1.江蘇省交通工程建設局，江蘇 南京 210001；2.蘇交科集團股份有限公司新型道路材料國家工程實驗室，江蘇 南京 211112)

在瀝青路面的養護工程中會產生大量的廢舊路面銑刨料，傳統的處理方式是將其堆棄，不僅占用大量的土地、污染周邊生態環境，而且對于瀝青、石料這些不可再生資源來說，也是一種極大的浪費[1-2]。《公路“十四五”發展規劃》重點任務中明確指出，貫徹落實綠色發展理念，推動公路交通與生態保護協同發展，繼續深化綠色公路建設，促進資源能源節約集約利用，推廣施工材料、廢舊材料再生和綜合利用，鼓勵公路建設應用廢舊材料。高模量改性劑對于提高再生瀝青混合料耐高溫性能和抗水損壞性能有明顯效果[3-4]。如何實現廢舊路面材料的高價值利用，是新形勢下道路工作者必須重視的一大問題。

耐久性高模量熱再生瀝青混合料(High modulus Recycled Asphalt Concrete，HRC)的技術特點在于充分發揮舊瀝青路面中老化瀝青變硬的特性，充分調動其有效成分和老化瀝青性能，不需要使用再生劑，通過添加一定比例標號較低的瀝青進行改性，并摻加一定比例的新集料混合而成，實現耐久性熱再生瀝青混合料優勢[5]。其設計理念較傳統的70#及更高標號的道路石油瀝青相比，通過使用較大的膠結料用量，彌補瀝青混合料使用相對較硬的舊瀝青引起抗水損害性能、抗低溫性能、耐久性能不足的問題，并通過改進礦料級配，使粗集料形成良好的骨架結構，以提高混合料的抗剪性能[6]。不采用價格較高的再生劑來調整再生瀝青的性能，從而得到一種低成本的耐久性熱再生瀝青混合料。

研究依托京滬高速改擴建工程，將銑刨下來的舊瀝青混合料(RAP料)用于耐久性高模量再生混合料的設計中，圍繞高模量再生混合料(HRC-20)進行配合比設計與材料性能研究，開發出適用于高速公路下面層的高模量再生瀝青混合料。在不添加再生劑情況下，能夠滿足應用要求，同時實現RAP料再生利用，可為大量高速公路改擴建工程舊料利用提供技術參考。

1 原材料試驗

(1)瀝青

選取京滬高速改擴建工程中產生的銑刨料開展回收瀝青試驗，測試老化瀝青的各項指標，并按照70#道路石油瀝青∶硬質瀝青=75∶25的摻配比例測試復配后的硬質瀝青各項指標，結果如表1所示。可以看出，回收的老化瀝青針入度小于新瀝青，軟化點和60 ℃動力黏度大于新瀝青，表明銑刨料中的瀝青出現了明顯的老化現象，摻配一定比例的硬質瀝青顆粒的復配瀝青，針入度減小，軟化點保持不變，60 ℃動力黏度明顯增大。

(2)礦料

為了提高銑刨料的摻量，減少再生混合料的質量波動，將銑刨料經過破碎篩分后分成了粗銑刨料和細銑刨料兩檔，各礦料的密度、吸水率和篩分結果分別如表2和表3所示。

表1 瀝青性能試驗結果

表2 礦料相對密度試驗結果

表3 各種礦料的篩分試驗結果

2 配合比設計

根據《公路高模量瀝青路面施工技術指南》(T-CHTS 1004—2018)[7]的要求開展高模量廠拌熱再生混合料配合比設計，結合實際工程應用經驗，選擇5.5%的油石比，并優選一個級配開展旋轉壓實試驗，確定混合料的壓實特性[8]，銑刨料加熱溫度為135 ℃。旋轉壓實儀有效內部角設定為0.82°±0.02°，壓實次數為100次，合成級配和旋轉壓實試驗結果如表4和表5所示。結果表明，所設計的耐久性高模量瀝青混合料空隙率為2.0%，滿足不大于4%的技術要求。由此確定設計的高模量廠拌熱再生瀝青混合料HRC-20礦料比例為m(1#料)∶m(2#料)∶m(3#料)∶m(細集料)∶m(粗銑刨料)∶m(細銑刨料)∶m(礦粉)=24.0%∶21.0%∶5.0%∶19.0%∶15.4%∶15.1%∶2.0%，油石比為5.5%。

