摻瀝青混合料回收料再生混凝土技術的施工實踐研究

王建文，李 巖，梁建斌

（山西大成高速公路有限公司，山西忻州 034209）

0 引言

根據交通運輸部歷年交通運輸行業發展統計公報顯示，我國公路養護里程逐年增加，占總里程的比重也逐年增加。據統計，我國95%的高速路面都是瀝青路面，在瀝青路面全壽命周期內必須要進行多次的預防性養護、小修保養、大中修養護，在此過程中必然會產生大量的瀝青混合料回收料（RAP），RAP 的堆積處理不僅會占用大量土地，還會造成環境污染[1-2]。

RAP 常規再生利用是通過就地冷再生、就地熱再生、廠拌熱再生等方式實現[3-5]，而對于RAP 堆存量較小且不適宜常規再生利用時，將RAP 作為天然碎石的替代品用于生產水泥混凝土，就近用于中分帶封閉層、邊溝蓋板、路緣石等附屬設施，可以節約大量碎石材料，有效減少對環境的污染，對建設綠色交通具有重要意義。

本文依托繁大高速公路中分帶硬化封閉工程，開展RAP 集料評價與選用、再生混凝土配合比設計、施工工藝及質量控制等研究，總結了RAP 再生混凝土的施工控制要點，為RAP 再生混凝土的科學合理應用提供參考。

1 RAP集料選用

1.1 RAP篩分及選用

繁大高速公路是山西省高速公路網布局規劃的“三縱十一橫十一環”中第三橫的重要組成部分，于2014 年11 月正式建成通車運營，近年來繁大高速公路進行了多次路面養護維修，累計產生瀝青混合料回收料約3 000 m3。從回收料料堆場進行了RAP 取樣（見圖1），并對RAP 回收料進行篩分試驗，結果見表1 所示。

表1 RAP的篩分結果

圖1 RAP回收料

從表1 可以看出大于19 mm 和小于4.75 mm 的顆粒約占整個回收料的30%。通過對RAP 回收料的觀察發現，回收料外表顏色偏黑，表面相比天然碎石較為粗糙；另外，部分大顆粒回收料（＞19 mm）為瀝青膠結多個小顆粒回收料形成的團體顆粒，承受荷載時易破碎。

考慮到中分帶封閉層設計厚度為10 cm，且大顆粒RAP 回收料受壓容易破碎，因此選取5～20 mm 粒級的回收料作為試驗用粗集料。

1.2 性能評價

對篩分出的5～20 mm RAP 粗集料進行表觀密度、吸水率以及壓碎值的測試，結果見表2 所示。

表2 粗集料性能測試結果

從表2 可以看出，RAP 粗集料的壓碎值高于天然集料，這主要是由于瀝青路面在銑刨過程中因損傷累積在集料內部產生大量微裂紋造成的。RAP 粗集料的壓碎值小于20%，仍符合Ⅱ類碎石要求，可用于強度等級為C30～C60 混凝土及抗凍混凝土中。

2 RAP再生混凝土配合比設計及性能評價

2.1 配合比設計

2.1.1 原材料

水泥（C）采用P·O 42.5 普通硅酸鹽水泥，28 d 強度46.8 MPa；細集料（S）采用普通河砂，細度模數2.97，堆積密度1 520 kg/m3，表觀密度2 650 kg/m3；粗集料分別采用RAP 與NA 作為對比；玻璃纖維（GF）采用山東浩森新材料有限公司生產的耐堿玻璃纖維；拌和水（W）采用潔凈的自來水；減水劑（SP）采用聚羧酸高效粉末減水劑，減水率為26%。

2.1.2 設計思路

采用變量控制法進行配合比設計，擬配制C20～C40 混凝土，計算出的水灰比（W/C）范圍為0.41～0.71，以0.5 的水灰比為基準，選取0.4、0.6、0.7 三種水灰比為對照；RAP 摻量以30%為基準，選取0、20%、40%、50%的摻量為對照；玻璃纖維（GF）摻入量太大會造成結團、分布不均勻，摻入量太小無法起到作用[6]，摻量采用廠家推薦的0.2%；減水劑根據現場需求添加。RAP 再生混凝土的配合比設計方案見表3 所示。

表3 RAP再生混凝土配合比設計方案

2.2 性能評價及配合比確定

根據表3 進行RAP 再生混凝土試件成型，經標養后測試其抗壓強度，結果見表4 所示。

表4 RAP再生混凝土抗壓強度測試結果 單位：MPa

從表4 可以看出，RAP 再生混凝土的抗壓強度隨著RAP 摻量的提高而降低，隨著水灰比的增大而降低。9 組RAP 再生混凝土的28 d 抗壓強度均在20 MPa以上，可滿足低標號混凝土強度要求。在實際工程應用中，根據澆筑部位的設計強度等級和其他要求可擇優選用合適的RAP 摻量和水灰比。

