高立波，王 森，霍繼輝，易軍艷，周健楠,李 爽

(1.遼寧省交通科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 沈陽(yáng)市 110015； 2.高速公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 沈陽(yáng)市 110015；3.遼寧交投公路科技養(yǎng)護(hù)有限責(zé)任公司 沈陽(yáng)市 110148； 4.遼寧省高速公路運(yùn)營(yíng)管理有限責(zé)任公司 沈陽(yáng)市 110003；5.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 哈爾濱市 150001； 6.遼寧省公路勘測(cè)設(shè)計(jì)公司 沈陽(yáng)市 110006)

0 引言

固體廢棄物的減量化和資源化一直是困擾世界各國(guó)政府和研究人員的難題，也是我國(guó)提出構(gòu)建綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展社會(huì)的重要組成部分。據(jù)推算，我國(guó)僅干線公路大中修工程，每年產(chǎn)生瀝青路面舊料達(dá)1.6億噸。就遼寧省而言，每年產(chǎn)生約50萬(wàn)噸瀝青路面廢料。瀝青路面固廢再生利用將是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，也是當(dāng)下最熱門(mén)的研究課題之一。

由于RAP料性能存在變異性、舊瀝青無(wú)法與新瀝青、再生劑充分融合、再生瀝青混合料出料溫度低等原因，現(xiàn)在廠拌熱再生技術(shù)RAP料摻配比例一般均低于30%，形成的再生瀝青混合料存在低溫性能、水穩(wěn)定性能、抗疲勞性能不足的問(wèn)題[1]，并且很少大規(guī)模應(yīng)用于高等級(jí)及高速公路瀝青面層中[2]。眾多學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究[3-4]，但目前國(guó)內(nèi)外主要針對(duì)低摻量(<50%)的再生瀝青混合料路用性能進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)高摻量的RAP路用性能研究較少。提出的基于精細(xì)分離超大比例再生技術(shù)，首先從RAP舊料的精細(xì)分離技術(shù)及配套設(shè)備研制出發(fā)，實(shí)現(xiàn)RAP舊料中油石分離，最大限度解決RAP料假粒徑、變異性大問(wèn)題，從RAP料源頭解決現(xiàn)階段大比例再生瀝青混合料因?yàn)镽AP變異性大引起的施工穩(wěn)定性差問(wèn)題；其次，研發(fā)具有高效活化與擴(kuò)散融合特性和增粘改性作用的溫拌再生劑和直投式增粘再生改性劑，實(shí)現(xiàn)高摻量廠拌熱再生瀝青混合料性能恢復(fù)；最后通過(guò)施工全過(guò)程質(zhì)量管控成套技術(shù)實(shí)現(xiàn)熱再生RAP舊料摻加比例70%，冷再生微表處舊料摻加比例100%。再生瀝青混合料高、低溫性能達(dá)到新瀝青混合料水平，可以應(yīng)用于高速公路、高等級(jí)公路瀝青路面面層新建和養(yǎng)護(hù)工程中，實(shí)現(xiàn)原位、大比例、高性能再生循環(huán)利用，不僅可以節(jié)省工程造價(jià)，還可節(jié)約自然資源和大量能源，減少環(huán)境污染，符合交通可持續(xù)發(fā)展的基本國(guó)策。

1 基于RAP精分離技術(shù)瀝青路面舊料材料化研究

1.1 RAP精分離技術(shù)

RAP精細(xì)分離技術(shù)就是采用專(zhuān)門(mén)“瀝青路面銑刨料精細(xì)分離再利用系統(tǒng)及工藝”，將瀝青路面銑刨舊料通過(guò)多次瀝青與石料剝離、精細(xì)篩分分離將瀝青路面銑刨料分成3～7擋規(guī)格的級(jí)配材料，可以基本消除舊料的假粒徑問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)RAP細(xì)集料0～3mm、3～5mm精細(xì)分離，瀝青路面RAP材料化、骨料化。

1.2 RAP材料化研究

對(duì)精分離處理后的RAP集料進(jìn)行試驗(yàn)研究，本研究除了對(duì)其進(jìn)行壓碎值、級(jí)配組成等規(guī)范規(guī)定常規(guī)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)外，采用抽提前后關(guān)鍵篩孔篩余率偏差來(lái)評(píng)價(jià)RAP假粒徑顆粒含量情況，結(jié)果見(jiàn)圖1。并提出精細(xì)化預(yù)處理后的RAP技術(shù)要求(建議值)，見(jiàn)表1。為今后該技術(shù)推廣應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

圖1 RAP抽提前后篩分結(jié)果對(duì)比

表1 精細(xì)化預(yù)處理后的RAP技術(shù)要求(建議值)

1.3 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

瀝青路面舊料精分離技術(shù)，將舊料中瀝青與石料進(jìn)行了物理分離，技術(shù)優(yōu)勢(shì)總結(jié)如下：

(1)有效解決了廠拌熱再生技術(shù)舊料摻量過(guò)高時(shí)再生瀝青混合料質(zhì)量波動(dòng)問(wèn)題，經(jīng)工程驗(yàn)證可以實(shí)現(xiàn)RAP摻量比例70%高性能再生。

