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    高摻量廠拌熱再生瀝青混合料用于小流量高速公路罩面工程
    2023-01-10 來源:養護與管理 作者:劉雪鋒

      摘要:廠拌熱再生技術能有效地消耗廢舊瀝青混合料(RAP),節約工程成本的同時實現廢舊資源再利用。目前,廠拌熱再生技術主要應用于中下面層瀝青混合料,在上面層應用較少。本文從高摻量廠拌熱再生瀝青混合料的原材料性能出發,研究RAP摻量為30%的廠拌熱再生瀝青混合料的材料組成設計并進行了性能驗證,分析和總結出高摻量廠拌熱再生瀝青混合料的關鍵施工工藝和質量控制要點。結合工程實例,將高摻量廠拌熱再生AC-16瀝青混合料應用于小流量高速公路罩面工程中,實施后結果表明,高摻量廠拌熱再生瀝青混合料具有良好的路用性能,可以有效延長公路使用壽命。

      一、引言

      隨著高速公路通車里程的不斷增加,高速公路養護壓力也隨之日益增加,如何處置瀝青路面養護工程中產生的大量廢舊瀝青混合料成為必須面對和解決的問題。隨著環保意識的增加以及集料資源的匱乏,再生技術越來越受到人們的重視,已成為公路養護改造中有待進一步發展的重要實用技術。

      本文從高摻量廠拌熱再生瀝青混合料原材料性能出發,進行混合料材料組成設計,研究RAP摻量為30%的廠拌熱再生瀝青混合料的級配組成和最佳油石比,并進行了相關性能驗證。分析和總結出RAP料摻量對合成油石比影響規律、拌和時間、溫度控制等關鍵施工工藝和質量控制要點。

      結合工程實例,將高摻量廠拌熱再生AC-16瀝青混合料應用于黃衢南高速公路上行K1523+295-K1525+315路段罩面工程中,對工程實施后的路用性能進行了驗證,以及經濟和社會效益分析,論證高摻量廠拌熱再生瀝青混合料用于小流量高速公路養護罩面工程的可行性和優越性。

      二、工程概況

      黃衢南高速公路(浙江段)是國家高速公路規劃中京臺高速公路(國家高速公路網編號 G3) 中的重要組成部分,往北連接安徽省的黃山市,往南連接福建省的南平市,是浙皖閩三省的省際快速通道。

      自建成通車以來,路面總體使用性能狀況存在一定的衰減,出現了不同程度的路面損壞,使用功能衰減趨勢明顯。因此,黃衢南高速公路有必要實施周期性養護工程,維持公路技術狀況水平,保證道路使用品質并消除行車隱患。

      鑒于黃衢南高速公路小流量的交通特點,綜合考慮經濟效益和社會效益,將高摻量廠拌熱再生瀝青混合料用于黃衢南高速公路罩面工程中,延長公路使用壽命、減少公路投入、降低資源消耗。

      三、原材料及其性能

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      本次廠拌熱再生瀝青混合料中的RAP料來源于高速公路原路面上面層銑刨料,材質均為玄武巖。為了更有效地利用RAP料,采用破碎篩分機將RAP料篩分成RAP1#料和RAP2#料兩檔,兩檔RAP料用于后續配合比設計中按不同比例組合使用。兩檔RAP料抽提篩分試驗得出的級配見圖2-1。

      從2.36mm關鍵篩孔的通過率來看,RAP1#料的2.36mm篩孔通過率為67.4%,以細集料為主;RAP2#料的2.36mm篩孔通過率僅有為24.7%,以粗集料為主。此外,兩檔RAP料的油石比差異也較大,RAP1#料和RAP2#料的油石比分別為6.45%和3.23%,RAP1#料油石比明顯大于RAP2#料。

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      本次廠拌熱再生瀝青混合料中的新集料分為1#料、2#料、3#料和4#料(礦粉)四檔料,1#料、2#料和3#料選用玄武巖,4#料(礦粉)選用石灰巖。各檔新集料級配范圍見圖2-2。

      新瀝青采用進口SBS改性瀝青,其SBS摻量為5%,新瀝青相關性能試驗結果見表2-1。

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      選用新型順酐化瀝青再生劑ZJIC-RA-5型瀝青再生劑。改再生劑是一種滲透型再生劑,具有很強的滲透性,附在舊瀝青表面時能對舊瀝青滲透再生[3],再生劑主要技術指標見表2-2。

      該再生劑符合GB/T25033-2010、JTG F-41-2008、NB/SH/T0819-2010標準中RA-5型瀝青再生劑要求,且芳香分含量高,可有效補充老化瀝青中缺失的輕質組分,使得瀝青由老化后的凝膠型向再生后的溶膠-凝膠型轉變。

