周曉明

（江西贛粵高速公路工程有限責(zé)任公司，江西 南昌 330000）

1 瀝青老化與再生原理

瀝青材料從煉油廠提煉后經(jīng)儲(chǔ)存、施工等過程，隨著在空氣中暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，會(huì)發(fā)生聚合、氧化等反應(yīng)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，路用性能衰減。瀝青材料老化過程可以通過組分遷移理論和相容性理論進(jìn)行解釋，而瀝青再生則是瀝青材料老化的逆過程。

1.1 組分遷移理論

按照組分遷移理論，瀝青老化過程是其組分逐漸改變的過程，小分子量化合物逐漸轉(zhuǎn)化為大分子量化合物，高能級(jí)、高活性組分轉(zhuǎn)化為低能級(jí)、低活性組分。瀝青老化過程是膠質(zhì)、芳香酚和瀝青質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程，且這一過程具有不可逆性。瀝青材料中瀝青質(zhì)含量會(huì)逐漸增多，對(duì)瀝青流變性能及黏彈性影響較大，瀝青材料會(huì)逐漸表現(xiàn)出黏度增大、針入度降低的趨勢(shì)[1]。芳香酚含量是影響瀝青材料延度的主要因素，隨著芳香酚含量的下降，老化瀝青延度也會(huì)下降。

1.2 相容性理論

根據(jù)相容性理論，瀝青材料是成千上萬種化合物所構(gòu)成的混合料，其中以瀝青質(zhì)為主要溶質(zhì)，以油分和膠質(zhì)（共同構(gòu)成軟瀝青質(zhì)）為溶劑。為保證溶液性能的穩(wěn)定性，必須將溶解度參數(shù)差控制在一定范圍內(nèi)。根據(jù)相關(guān)研究，瀝青質(zhì)溶質(zhì)與軟瀝青質(zhì)溶劑溶解度參數(shù)差達(dá)不到0.76時(shí)[2]，溶劑和溶質(zhì)具備較好的相容性，并能有效結(jié)合成性能穩(wěn)定的濃溶液。當(dāng)瀝青出現(xiàn)老化現(xiàn)象后，其所包含的化合物便會(huì)隨之發(fā)生氧化、聚合、脫氫等化學(xué)反應(yīng)，各組分溶解度隨分子量的增大而增大。當(dāng)溶解度差超出0.76的限值時(shí)，便會(huì)破壞兩者的相容性，加劇瀝青材料的老化和硬化進(jìn)程。

通過摻加再生劑，可以降低瀝青質(zhì)的相對(duì)含量，提升其在軟瀝青質(zhì)中的溶解度，同時(shí)提升軟瀝青質(zhì)對(duì)瀝青質(zhì)的溶解性，降低瀝青質(zhì)溶質(zhì)與軟瀝青質(zhì)溶劑溶解度差，達(dá)到瀝青材料再生的目的。

2 廠拌熱再生技術(shù)的應(yīng)用

2.1 工程概況

某高速公路原路面結(jié)構(gòu)為：4cm厚細(xì)粒式瀝青混凝土上面層+5cm厚中粒式瀝青混凝土中面層+6cm厚碎石料下面層+25cm厚水穩(wěn)碎石基層+28cm厚水穩(wěn)土底基層。在運(yùn)行過程中為預(yù)防病害的出現(xiàn)，在其上加鋪了厚度5cm的改性瀝青面層，此后又將路面結(jié)構(gòu)加寬為：4cm厚中粒式瀝青混凝土上面層+6cm厚粗粒式中面層+26cm厚6%水穩(wěn)碎石+25cm厚5%水穩(wěn)石屑+20cm厚水穩(wěn)土。因重載超限車輛較多，全線路段先后出現(xiàn)裂縫、沉降、松散、坑槽等病害，影響到公路正常通行。為此，必須進(jìn)行大修維護(hù)。結(jié)合設(shè)計(jì)，對(duì)全線病害路段展開大修養(yǎng)護(hù)，這將產(chǎn)生大量瀝青廢料，如果將廢料處治后換成新料重新鋪筑，則必將花費(fèi)巨額的舊料處治費(fèi)用和新料購(gòu)置費(fèi)用，經(jīng)研究決定對(duì)該病害路段實(shí)施廠拌熱再生處理。

2.2 再生劑選擇

該高速公路工程選擇親和力和滲透力優(yōu)良的再生劑，并嚴(yán)格控制其黏度，避免因黏度過大而滲透能力不足或因黏度過小而在熱拌過程中迅速揮發(fā)。所使用的再生劑黏度范圍為0.01～20.0Pa.s。此外，由于低黏度油料屬于單組分材料，所含瀝青質(zhì)非常少，故主要表現(xiàn)為牛頓液體狀態(tài)，為此還應(yīng)將再生劑的流變指數(shù)嚴(yán)格控制在0.9以上。再生劑中的芳香酚能夠溶解和分散瀝青質(zhì)，起到瀝青質(zhì)促凝劑的作用，該工程再生劑中芳香酚含量應(yīng)不低于30%。再生劑在熱拌再生過程中會(huì)因溫度過高而受到影響，為此應(yīng)通過薄膜烘箱試驗(yàn)黏度比進(jìn)行性能控制，保證其具備較好的耐候性和耐熱性。