3 工程應用

3.1 工程概況

繁大高速中央帶為泥土地面，隨著春夏季的到來，中分帶防眩網下的雜草迅速增長，嚴重影響路容路貌和行車安全，每年需要投入大量人力、物力、財力修剪中分帶雜草，且施工作業會帶來較大的交通秩序成本和安全風險。鑒于此，擬在繁大高速中分帶實施清除雜草、澆筑混凝土封閉層等試驗性措施，以期減少中分帶綠化維護、清理工作，降低因綠化養護工作帶來的交通安全問題。

中央分隔帶RAP 再生混凝土封閉層試驗段位于繁大高速K59+000—K59+620處，試驗段長620 m，寬1.5 m，厚0.1 m。鑒于中分帶封閉層對混凝土的強度要求較低，為了對比不同RAP 再生混凝土的路用效果，分別于K59+000—310 段采用W/C0.6、RAP 摻量30%的配合比，K59+310—620 段采用RAP50、W/C0.5 的配合比。

3.2 施工工藝及效果

RAP 再生混凝土技術在中分帶封閉層應用的施工工藝見圖2 所示。

現場成型RAP 再生混凝土試件測試其標準養護和現場同條件養護下混凝土的3 d、28 d 抗壓強度和抗折強度，測試結果見表5 所示。

表5 RAP再生混凝土強度測試結果 單位：MPa

從表5 可以看出，在相同養護條件下，室內成型的試件強度高于室外成型；在相同成型條件下，標準養護的試件強度要高于自然養護。盡管室外成型自然養護的試件強度最低，但兩個配合比的試件28 d 強度均高于20 MPa，滿足設計要求。

同時，通過后期跟蹤觀測，試驗段表面平整無裂紋、無翹曲，大大提升了中分帶清理效率，避免了因中分帶綠化維護、清理工作對交通秩序和安全帶來的影響，如圖3 所示。

圖3 施工后效果圖

3.3 施工控制要點

RAP 再生纖維混凝土與普通混凝土拌和流程、施工工藝、施工機械、勞動力使用等方面基本一樣。在施工中主要的控制要點如下：

a）嚴格控制RAP 集料泥土雜質含量。在瀝青路面銑刨過程中，由于行車荷載、銑刨切削作業會不可避免地混入泥土、塵屑等雜質，降低RAP 集料的潔凈度，進而影響混凝土的強度和耐久性。因此，在進行RAP 再生混凝土施工時，應采用邊過篩邊水槍沖洗的方式進行集料篩選，在抑制篩分選料過程中塵土飛揚的同時能有效剔除RAP 集料中混入泥土、塵屑等雜質。

b）根據RAP 再生纖維混凝土使用部位確定合適的粒度范圍。瀝青路面經銑刨后產生的RAP 集料的粒度范圍較水泥混凝土用粗集料寬，要根據RAP 集料的篩分結果，按照水泥混凝土粗細集料的分界粒徑，剔除小于4.75 mm 以下部分；同時，粗集料的最大粒徑應按照不超過應用結構最小尺寸的1/4 的準則確定最大粒徑，進而明確使用部位的合適粒度范圍。

c）基于配合比設計及性能評價確定合適的RAP 集料的摻量。RAP 再生混凝土的抗壓強度隨著RAP 摻量的增大而降低，這主要是由于RAP 集料在碾壓破碎、銑刨切削等過程中發生損傷破壞，內部因損傷累積產生大量的微裂縫，使其承荷能力遠低于天然碎石；同時，RAP 集料盡管經過了二次破碎加工，但還是不可避免地會混有部分瀝青砂團塊形成的集料團，當RAP 再生混凝土承受荷載產生裂紋時，隨著荷載增加裂紋會隨著RAP 集料團中的瀝青層迅速擴展直至貫通結構[7]。因此，在工程實踐時，一定要根據結構物部位對混凝土強度等級要求進行混凝土配合比設計，確定符合強度要求、經濟效益最優的RAP 集料摻量。

d）拌和過程中注重投料次序和方式。在RAP 再生混凝土中摻入了耐堿玻璃纖維，其目的主要是有效提高混凝土結構的抗折強度、防止結構開裂。但在拌和過程中纖維易發生結團現象，因此，在再生混凝土拌和過程中應注重把控投料次序及方式，以保證纖維均勻分散于混凝土中。

e）嚴格把控各施工工序的銜接性。在中分帶施工時，由于防眩網立柱的影響造成無法采用大型設備施工。當采用人工方式施工時，應保證再生混凝土卸料、攤鋪、抹面要配合緊密，當抹面進度無法跟上卸料攤鋪進度時，應減緩卸料攤鋪速度，確保表面混凝土能夠及時抹面。

4 結語

本文對摻瀝青混合料回收料再生混凝土的集料篩選、配合比設計及工程應用開展了相關研究與分析，結果表明瀝青路面回收料可替代部分碎石生產再生混凝土，且強度可滿足C20～C40 混凝土要求，可用于中分帶封閉層等非承重水泥混凝土附屬設施結構，為回收料的再生利用拓寬了新途徑。