厂拌热再生技术在高速公路沥青路面施工中的应用

摘 要：基于沥青材料老化机理及再生原理，以某高速公路病害路段为例，从再生剂选择、旧料回收、热再生混合料拌和、运输、摊铺及碾压等方面对厂拌热再生施工技术的应用进行了探讨。结果表明，该技术可实现沥青混合料的重复利用，避免因大量沥青废料弃置后所引发的环境污染、资源浪费，具有十分显著的社会效益和经济效益。

关键词：高速公路;沥青路面;施工技术;厂拌热再生;

作者简介：周晓明（1980—），男，湖南衡阳人，高级工程师，从事公路建设与管理工作。;

沥青材料从炼油厂提炼后经储存、施工等过程，随着在空气中暴露时间的延长，会发生聚合、氧化等反应，内部结构发生改变，路用性能衰减。沥青材料老化过程可以通过组分迁移理论和相容性理论进行解释，而沥青再生则是沥青材料老化的逆过程。

按照组分迁移理论，沥青老化过程是其组分逐渐改变的过程，小分子量化合物逐渐转化为大分子量化合物，高能级、高活性组分转化为低能级、低活性组分。沥青老化过程是胶质、芳香酚和沥青质的转化过程，且这一过程具有不可逆性。沥青材料中沥青质含量会逐渐增多，对沥青流变性能及黏弹性影响较大，沥青材料会逐渐表现出黏度增大、针入度降低的趋势[1]。芳香酚含量是影响沥青材料延度的主要因素，随着芳香酚含量的下降，老化沥青延度也会下降。

根据相容性理论，沥青材料是成千上万种化合物所构成的混合料，其中以沥青质为主要溶质，以油分和胶质（共同构成软沥青质）为溶剂。为保证溶液性能的稳定性，必须将溶解度参数差控制在一定范围内。根据相关研究，沥青质溶质与软沥青质溶剂溶解度参数差达不到0.76时[2]，溶剂和溶质具备较好的相容性，并能有效结合成性能稳定的浓溶液。当沥青出现老化现象后，其所包含的化合物便会随之发生氧化、聚合、脱氢等化学反应，各组分溶解度随分子量的增大而增大。当溶解度差超出0.76的限值时，便会破坏两者的相容性，加剧沥青材料的老化和硬化进程。

通过掺加再生剂，可以降低沥青质的相对含量，提升其在软沥青质中的溶解度，同时提升软沥青质对沥青质的溶解性，降低沥青质溶质与软沥青质溶剂溶解度差，达到沥青材料再生的目的。

某高速公路原路面结构为：4cm厚细粒式沥青混凝土上面层 5cm厚中粒式沥青混凝土中面层 6cm厚碎石料下面层 25cm厚水稳碎石基层 28cm厚水稳土底基层。在运行过程中为预防病害的出现，在其上加铺了厚度5cm的改性沥青面层，此后又将路面结构加宽为：4cm厚中粒式沥青混凝土上面层 6cm厚粗粒式中面层 26cm厚6%水稳碎石 25cm厚5%水稳石屑 20cm厚水稳土。因重载超限车辆较多，全线路段先后出现裂缝、沉降、松散、坑槽等病害，影响到公路正常通行。为此，必须进行大修维护。结合设计，对全线病害路段展开大修养护，这将产生大量沥青废料，如果将废料处治后换成新料重新铺筑，则必将花费巨额的旧料处治费用和新料购置费用，经研究决定对该病害路段实施厂拌热再生处理。

该高速公路工程选择亲和力和渗透力优良的再生剂，并严格控制其黏度，避免因黏度过大而渗透能力不足或因黏度过小而在热拌过程中迅速挥发。所使用的再生剂黏度范围为0.01～20.0Pa.s。此外，由于低黏度油料属于单组分材料，所含沥青质非常少，故主要表现为牛顿液体状态，为此还应将再生剂的流变指数严格控制在0.9以上。再生剂中的芳香酚能够溶解和分散沥青质，起到沥青质促凝剂的作用，该工程再生剂中芳香酚含量应不低于30%。再生剂在热拌再生过程中会因温度过高而受到影响，为此应通过薄膜烘箱试验黏度比进行性能控制，保证其具备较好的耐候性和耐热性。