2.3 舊料回收

當(dāng)前存在兩種常用的舊料回收技術(shù)：一是通過耙松器、推土機(jī)、羊角碾等專業(yè)設(shè)備將舊路面翻松后回收，這種工藝得到的瀝青混凝土路面材料粒徑大、石塊、雜物含量高，必須經(jīng)過徹底處理及二次破碎后再生，以保證瀝青混合料質(zhì)量；二是通過銑刨機(jī)冷銑刨處理，所得到的瀝青混凝土路面材料無需二次破碎，可直接應(yīng)用于再生，回收過程經(jīng)濟(jì)易行，但是銑刨中細(xì)集料含量較高。

該公路舊路面采用冷銑刨舊料回收處理方式，在回收前結(jié)合實(shí)地勘測(cè)資料，根據(jù)舊路瀝青老化程度、級(jí)配、瀝青含量等實(shí)際情況確定銑刨段落，并按照車道分節(jié)段進(jìn)行舊料銑刨回收。銑刨厚度則根據(jù)鉆芯取樣結(jié)果來確定，避免在回收料中混入雜物，如果銑刨期間發(fā)生回收料外觀變化，必須調(diào)整銑刨厚度等參數(shù)。

2.3.1 舊料破碎及篩分

采用冷銑刨技術(shù)回收后的舊料不需要破碎或只需少量破碎。常用的干法破碎機(jī)械主要有反擊式破碎機(jī)、錘式破碎機(jī)、顎式破碎機(jī)、輥式破碎機(jī)及圓錐式破碎機(jī)等。其中，錘式破碎機(jī)、顎式破碎機(jī)及圓錐式破碎機(jī)會(huì)將較大舊瀝青混合料壓碎，對(duì)于舊料級(jí)配存在很大程度的破壞；輥式破碎機(jī)遇到質(zhì)硬、破碎難度大的舊料時(shí)會(huì)自動(dòng)退讓，且破碎力能夠根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，既能充分分散舊料，又能保證粗集料級(jí)配的完整性；反擊式破碎機(jī)在改進(jìn)后也能用于舊瀝青混合料破碎，并能取得原級(jí)配不破壞、細(xì)集料不黏結(jié)、粗集料不卡死的破碎分散效果。為取得較好的舊瀝青混合料原級(jí)配保護(hù)及破碎分散效果，該高速公路選用反擊式破碎機(jī)和輥式破碎機(jī)兩種舊料破碎機(jī)械。

2.3.2 舊料儲(chǔ)存

舊瀝青混合料堆放越高，則料堆底面所對(duì)應(yīng)的展鋪面積及迎雨表面就會(huì)越大，也更容易吸收水分，含水量往往會(huì)高達(dá)7%～8%；相反，如果料堆高度減小，則料堆的迎雨表面將越小，實(shí)際含水量也會(huì)越低。高含水量既不利于舊瀝青混合料添加比例控制，舊料烘干還會(huì)導(dǎo)致能耗增大，殘余含水率提升，不利于再生瀝青混合料路用性能控制。為避免應(yīng)用防水油布、防水塑料等材料時(shí)水分大量聚集在材料內(nèi)表面，使再生料含水量增大，該高速公路工程主要采用拱形堆頂+搭設(shè)防雨棚的隔水方式。同時(shí)在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置兩個(gè)舊瀝青再生混合料堆料倉(cāng)輪換使用，以控制材料變異性，保證再生料路用性能。再生料單料堆和兩個(gè)料堆取樣檢測(cè)結(jié)果見表1。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，雙料堆情況下各項(xiàng)目偏差系數(shù)均比單料堆情況下低，故兩個(gè)料倉(cāng)輪換使用能夠有效控制再生混合料性能變異。

表1 再生料單料堆和兩個(gè)料堆取樣檢測(cè)結(jié)果

2.4 熱再生混合料拌和

按照0%,10%,20%,40%的舊料摻加量進(jìn)行熱再生混合料高溫車轍、中溫彎曲應(yīng)變及低溫彎曲、抗水損性能等進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果見表2。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，舊料高溫性能優(yōu)于新拌和瀝青混合料性能，且舊料摻量越多，這種改善也越明顯，綜合考慮各種性能取值情況及熱再生混合料路用性能，最終將舊料摻量控制為40%。