      四、配合比設計

     ?。ㄒ唬┰偕鷦搅看_定

      將新摻瀝青進行室內老化試驗,老化后摻加再生劑摻量為老化瀝青含量的0%、3%、5%和7%進行相關試驗,試驗結果見圖3-1。

      從上可以看出隨著再生劑摻量的增長,瀝青三大指標均有所變化,針入度都逐漸增大,軟化點在3%摻量時達到最大然后逐漸減小,延度逐漸增大,這與瀝青隨時間的老化變化規律正好相反,說明該再生劑在一定程度上可以改善瀝青性能,老化后的瀝青流變性、柔性和黏附性增加,可以更好的發揮瀝青原有的作用。本次廠拌熱再生瀝青混合料再生劑摻量確定為3%。

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      參考全新料 AC型瀝青混合料級配設計方法,結合RAP材料和新集料的級配,確定了30%摻量級配的試驗,具體級配曲線見圖3-2。

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      根據各種集料篩分結果,結合工程實踐,調整確定最佳油石比和新添加油石比分別為5.0%和4.1%,進行馬歇爾試驗,試驗結果見表3-1。

      五、施工工藝與質量控制

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      依據配合比設計確定不同檔集料的用量、新瀝青用量以及再生劑的用量對廠拌熱再生瀝青混合料的生產配料。如果對再生料的質量要求較高,再生料生產配料時,應該選擇性能較好的新瀝青和集料,如果需要添加再生劑,應該通過試驗手段,確定合適的再生劑及其用量。要通過各種試驗確定再生料各種材料的用量。

      基于博納帝再生設備的生產配料,針對大摻量再生混合料的生產應嚴格控制RAP的進料量,在加裝皮帶秤裝置后,應在皮帶秤控制器中設定RAP進料的上下限,以確保RAP的摻量的穩定,RAP料中因為細集料與舊瀝青的裹附性遠大于粗集料,RAP兩檔的料瀝青含量有較大差別,為了保證RAP摻量波動不影響合成油石比規定范圍,經過大量試算,RAP料摻量對合成油石比的影響如圖4-1所示。

      從試算結果看,按照合成油石比偏差-0.1% ~+0.2%進行質量控制,RAP摻量的偏差應控制在-2%~+4%范圍內,能確保合成油石比滿足要求,因此需將計量系統的RAP料進料預警范圍設定為-2%~+4%;若超出設定范圍時,發出預警,操作人員需及時排查配料問題,調整各冷料倉的進料量,以保證混合料質量。

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      RAP料本身已發生了一定程度的老化,在較高溫度的拌和環境下會進一步加速老化,對于高RAP摻量的再生混合料而言,該生產因素尤為重要。為應對遠距離施工、低溫施工等特殊工況,傳統熱拌瀝青混合料的生產會采取適度提高拌和及出料溫度的方法以應對,而該工藝對于廠拌熱再生混合料性能的老化影響是較大的。針對該問題,再生混合料的出料溫度應比相應類型的熱拌瀝青混合料高5~10℃。

      廠拌熱再生瀝青混合料的拌和時間應根據具體情況經試拌確定,干拌時間宜比普通熱拌瀝青混合料延長5~10s,總拌和時間宜比普通熱拌瀝青混合料延長10~30s。各拌和階段時間宜在表4-1范圍內:

      廠拌熱再生瀝青混合料要充分的拌和均勻、無花白料,舊料能夠均勻的分散開,無結團,結塊現象;拌和過程盡量不產生瀝青蒸汽,避免造成空氣污染。對于廠拌熱再生瀝青混合料拌和程序是:各檔熱料加入拌缸→加入礦粉→加入再生劑→干拌→加入新瀝青→拌和→出料。

     ?。ㄈ備?、碾壓與驗收

      1.準備工作

      廠拌熱再生瀝青混合料在攤鋪前,應該對下承層進行修整、清理下承層上的雜質,均勻灑透粘層油,保證下承層與瀝青面層具有良好的層間粘結性。對于特殊路段比如陡坡、急轉彎路段更應注意下承層的處理狀況以及粘層油的灑布情況,避免新攤鋪的瀝青面層由于車輛制動作用產生滑移。