表4 合成級配通過率明細

表5 旋轉體積指標

圖1 設計級配曲線圖

3 路用性能研究

在得到的配合比設計的基礎上，結合HRC-20混合料的使用場景，分別從抗水損害、高溫穩定性、低溫抗裂性、動態模量、抗疲勞性等方面開展性能驗證試驗，并與SBS改性瀝青AC-20和廠拌熱再生SUP-20(30%RAP，3%再生劑)兩種混合料性能進行對比，結果如表6所示。

從結果可以看出，所設計的HRC-20高模量熱再生瀝青混合料的路用性能均滿足要求。其中，除破壞應變低于SBS改性瀝青AC-20和廠拌熱再生SUP-20之外，其余指標均明顯優于HRC-20高模量熱再生瀝青混合料，表明HRC-20高模量熱再生瀝青混合料具有更好的水穩定性、高溫穩定性和疲勞壽命，動態模量和疲勞次數更是二者的2～3倍，進一步驗證了HRC-20高模量熱再生瀝青混合料具有優異的力學性能和抗疲勞性能。

表6 高模量再生瀝青混合料路用試驗

4 試驗段鋪筑

為了進一步驗證高模量廠拌再生技術的適用性，依托京滬高速公路改擴建工程，在淮安劉老莊收費站至平交道口的路段，鋪筑了高模量廠拌熱再生混合料HRC-20試驗路，總長度為235 m，面積4 096.8 m2。

基于室內目標配合比設計結果，并結合現場拌合站熱料倉篩分試驗結果，開展了高模量廠拌熱再生混合料HRC-20生產配合比級配組成設計，并通過旋轉壓實儀試驗確定混合料的空隙率為0.3%，滿足技術要求，由此確定的生產配合比如表7所示。

表7 配合比設計結果

根據現場鋪筑情況對施工過程中的混合料性能和施工后的路面各項技術指標進行了檢測，結果如表8所示。可以看出，施工現場的高模量廠拌熱再生混合料HRC-20的馬歇爾穩定度、動穩定度等指標滿足技術要求，路面壓實度、滲水系數、平整度指標也滿足技術要求，初步驗證了高模量廠拌熱再生技術用于公路路面中是可行的。

表8 現場檢測結果

5 經濟效益分析

為了分析高模量廠拌熱再生技術的經濟效益，分別以SBS改性瀝青混合料AC-20和廠拌熱再生瀝青混合料SUP-20(30%RAP，3%再生劑)作為參照對象，結合當地材料單價對每噸混合料價格進行測算，結果如表9所示。廠拌熱再生SUP-20的價格最低269.8元/t，SBS改性瀝青AC-20的價格最高為367.5元/t，高模量廠拌熱再生HRC-20的價格介于二者之間，相比常規SBS改性瀝青AC-20節約材料成本約15%左右，且獲得更優異的路用性能。

表9 不同瀝青混合料材料成本對比

6 結 論

圍繞高模量廠拌再生技術開展了混合料設計、路用性能評價、試驗路鋪筑及實施效果評估、經濟效益分析等方面的研究，主要結論如下。

(1)開展了高模量廠拌熱再生混合料HRC-20配合比設計，并研究了其路用性能，結果表明，相比SBS改性瀝青AC-20和廠拌熱再生SUP-20，高模量廠拌熱再生混合料具有更優異的抗水損壞性能、抗車轍性能和抗疲勞特性。

(2)開展了高模量廠拌熱再生技術實體工程驗證試驗，通過試驗路鋪筑，確定了高模量廠拌熱再生混合料HRC-20的生產配合比，施工過程中的質量檢測結果驗證了其應用于路面中是可行的。

(3)對比分析了高模量廠拌熱再生混合料HRC-20的材料成本，結果表明，相較于常規的SBS改性瀝青混合料AC-20，HRC-20可降低材料成本15%左右，具有更優的經濟效益。