表2 熱再生瀝青混合料性能

考慮到熱再生瀝青混合料拌和期間新舊料之間存在雙向能量傳遞，新集料和新瀝青所需要的加熱溫度比舊料略高，新集料和新瀝青的加熱溫度應(yīng)分別控制為180～190℃和145～160℃。為進(jìn)行再生混合料性能受加熱溫度影響的定量分析，擬定90℃和120℃兩檔加熱溫度并進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，90℃時(shí)的最佳油石比比120℃時(shí)大0.2%；兩個(gè)溫度下最佳油石比混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果見表3。由試驗(yàn)結(jié)果可知，再生混合料在90℃的實(shí)驗(yàn)溫度下動(dòng)穩(wěn)定度比120℃下低560次/mm，而1h塑性變形卻比120℃下約大1.0mm。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，再生瀝青混合料設(shè)計(jì)配合比與路用性能受加熱溫度的影響較大，為此必須在再生混合料制備過程中加強(qiáng)施工溫度控制。

表3 最佳油石比混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

再生瀝青混合料拌和工藝與普通熱拌瀝青混合料基本一致，但是，為防止因拌和不均勻而出現(xiàn)花白料，必須將拌和時(shí)間嚴(yán)格控制在40～45s。此外，再生瀝青混合料拌和時(shí)間也與舊瀝青料的摻配率相關(guān)，一般情況下，舊料摻配率越大，所需要的再生瀝青混合料拌和時(shí)間越長(zhǎng)。

2.5 混合料運(yùn)輸及攤鋪

在應(yīng)用自卸車進(jìn)行熱再生瀝青混合料運(yùn)輸前，必須將車廂內(nèi)徹底打掃干凈，并均勻涂抹一層柴油∶水=1∶3的隔離溶液，以防止混合料與車廂發(fā)生黏結(jié)，且在裝料過程中應(yīng)嚴(yán)格按照前、后、中三個(gè)階段進(jìn)行。裝料后應(yīng)通過厚篷布遮蓋保溫，自卸車駛?cè)胧┕がF(xiàn)場(chǎng)時(shí)應(yīng)保證輪胎清潔干燥。運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)的熱再生瀝青混合料溫度應(yīng)不低于140℃。

該高速公路瀝青路面熱再生瀝青混合料施工時(shí)環(huán)境溫度應(yīng)在10℃以上，否則應(yīng)采取有效的質(zhì)量保證措施。為防止出現(xiàn)縱向冷接縫，應(yīng)當(dāng)在路幅寬度不小于8m時(shí)，同時(shí)使用至少2臺(tái)攤鋪機(jī)以梯隊(duì)形式聯(lián)合攤鋪，前后兩臺(tái)攤鋪機(jī)錯(cuò)開距離控制為10～20m；左右兩個(gè)攤鋪幅寬應(yīng)搭接50～100mm，相鄰層位縱向搭接位置應(yīng)錯(cuò)開至少200mm。在正式攤鋪前將攤鋪機(jī)熨平板預(yù)熱30～60min，使其溫度不低于100℃。在攤鋪施工開始前，施工現(xiàn)場(chǎng)等候卸料的自卸車應(yīng)至少為8輛；攤鋪開始后自卸車應(yīng)空擋狀態(tài)在攤鋪機(jī)前方1～3m位置等候卸料，并在攤鋪機(jī)的推動(dòng)下前行。攤鋪過程應(yīng)緩慢勻速連續(xù)地進(jìn)行，并將攤鋪速度控制在2.5～3.0m/min范圍內(nèi)，且攤鋪機(jī)行進(jìn)應(yīng)保持穩(wěn)定，以確保瀝青路面平整，減少離析等問題。

2.6 碾壓

考慮到低溫狀態(tài)下施工會(huì)造成集料棱角磨損和壓碎，不利于保證集料嵌擠程度。為保證壓實(shí)度，必須在高溫下進(jìn)行熱再生混合料碾壓施工，但是應(yīng)加強(qiáng)推移及裂縫破壞控制。初壓、復(fù)壓及終壓施工溫度分別應(yīng)不低于135℃,115℃和90℃。初壓應(yīng)通過雙鋼輪壓路機(jī)緊跟攤鋪機(jī)后靜壓1～2遍，盡量壓實(shí)瀝青層表面，避免熱量損失過快，單次重疊厚度應(yīng)保持在30cm，碾壓速度應(yīng)控制在1.5～2.0km/h范圍內(nèi)；初壓結(jié)束后緊接著進(jìn)行復(fù)壓，先通過25t重型輪胎壓路機(jī)按照2.0～3.0km/h的速度揉搓碾壓至少6遍，使瀝青路面達(dá)到設(shè)計(jì)壓實(shí)度。

3 結(jié)論

該高速公路瀝青路面廠拌熱再生工程通過加強(qiáng)施工過程及質(zhì)量控制，經(jīng)熱再生處理后的瀝青路面各項(xiàng)性能均達(dá)到普通全新瀝青路面的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和路用性能要求。本文關(guān)于舊瀝青混合料摻加量在40%以上的再生混合料性能的系統(tǒng)性研究可為該技術(shù)在病害瀝青路面處治方面的應(yīng)用提供參考。