[分享]提高沥青路面热再生RAP料掺配率的技术措施

精

发表于2019-08-08 215人浏览 1人跟帖总热度:428

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标签：施工技术规范沥青路面施工公路工程沥青及沥青混合料试验规程

摘要

为了提高沥青路面热再生RAP料的掺配率，促进废旧沥青混合料的再利用，分析了RAP料掺配率较低的原因，提出了双层滚筒烘料、混合料外掺式改性和变细调整级配３种技术措施，选取了AC-10、AC-13和AC-16等３种级配类型及对应的RAP料掺配率100％、75％和55％，试验研究了再生混合料经过外掺式改性前后的高温稳定性、水稳定性和低温抗裂性。结果表明：RAP料的掺配率随着变细调整级配而得到大幅度提高；再生混合料经添加热再生改性剂后，其高温稳定性、水稳定性和低温性能均得到显著提高且满足技术规范的相关要求；后续研究及工程应用表明，采用双层滚筒烘料设备，对提高RAP料掺配率极为有效。

关键词

路面工程；沥青路面热再生；双层滚筒烘料；混合料外掺式改性；变细调整级配；路用性能

沥青路面再生技术有利于节约资源、保护环境，社会效益和经济效益十分显著，对公路建设与养护的可持续发展具有重要意义，成为大力提倡的路面养护维修技术之一。但目前RAP料（沥青路面回收旧料）在沥青混合料中的掺配率较低，实验室研究大多为30％～40％，实体工程应用中则更低，一般为20％～30％，主要原因是较高的掺配率导致RAP料难以加热，从而难以保证再生混合料的技术性能。因此，如何在保证其技术性能的前提下较大幅度地提高RAP料掺配率已成为亟需解决的问题。

目前，国内外已经对沥青路面再生技术进行了多年研究，并取得了丰硕成果［1－6］。德国最早将此项技术应用于路面养护维修，芬兰和法国也随之进行了效仿［7］；2007年美国联邦公路局在实体工程中应用了25％的RAP料掺配率，发展实践了RAP料的应用技术［8］；有资料显示，2011年美国在工程中的RAP料平均掺配率约为19.1％［9］。国内对再生技术也有一定研究，黄晓明等人对沥青的再生剂进行了相关研究［10］；张志祥等人进行了室内再生沥青混合料疲劳试验研究，初步建议路面上面层沥青混合料中RAP料的掺配率不宜超过20％［11］；兰青等人通过小梁弯曲试验评价了不同RAP比例热再生沥青混合料的变形性能［12］；吴革森等人对高比例RAP厂拌热再生混合料的配合比设计进行了相关研究［13］；延西利等人研发了“HRM热再生改性剂”，技术性能优良，但无大面积应用实例［14］。

总结国内外对RAP料再生技术的研究与应用，主要集中于对RAP料的分析、再生剂的研发与使用，以及混合料的配合比设计。对于RAP料及其沥青混合料的改性技术鲜有研究。

针对RAP料掺配率较低的问题，论文研究提出了双层滚筒烘料、混合料外掺式改性、变细调整级配３种技术措施，并采用外掺式改性技术对再生混合料进行试验分析，在后续工作中对双层滚筒烘料设备进行了实际工程应用。

RAP料分析及混合料配制

回收沥青

RAP料采用铣刨的方法得到，依托工程为陕西省榆林市S204大修项目。原路面已服役12年，所用沥青为70号基质沥青，级配类型为AC-16。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）的试验方法对RAP料进行抽提试验，并对回收沥青和70号基质沥青进行了技术性能检测，试验结果见表1。由此可以发现，回收沥青的技术性能有了明显变化，其软化点升高，针入度、延度急剧减小，说明回收沥青已老化变硬，低温性能比较差。因此，需对其进行再生方可二次利用。

回收集料

按照《公路工程集料试验规程》（JTG E42-20004）相关试验方法，测试了回收集料的技术性能，其细集料表观密度为2.69ｇ·ｃｍ^－3，粗集料的试验结果见表2。试验结果表明，回收集料的技术性能满足规范要求，可以应用于混合料的配制。

对回收集料进行筛分，将回收集料的筛分级配曲线与AC-16型级配曲线对比，见图1。由于回收集料级配中最大粒径小于13.2ｍｍ，因此将其筛分级配曲线与AC-10型级配曲线进行对比，结果见图2。

由筛分结果可以看出，回收集料的筛分级配曲线与AC-10级配曲线中值相近，表明回收集料细化比较严重［15］。

新加沥青和集料

对RAP料沥青混合料进行配合比设计时，有时需要新加沥青和集料。新加沥青为新疆克拉玛依70号基质沥青Ａ级，其技术指标检测结果见表1。新加集料和矿粉均由石灰岩制得，其技术性能检测结果见表3。由检测结果可知，新加集料和矿粉的技术性能均符合规范的相关要求。

外加剂及用量

试验所用的外加剂有两种：一种是对回收沥青进行再生的再生剂；另一种是对再生混合料进行改性的改性剂。再生剂采用XL再生剂，改性剂采用HRM改性剂，其技术参数分别见表4、表5。

再生剂用量与回收沥青的黏度、再生剂的黏度密切相关，通过计算分析得出再生剂的用量为回收沥青质量的10％［16－20］。HRM改性剂用量越大，对再生混合料路用性能提升越大，但从经济技术层面考虑，其用量不宜过多。热再生改性剂使用说明推荐使用量为混合料质量的0.3％～0.5％，本试验采用0.4％［21］。