      2.混合料攤鋪、碾壓和初期養護

      廠拌熱再生瀝青混合料的攤鋪、碾壓和初期養護等施工工藝、質量要求與一般路面施工工藝基本一致。但由于再生料的摻量較高,因此大摻量再生瀝青路面施工時對其施工工藝又有自己的一些要求。首先再生混合料由于再生瀝青黏度大不宜壓實,通常再生瀝青混合料的攤鋪、碾壓溫度較普通摻量瀝青混合料高,廠拌再生混合料的攤鋪溫度宜比相應的熱拌瀝青混合料攤鋪溫度提高5~10℃;攤鋪機熨平板預熱溫度應不低于110℃;壓實溫度宜在現行規范規定的對應的熱拌瀝青混合料壓實溫度基礎上提高5~10℃。再生瀝青混合料攤鋪作業要避免在大風天氣或者溫度比較低情況下進行,再生瀝青混合料的攤鋪與碾壓溫度要嚴格控制。

     ?。ㄋ模┦┕べ|量控制與驗收

      廠拌熱再生瀝青路面施工質量控制和驗收主要參照《公路工程質量檢驗評定標準》(JTG F80/1-2017)和《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)。

      施工前各種材料的質量控制與常規瀝青混合料基本一致,施工過程質量檢測控制是為了動態調整施工工藝,確保再生瀝青路面達到最終的質量驗收要求。因大摻量再生路面質量評定尚無規范可循,建議按普通瀝青路面檢驗標準來檢驗評定,個別地方做適當修改。

      六、工程應用效果分析

     ?。ㄒ唬?路用性能驗證

      對廠拌熱再生AC-16瀝青混合料進行路用性能試驗,并與全新料AC-16瀝青混合料路用性能進行對比分析,結果見表5-1。

      由對比結果可得,廠拌熱再生AC-16瀝青混合料具有優良的路用性能,其高溫抗車轍性能、抗水損穩定性能與全新料AC-16瀝青混合料性能指標基本接近,其低溫抗裂能力略低于全新料AC-16瀝青混合料,由于南方主要以高溫多雨天氣為主,屬于夏炎熱冬溫區,亦滿足其技術要求,驗證了廠拌熱再生AC-16瀝青混合料在用于罩面工程的可行性。

      作為黃衢南高速公路廠拌熱再生瀝青混合料罩面的試驗路段,定期組織進行外觀步檢和性能檢測。長期跟蹤觀測未發現有裂縫、坑洞等病害,路表瀝青膜剝落等情況,且試驗路段的構造深度、抗滑性能及滲水系數的檢測結果也滿足使用要求。

     ?。ǘ?經濟社會效益分析

      1.經濟效益

      高摻量廠拌熱再生AC-16瀝青混合料生產成本、施工成本與全新料AC-16瀝青混合料基本一致,其經濟效益主要體現在材料成本上的減少,兩種混合料材料成本對比見表5-2。

      與全新料AC-16瀝青混合料相比,采用高摻量廠拌熱再生AC-16瀝青混合料可節省材料成本48.69元/t,降低了13.5%,經濟效益顯著。

      2.社會效益

      根據原材料及施工各環節過程中的能耗和CO2當量原始數據,基于能耗和CO2當量的計算方法,得出全新料AC-16罩面和摻30%再生料AC-16罩面的能耗及CO2當量結果見表5-3。

      與全新料AC-16瀝青混合料相比,摻30%再生料AC-16其能耗降低10.65%,CO2排放降低9.48%。

      七、結論

      本文針對用于小流量高速公路罩面工程的高摻量廠拌熱再生瀝青混合料的配合比設計、施工工藝與質量控制等方面開展了應用研究,依托黃衢南高速公路罩面工程實例,驗證其路用性能,并進行了工程應用效果分析,得到如下結論:

      1.得出了不同再生劑摻量下的瀝青性能變化規律,確定了3%為最佳再生劑摻量;根據RAP材料和新集料的級配,確定30%RAP摻量廠拌熱再生AC-16瀝青混合料的級配,并確定最佳油石比。

      2.施工工藝和質量控制方面,得出RAP摻量的偏差應控制在-2%~+4%范圍內,能確保合成油石比滿足要求,再生混合料的出料、拌合和碾壓溫度應比相應類型的熱拌瀝青混合料高5~10℃。

      3.對工程應用效果進行,結果表明廠拌熱再生AC-16瀝青混合料具有優良的路用性能,其高溫抗車轍性能、抗水損穩定性能與全新料AC-16瀝青混合料性能指標基本接近。長期跟蹤觀測未發現路面損壞,路表功能指標也滿足使用要求,驗證了高摻量廠拌熱再生瀝青混合料用于小流量高速公路罩面工程的實用性。

      4.與全新料AC-16瀝青混合料相比,采用高摻量廠拌熱再生AC-16瀝青混合料可節省材料成本48.69元/t,降低了13.5%;能耗降低10.65%,CO2排放降低9.48%。經濟效益和社會效益顯著。

      作者:劉雪峰,浙江交投高速公路運營管理有限公司衢州管理中心



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