(2)舊瀝青與石料的分離，促進(jìn)了新舊瀝青的有效融合和舊瀝青性能的再生恢復(fù)，消除再生瀝青混合料的“黑石”現(xiàn)象，有助于提高再生瀝青混合料的路用性能。

(3)精分離RAP再生集料可應(yīng)用于AC、SMA、高模量、超薄磨耗層等高性能瀝青混合料及表面層中，實(shí)現(xiàn)原位、大比例、高性能、高值化再生利用。

(4)精分離粗集料可作為粗集料直接添加到瀝青拌合站冷料供給系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)骨料化。

(5)精分離RAP再生集料可以應(yīng)用于全比例微表處、碎石封層、RAP裂縫處置、乳化瀝青廠拌冷再生等多種技術(shù)中。

1.4 工程應(yīng)用

2020年在遼寧省桓永高速公路路面維修項(xiàng)目中，采用RAP精分離技術(shù)共加工瀝青路面舊料3萬(wàn)噸，應(yīng)用效果良好。

2 基于新舊瀝青融合再生技術(shù)高效再生劑研發(fā)

2.1 新舊瀝青融合再生技術(shù)

對(duì)于再生瀝青混凝土，根據(jù)瀝青混凝土的Black-Rock模型，回收料中集料表面均勻地覆蓋一層舊瀝青。當(dāng)新料添加進(jìn)去以后，新膠結(jié)材料包裹住了舊瀝青和骨料，如圖2?；旌狭系牟痪鶆蛐灾饕袃蓚€(gè)層次，分別為I型和II型不均勻性。I型來(lái)源于混合料的結(jié)團(tuán)現(xiàn)象；II型則為集料表面老化與再生劑的分層現(xiàn)象。

圖2 再生混合料黑石模型

在大摻量再生混合料中，由于新加材料量比較少，因此集料與集料之間主要形成舊集料/舊瀝青/新膠結(jié)料/舊瀝青/舊集料的五層夾層結(jié)構(gòu)。在混合料拌合、施工、服役過(guò)程中，各層瀝青和再生劑之間一直發(fā)生著融合擴(kuò)散現(xiàn)象，直至充分融合。如圖3所示。

圖3 新舊瀝青間的融合擴(kuò)散現(xiàn)象

綜上所述，再生劑不僅需要具備恢復(fù)老化瀝青性能的能力，更重要的是要有快速擴(kuò)散融合的能力。因此需要進(jìn)一步對(duì)不同材料的擴(kuò)散特性進(jìn)行分析，明確擴(kuò)散較快成分的分子特征，進(jìn)一步縮小再生劑原材料的篩選范圍。

2.2 系列再生劑研發(fā)

基于以上研究及對(duì)舊瀝青老化程度分析，研發(fā)了液體溫拌高性能再生劑LJK-Z2和固體直投式增粘再生改性劑LJK-Z3。

LJK-Z3與LJK-Z2再生劑聯(lián)合使用，在與集料、RAP和基質(zhì)瀝青的拌和過(guò)程中，與廢舊瀝青和基質(zhì)瀝青融合對(duì)其進(jìn)行性能恢復(fù)、增粘、改性，改善瀝青四組分的配伍性，增加瀝青與骨料間的凝聚力，提高混合料的抗裂、抗拉性能和水穩(wěn)定性，提高混合料抗剝落和抗飛散能力。再生后的瀝青混合料具有優(yōu)良的綜合路用性能，可以實(shí)現(xiàn)舊料摻加比例70%，再生混合料高低溫性能優(yōu)于高模量瀝青混合料。其技術(shù)指標(biāo)要求及試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

表2 高性能再生劑檢測(cè)結(jié)果

表3 直投式增粘再生改性劑檢測(cè)結(jié)果

2.3 工程應(yīng)用

2020年在遼寧省桓永、西開(kāi)高速公路路面維修項(xiàng)目中，應(yīng)用液體高性能再生劑100t、直投式增粘再生改性劑1t，應(yīng)用效果良好。

3 超大比例廠拌熱再生技術(shù)

3.1 配合比設(shè)計(jì)

舊料摻配比例為50%、70%，再生瀝青混合料類(lèi)型為改性瀝青AC-16、基質(zhì)瀝青AC-20，再生瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)及指標(biāo)結(jié)果見(jiàn)表4、表5。結(jié)果表明再生瀝青混合料指標(biāo)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

表4 大比例廠拌熱再生瀝青混合料級(jí)配

表5 大比例廠拌熱再生瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)結(jié)果

3.2 再生瀝青混合料路用性能

對(duì)再生瀝青混合料進(jìn)行高溫抗車(chē)轍、低溫抗開(kāi)裂及抗水損壞性能檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果表明大比例再生瀝青混合料高低溫及抗水損壞性能均滿(mǎn)足或超過(guò)規(guī)范對(duì)全新瀝青混合料的要求，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 大比例廠拌熱再生瀝青混合料性能驗(yàn)證

