基于干式油石分離技術的瀝青混合料的再生關鍵技術研究

關鍵詞： 瀝青再生混合料 干式油石分離 銑刨料 路用性能 高質利用

近年來，我國高等級公路陸續進入養護階段。全國平均每年約有12% 的瀝青混凝土路面需要維護修繕，在銑刨重鋪的過程中會產生大量的廢舊路面瀝青混合料。據統計，每年國省干線公路修復工程，瀝青路面舊料大約能產生1.6 億t。如此大量的廢舊路面材料，若不進行有效的循環再生利用，會造成資源的重度浪費，同時處理過程中也會占用大量的土地資源進行存放，進而污染當地自然環境。

國內外學者開展了大量有關瀝青路面再生材料利用技術方面的研究，取得了豐碩的成果。在RAP 對瀝青路面路用性能影響研究方面，RAP 含量高會對再生瀝青混合料的穩定性產生不利影響，且會引起路面剪切強度和剛度的衰減[1]。

在瀝青路面RAP 變異性研究方面，研究人員開展了不同瀝青混合料樣本的瀝青針入度、級配篩分、RAP性能等試驗，并針對再生過程中的質量管理和控制研究，對RAP 的變異性進行評價，并提出再生混合料質量控制方法與全過程生產質量控制技術措施[2-3]。

在再生瀝青混凝土級配與RAP 顆粒組成的關系研究方面，研究人員利用灰色關聯分析理論，提出了以分計篩余通過率作為級配的參考評價指標，并且得出了粗粒徑集料對再生瀝青混合料級配影響更大[4-5]。

在銑刨料回收方法和級配對混合料性能的影響研究方面，研究人員分析了不同再生技術之間的差異，并繪制出了貝雷法應該參考銑刨回收料抽提后的篩分級配去修正混合料的合成級配曲線[6]。

通過對國內外銑刨料再生研究進展的總結可以發現在路面瀝青路面再生研究中，國內外學者為了使再生混合料的性能更加穩定，通常采用降低銑刨料摻配比例的方法以降低其自身的變異性。但業界目前還沒有關于銑刨料摻配比例的可靠依據，同時銑刨料摻量低也會帶來舊料的利用率下降的問題。因此，研究為了實現RAP 高層位、高利用率的目標，采用干式油石分離技術將廢舊瀝青混合料中集料表面的瀝青分離，并將集料加工成為不同粒徑的礦料，依靠對銑刨料的評價和再生混合料的配合比方案，最后通過性能試驗驗證方案的可行性。

1 干式油石分離技術原理

干式油石分離技術本質上是機械分離，老化的瀝青已變成硬且脆的物體，分離機械的高速旋轉，會使廢舊混合料和錘頭及內壁發生碰撞，繼而老化瀝青會發生斷裂，通過高壓噴水槍的沖刷作業，會使瀝青和集料的粘附力進一步下降，通過持續的機械作業，使得老化瀝青和集料發生分離。

經油石分離工藝后，形成了不同規格集料，其中，5 mm 以上的集料表面潔凈，瀝青含量在1%，可以充當新料使用，對于油石分離后的5 mm 以上的集料可以應用于中上面層。

2 集料性能評價及變異性控制

2.1 分離后的集料性能評價

參考《公路工程集料試驗規程》（JTG E42-2005）和《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011），對分離后的集料性能進行評價，結果如表1所示。

通過上述試驗結果可知，各種規格的分離后集料性能完全能夠滿足相關規范的要求。

2.2 分離后集料變異性評價

廢舊路面材料的回收方法、回收結構層位、原配合比方案、道路的服役時間以及后期的養護管理手段均會對銑刨料的變異性產生影響，更容易造成銑刨料的性能指標結果產生較大的偏差性，這在原有瀝青的性能、含量和舊集料級配上尤為明顯。平均值不能很好地評價廢舊路面瀝青混合料的相關指標，故常借助銑刨料的變異程度來表征混合料的均勻性。研究采用變異系數C.V 來評價銑刨料的變異性，RAP 料變異系數也被稱作“標準差率”，為標準差與平均值的比值，能夠計算銑刨料指標數值離散程度的統計量，該指標能夠解決由于平均值與度量單位的不同而影響統計變異程度的問題。

