江 臣，厲廣廣，安景峰，鄭 揚(yáng)

(1.江蘇省交通工程建設(shè)局，江蘇 南京 210001；2.蘇交科集團(tuán)股份有限公司新型道路材料國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 211112)

在瀝青路面的養(yǎng)護(hù)工程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢舊路面銑刨料，傳統(tǒng)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(tài)環(huán)境，而且對(duì)于瀝青、石料這些不可再生資源來說，也是一種極大的浪費(fèi)[1-2]。《公路“十四五”發(fā)展規(guī)劃》重點(diǎn)任務(wù)中明確指出，貫徹落實(shí)綠色發(fā)展理念，推動(dòng)公路交通與生態(tài)保護(hù)協(xié)同發(fā)展，繼續(xù)深化綠色公路建設(shè)，促進(jìn)資源能源節(jié)約集約利用，推廣施工材料、廢舊材料再生和綜合利用，鼓勵(lì)公路建設(shè)應(yīng)用廢舊材料。高模量改性劑對(duì)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(shí)現(xiàn)廢舊路面材料的高價(jià)值利用，是新形勢(shì)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(shù)特點(diǎn)在于充分發(fā)揮舊瀝青路面中老化瀝青變硬的特性，充分調(diào)動(dòng)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(biāo)號(hào)較低的瀝青進(jìn)行改性，并摻加一定比例的新集料混合而成，實(shí)現(xiàn)耐久性熱再生瀝青混合料優(yōu)勢(shì)[5]。其設(shè)計(jì)理念較傳統(tǒng)的70#及更高標(biāo)號(hào)的道路石油瀝青相比，通過使用較大的膠結(jié)料用量，彌補(bǔ)瀝青混合料使用相對(duì)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(jìn)礦料級(jí)配，使粗集料形成良好的骨架結(jié)構(gòu)，以提高混合料的抗剪性能[6]。不采用價(jià)格較高的再生劑來調(diào)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(kuò)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(shè)計(jì)中，圍繞高模量再生混合料(HRC-20)進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)與材料性能研究，開發(fā)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(yīng)用要求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)RAP料再生利用，可為大量高速公路改擴(kuò)建工程舊料利用提供技術(shù)參考。

1 原材料試驗(yàn)

(1)瀝青

選取京滬高速改擴(kuò)建工程中產(chǎn)生的銑刨料開展回收瀝青試驗(yàn)，測(cè)試?yán)匣癁r青的各項(xiàng)指標(biāo)，并按照70#道路石油瀝青∶硬質(zhì)瀝青=75∶25的摻配比例測(cè)試復(fù)配后的硬質(zhì)瀝青各項(xiàng)指標(biāo)，結(jié)果如表1所示?？梢钥闯?，回收的老化瀝青針入度小于新瀝青，軟化點(diǎn)和60 ℃動(dòng)力黏度大于新瀝青，表明銑刨料中的瀝青出現(xiàn)了明顯的老化現(xiàn)象，摻配一定比例的硬質(zhì)瀝青顆粒的復(fù)配瀝青，針入度減小，軟化點(diǎn)保持不變，60 ℃動(dòng)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(zhì)量波動(dòng)，將銑刨料經(jīng)過破碎篩分后分成了粗銑刨料和細(xì)銑刨料兩檔，各礦料的密度、吸水率和篩分結(jié)果分別如表2和表3所示。

表1 瀝青性能試驗(yàn)結(jié)果

表2 礦料相對(duì)密度試驗(yàn)結(jié)果

表3 各種礦料的篩分試驗(yàn)結(jié)果

2 配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)《公路高模量瀝青路面施工技術(shù)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(shè)計(jì)，結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，選擇5.5%的油石比，并優(yōu)選一個(gè)級(jí)配開展旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)，確定混合料的壓實(shí)特性[8]，銑刨料加熱溫度為135 ℃。旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀有效內(nèi)部角設(shè)定為0.82°±0.02°，壓實(shí)次數(shù)為100次，合成級(jí)配和旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)結(jié)果如表4和表5所示。結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)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(shù)要求。由此確定設(shè)計(jì)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(xì)集料)∶m(粗銑刨料)∶m(細(xì)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(jí)配通過率明細(xì)