提高RAP料掺配率的技术分析

RAP料掺配率受限原因分析

RAP料掺配率较低的根本原因是拌和过程中RAP料加热方式的限制和路用性能的衰减。因为RAP料中含有老化的回收沥青，常规明火直接加热会使回收沥青炭化，从而达不到再生效果。现行厂拌热再生过程是通过以热带冷的方式对RAP料进行加热，如果RAP料掺配率过大，则新加集料会减少，拌和过程中基本不可能将RAP料充分加热，影响再生混合料的拌和质量，因此该方法严重限制了RAP料的掺配率。其次，由于回收集料细化比较严重，传统上为了保证原路面级配类型，就不可避免需新加粗粒径集料，使得RAP料掺配率下降。最后，由于回收沥青老化严重，导致再生混合料技术性能下降，因此需新加一部分沥青，使得RAP料掺配率下降。

因此，为了提高RAP料的掺配率，论文研究提出了双层滚筒烘料、混合料外掺式改性和变细调整级配３种技术措施。

双层滚筒烘料设备应用

在烘料设备方面，有研究表明［15，17］，采用双层滚筒方式进行加热效果更加良好。这种加热方式主要有两种：一种称为内搅拌双层式加热滚筒，即加热明火在层间，RAP料和新加集料在内层，热量通过内层滚筒的热传导传至RAP料和新加集料；另一种称为外搅拌双层式加热滚筒，即加热明火在内层，RAP料在层间，新集料在内层经明火加热后也进入层间，热量通过内层滚筒的热传导和高温新加集料共同传至RAP料，从而达到既能充分加热又不会炭化回收沥青的目的。

国内已有多家企业对双层滚筒烘料设备进行研发和应用，论文研究项目的后续工作于2016年在210国道陕西榆林段路面改造工程中，对双层滚筒烘料设备进行实际应用，效果良好，对有效提高RAP料掺配率具有极其重要的意义。

混合料的外掺式改性技术

关于改性剂和改性技术的使用比较多，有学者提出两种改性方式［22］：一种是内掺式改性，即先对沥青进行改性，再与集料进行拌和，此方式的改性效果并不显著；另一种是外掺式改性，即在混合料拌和过程中直接进行改性，从而形成改性混合料。由此可见，如果要对RAP料改性，外掺式改性是唯一方法。

变细调整级配方案

通过对回收集料级配分析，发现路面级配类型细化比较严重。为了提高RAP料掺配率，论文研究采用变细级配方案，即采用AC-16、AC-13、AC-10等3种级配类型。同时，为了扩展级配和RAP料掺配率的研究范围，也考虑了AC-20级配类型，通过对不同级配类型混合料进行配合比设计，得到4种级配类型对应的RAP料掺配率，见表6。

但由于AC-20级配类型混合料试件难以成型，且对于成型的试件进行稳定度测试时，无论是否添加改性剂，其稳定度均不能满足规范（JTG F40-2004）的要求，所以最后用于试验的是其余3种级配类型，对于AC-20级配类型不再进行分析。

试验研究方案

通过变细调整级配方式，选取了AC-10、AC-13和AC-16等３种级配类型，设定对应的RAP料掺配率分别为100％、75％和55％。同时，对该3种级配类型混合料分别进行了添加改性剂与否的路用性能试验。具体试验方案见表7。

试验结果分析

根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）和《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）的相关规定，对3种级配类型的再生沥青混合料进行添加改性剂与否的试件制备，并进行了相关路用性能试验，试验结果见表8。

高温稳定性

高温稳定性通过马歇尔稳定度试验和车辙试验进行评价。由表8中数据可以发现，各级配类型再生混合料的马歇尔稳定度均大于12ｋＮ，抗车辙动稳定度均大于1900次／ｍｍ，改性以后两者均有显著提高。

水稳定性

水稳定性通过浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验进行评价。由表8中数据可以发现，除AC-10级配类型沥青混合料在未添加改性剂时不能满足规范要求外，其他类型再生料的残留稳定度比均大于85％，添加改性剂之后的再生混合料的残留稳定度比、TSR（冻融劈裂强度比）均有显著的提升。其中AC-10级配类型混合料的残留稳定度比增加的幅度高达23.6％，表明改性技术对提高RAP料掺配率具有重要意义。

低温抗裂性

低温抗裂性通过低温（－10℃）弯曲试验进行评价。由表8中数据可以发现，在未添加改性剂时，只有RAP料掺配率为55％的AC-16级配类型再生混合料最大破坏弯拉应变能满足规范要求，其余级配类型的再生混合料均不满足要求。经添加改性剂后，各级配类型混合料的最大破坏弯拉应变均大于2500με，说明了改性技术对于提高RAP料掺配率的重要性。

结语

(1)依托工程的沥青路面服役12年后，沥青混合料的技术性能发生较大变化，表现为软化点升高，针入度、延度急剧减小，沥青老化严重，集料细化比较严重。

(2)RAP料掺配率较低的根本原因是RAP料加热方式的限制和RAP料自身技术性能的衰减。

(3)采用双层滚筒烘料、混合料外掺式改性和变细调整级配方案可以有效提高RAP料掺配率。

(4)通过外掺改性技术既可以有效提高RAP料掺配率，也能保证混合料的综合路用性能。

(5)采用变细调整级配可以有效提高RAP料掺配率，为保证路用技术性能，建议掺配率为55％。

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