3.3 工程應(yīng)用

2020年在遼寧省桓永高速公路維修項(xiàng)目中，基于RAP精分離技術(shù)共鋪筑了30%RAP中下面層(58.2+30.8)km/車(chē)道；50%RAP AC-20下面層單車(chē)道6km；50%RAP AC-16中面層單車(chē)道3km；70%RAP AC-20下面層單車(chē)道2km，應(yīng)用效果良好。

4 基于差異磨耗原理的再生SMA瀝青路面

基于差異磨耗原理的SMA再生路面，即在保證SMA瀝青混合料路用性能(抗滑性、耐久性)要求下，在玄武巖或輝綠巖粗集料中摻入一定比例的石灰?guī)r，可以保證路面抗滑性能不降低，從而實(shí)現(xiàn)了石灰?guī)rRAP再生料在高速公路瀝青表面層中的再生利用。

4.1 配合比設(shè)計(jì)

研究表明[5]，當(dāng)石灰?guī)r與玄武巖摻配比例為30/70時(shí)，可以保證混合料具有足夠高的抗滑指標(biāo)，采用摻入22%的精分離5～10mmRAP石灰?guī)r，5%的精分離0～3mmRAP石灰?guī)r，再生瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)及指標(biāo)結(jié)果見(jiàn)表7。結(jié)果表明再生SMA瀝青混合料滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

表7 再生SMA瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

4.2 再生SMA瀝青混合料路用性能驗(yàn)證

對(duì)再生瀝青混合料進(jìn)行高溫抗車(chē)轍、析漏、飛散及水損壞性能驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果表明再生SMA瀝青混合料性能滿(mǎn)足規(guī)范對(duì)全新SMA瀝青混合料的要求，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 再生SMA瀝青混合料路用性能驗(yàn)證結(jié)果

4.3 工程應(yīng)用

2020年在桓永高速單向全幅鋪筑了RAP摻量27%的SMA-13試驗(yàn)段1km，應(yīng)用效果良好。

5 全比例冷再生微表處技術(shù)

全比例冷再生微表處技術(shù)是基于瀝青路面舊料精細(xì)分離技術(shù)而開(kāi)展的一項(xiàng)新的全比例冷再生技術(shù)，采用專(zhuān)用機(jī)械設(shè)備將聚合物改性乳化瀝青、精分離RAP粗、細(xì)集料、填料、水和添加劑等按照設(shè)計(jì)配合比拌和成稀漿混合料攤鋪到原路面上，達(dá)到快速開(kāi)放交通要求的一種薄層結(jié)構(gòu)，與常規(guī)全新料微表處技術(shù)相比，具有降噪、與乳化瀝青配伍性好、便于施工、節(jié)省工程造價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。

5.1 配合比設(shè)計(jì)

舊料摻配比例為100%，混合料級(jí)配范圍參照遼寧省微表處地方標(biāo)準(zhǔn)，全比例冷再生微表處各礦料摻配比例、合成級(jí)配、優(yōu)化配合比結(jié)果見(jiàn)表9、表10。

表9 全比例冷再生微表處各礦料摻配比例及合成級(jí)配

5.2 再生微表處混合料路用性能驗(yàn)證

對(duì)100%RAP再生微表處混合料進(jìn)行可拌和時(shí)間、粘聚力、負(fù)荷輪碾壓、濕輪磨耗試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表11。試驗(yàn)結(jié)果表明100%RAP再生微表處混合料性能均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

表11 再生微表處瀝青混合料配合比驗(yàn)證

5.3 工程應(yīng)用

2020年在桓永高速永陵方向K43+951和K45+514兩座中橋上進(jìn)行100%精分離微表處試驗(yàn)路施工，共計(jì)1104m2，應(yīng)用效果良好，通車(chē)20d后檢測(cè)噪音比全新料微表處降低3～4dB(車(chē)內(nèi))，降噪效果明顯。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)RAP精分離技術(shù)及大比例再生技術(shù)工程應(yīng)用實(shí)踐，驗(yàn)證了基于瀝青路面舊料(RAP)精細(xì)分離、新舊瀝青融合、全過(guò)程質(zhì)量控制三項(xiàng)核心技術(shù)的研究，可以實(shí)現(xiàn)舊料(RAP)摻加比例70%、舊料(RAP)摻加比例27%的SMA表面層廠拌熱再生、舊料(RAP)摻加比例100%的全比例冷再生微表處技術(shù)在高速公路中的應(yīng)用，再生瀝青混合料高低溫性能均達(dá)到或超過(guò)規(guī)范對(duì)全新瀝青混合料的指標(biāo)要求，應(yīng)用效果良好，可實(shí)現(xiàn)節(jié)約工程造價(jià)20%以上，社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益顯著，具有廣闊的應(yīng)用推廣前景。