表5 旋轉(zhuǎn)體積指標(biāo)

圖1 設(shè)計(jì)級(jí)配曲線圖

3 路用性能研究

在得到的配合比設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合HRC-20混合料的使用場(chǎng)景，分別從抗水損害、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、動(dòng)態(tài)模量、抗疲勞性等方面開展性能驗(yàn)證試驗(yàn)，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(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表6所示。

從結(jié)果可以看出，所設(shè)計(jì)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(yīng)變低于SBS改性瀝青AC-20和廠拌熱再生SUP-20之外，其余指標(biāo)均明顯優(yōu)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(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性和疲勞壽命，動(dòng)態(tài)模量和疲勞次數(shù)更是二者的2～3倍，進(jìn)一步驗(yàn)證了HRC-20高模量熱再生瀝青混合料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和抗疲勞性能。

表6 高模量再生瀝青混合料路用試驗(yàn)

4 試驗(yàn)段鋪筑

為了進(jìn)一步驗(yàn)證高模量廠拌再生技術(shù)的適用性，依托京滬高速公路改擴(kuò)建工程，在淮安劉老莊收費(fèi)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(yàn)路，總長(zhǎng)度為235 m，面積4 096.8 m2。

基于室內(nèi)目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)拌合站熱料倉(cāng)篩分試驗(yàn)結(jié)果，開展了高模量廠拌熱再生混合料HRC-20生產(chǎn)配合比級(jí)配組成設(shè)計(jì)，并通過旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀試驗(yàn)確定混合料的空隙率為0.3%，滿足技術(shù)要求，由此確定的生產(chǎn)配合比如表7所示。

表7 配合比設(shè)計(jì)結(jié)果

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鋪筑情況對(duì)施工過程中的混合料性能和施工后的路面各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果如表8所示?？梢钥闯觯┕がF(xiàn)場(chǎng)的高模量廠拌熱再生混合料HRC-20的馬歇爾穩(wěn)定度、動(dòng)穩(wěn)定度等指標(biāo)滿足技術(shù)要求，路面壓實(shí)度、滲水系數(shù)、平整度指標(biāo)也滿足技術(shù)要求，初步驗(yàn)證了高模量廠拌熱再生技術(shù)用于公路路面中是可行的。

表8 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

為了分析高模量廠拌熱再生技術(shù)的經(jīng)濟(jì)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(duì)象，結(jié)合當(dāng)?shù)夭牧蠁蝺r(jià)對(duì)每噸混合料價(jià)格進(jìn)行測(cè)算，結(jié)果如表9所示。廠拌熱再生SUP-20的價(jià)格最低269.8元/t，SBS改性瀝青AC-20的價(jià)格最高為367.5元/t，高模量廠拌熱再生HRC-20的價(jià)格介于二者之間，相比常規(guī)SBS改性瀝青AC-20節(jié)約材料成本約15%左右，且獲得更優(yōu)異的路用性能。

表9 不同瀝青混合料材料成本對(duì)比

6 結(jié) 論

圍繞高模量廠拌再生技術(shù)開展了混合料設(shè)計(jì)、路用性能評(píng)價(jià)、試驗(yàn)路鋪筑及實(shí)施效果評(píng)估、經(jīng)濟(jì)效益分析等方面的研究，主要結(jié)論如下。

(1)開展了高模量廠拌熱再生混合料HRC-20配合比設(shè)計(jì)，并研究了其路用性能，結(jié)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(yōu)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(shù)實(shí)體工程驗(yàn)證試驗(yàn)，通過試驗(yàn)路鋪筑，確定了高模量廠拌熱再生混合料HRC-20的生產(chǎn)配合比，施工過程中的質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果驗(yàn)證了其應(yīng)用于路面中是可行的。

(3)對(duì)比分析了高模量廠拌熱再生混合料HRC-20的材料成本，結(jié)果表明，相較于常規(guī)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(yōu)的經(jīng)濟(jì)效益。