變異系數C.V的數學公式如式（1）所示：

標準差S 和均值Xˉ的計算公式如式（2）、式（3）所示：

對油石分離再生瀝青混合料中利用到的10～15 mm和5～10 mm兩檔銑刨料進行多次篩分，確定銑刨料在各篩孔下的通過率變異系數。試驗結果表明：在經過油石分離工藝處理后，各檔粒徑銑刨料的變異性較小，效果良好，具體結果如表2所示。

通過對油石分離后集料的性能和變異性評價，試驗結果顯示，分離后的集料能夠滿足施工規范的要求。

3 油石分離再生瀝青混合料配合比設計

參考《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004），對油石分離再生瀝青混合料涉及的各種材料進行檢測合格后，設計出50%RAP 摻量的油石分離再生瀝青混合料，合成匹配曲線如圖1 所示。

首先，估算4.5% 為最佳油石比，選擇0.3% 為步長，選取4.0%、4.3%、4.6%、4.9%、5.2% 這5 種油石比，進行馬歇爾試驗；再生瀝青混合料的馬歇爾試驗結果見表3。當油石比為4.6% 時，空隙率為4.2%，依據目標配合比設計結論及相關工程經驗，此次生產配合比最佳油石比確定為4.6%，試驗結果具體見表3。

從上述馬歇爾試驗結果看，此次設計出的AC-20油石分離再生瀝青混合料的各項性能指標符合《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）中的要求。

4 油石分離再生瀝青混合料路用性能評價

為了檢驗油石分離再生瀝青混合料路面隨服役時間的推移，路面性能所發生的變化，項目采用路用性能試驗對50% 銑刨料摻量下的油石分離再生瀝青混合料的進行評價，并與相同摻量銑刨料的廠拌熱再生混合料性能作對比，為分離再生瀝青路面設計、施工及進一步推廣提供理論依據，試驗結果具體見表4。

4.1 高溫穩定性檢驗

根據擊實結果成型車轍試件，以60 ℃溫度、0.7 MPa輪壓的實心橡膠輪進行固定時間的來回碾壓，并形成表面的車轍槽，以此檢驗混合料的高溫穩定性能。

4.2 水穩定性檢驗

該指標主要評價混合料抵抗水損壞的能力，參考瀝青混合料試驗規范中的凍融劈裂試驗進行再生混合料的水穩定性的測試。

4.3 低溫彎曲性能檢驗

長時間的低溫容易導致瀝青路面裂縫病害的產生，參考試驗規范中對瀝青混合料彎曲試驗的相關規定，以250 mm×30 mm×35 mm 棱柱體小梁試件作為研究對象，測定在-10 ℃、50 mm/min 加載速率條件下的抗彎拉應變，通過試驗檢測出破壞時的梁底最大彎拉應變值為2 691 με，滿足規范的技術要求。

4.4 疲勞性能檢驗

瀝青路面在車輪的長時間反復碾壓下會產生永久性的疲勞損傷，最終導致破壞性開裂，參考規范利用四點彎曲疲勞試驗來進行油石分離再生瀝青混合料的相關性能。

5 結語

項目在對國內外道路廢舊材料回收利用方法進行調研分析后，采用干式油石分離技術，對分離后的舊集料和老化瀝青分別進行性能分析，提出分離再生混合料配合比設計方案，并通過混合料路用性能試驗以驗證可行性，相關結論如下：（1）通過干式油石分離工藝對瀝青路面廢舊銑刨料處理，處理后集料的性能評價結果滿足規范要求，且各檔料的均勻性較好，變異性相較傳統再生集料也更低；（2）進行油石分離再生集料AC-20 配合比方案設計時，考慮再生集料表面的殘留瀝青因素，適當減少新瀝青用量，以符合試驗規范的要求；（3）在油石分離再生集料摻量為50% 時，對比油石分離再生瀝青再生混合料和廠拌熱再生混合料的路用性能，試驗結果表明，油石分離再生瀝青混合料在高溫穩定性能、水穩定性能、低溫抗裂性能以及疲勞性能方面完全符合規范要求，且優于廠拌熱再生混合料性能。