当前存在两种常用的旧料回收技术：一是通过耙松器、推土机、羊角碾等专业设备将旧路面翻松后回收，这种工艺得到的沥青混凝土路面材料粒径大、石块、杂物含量高，必须经过彻底处理及二次破碎后再生，以保证沥青混合料质量；二是通过铣刨机冷铣刨处理，所得到的沥青混凝土路面材料无需二次破碎，可直接应用于再生，回收过程经济易行，但是铣刨中细集料含量较高。

该公路旧路面采用冷铣刨旧料回收处理方式，在回收前结合实地勘测资料，根据旧路沥青老化程度、级配、沥青含量等实际情况确定铣刨段落，并按照车道分节段进行旧料铣刨回收。铣刨厚度则根据钻芯取样结果来确定，避免在回收料中混入杂物，如果铣刨期间发生回收料外观变化，必须调整铣刨厚度等参数。

采用冷铣刨技术回收后的旧料不需要破碎或只需少量破碎。常用的干法破碎机械主要有反击式破碎机、锤式破碎机、颚式破碎机、辊式破碎机及圆锥式破碎机等。其中，锤式破碎机、颚式破碎机及圆锥式破碎机会将较大旧沥青混合料压碎，对于旧料级配存在很大程度的破坏；辊式破碎机遇到质硬、破碎难度大的旧料时会自动退让，且破碎力能够根据实际需要进行调节，既能充分分散旧料，又能保证粗集料级配的完整性；反击式破碎机在改进后也能用于旧沥青混合料破碎，并能取得原级配不破坏、细集料不黏结、粗集料不卡死的破碎分散效果。为取得较好的旧沥青混合料原级配保护及破碎分散效果，该高速公路选用反击式破碎机和辊式破碎机两种旧料破碎机械。

旧沥青混合料堆放越高，则料堆底面所对应的展铺面积及迎雨表面就会越大，也更容易吸收水分，含水量往往会高达7%～8%；相反，如果料堆高度减小，则料堆的迎雨表面将越小，实际含水量也会越低。高含水量既不利于旧沥青混合料添加比例控制，旧料烘干还会导致能耗增大，残余含水率提升，不利于再生沥青混合料路用性能控制。为避免应用防水油布、防水塑料等材料时水分大量聚集在材料内表面，使再生料含水量增大，该高速公路工程主要采用拱形堆顶 搭设防雨棚的隔水方式。同时在施工现场设置两个旧沥青再生混合料堆料仓轮换使用，以控制材料变异性，保证再生料路用性能。再生料单料堆和两个料堆取样检测结果见表1。根据检测结果，双料堆情况下各项目偏差系数均比单料堆情况下低，故两个料仓轮换使用能够有效控制再生混合料性能变异。

表1 再生料单料堆和两个料堆取样检测结果 下载原图

按照0%,10%,20%,40%的旧料掺加量进行热再生混合料高温车辙、中温弯曲应变及低温弯曲、抗水损性能等进行对比试验，结果见表2。根据试验结果，旧料高温性能优于新拌和沥青混合料性能，且旧料掺量越多，这种改善也越明显，综合考虑各种性能取值情况及热再生混合料路用性能，最终将旧料掺量控制为40%。

表2 热再生沥青混合料性能 下载原图

考虑到热再生沥青混合料拌和期间新旧料之间存在双向能量传递，新集料和新沥青所需要的加热温度比旧料略高，新集料和新沥青的加热温度应分别控制为180～190℃和145～160℃。为进行再生混合料性能受加热温度影响的定量分析，拟定90℃和120℃两档加热温度并进行性能实验。根据实验结果，90℃时的最佳油石比比120℃时大0.2%；两个温度下最佳油石比混合料车辙试验结果见表3。由试验结果可知，再生混合料在90℃的实验温度下动稳定度比120℃下低560次/mm，而1h塑性变形却比120℃下约大1.0mm。根据实验结果，再生沥青混合料设计配合比与路用性能受加热温度的影响较大，为此必须在再生混合料制备过程中加强施工温度控制。

表3 最佳油石比混合料车辙试验结果 下载原图

再生沥青混合料拌和工艺与普通热拌沥青混合料基本一致，但是，为防止因拌和不均匀而出现花白料，必须将拌和时间严格控制在40～45s。此外，再生沥青混合料拌和时间也与旧沥青料的掺配率相关，一般情况下，旧料掺配率越大，所需要的再生沥青混合料拌和时间越长。

在应用自卸车进行热再生沥青混合料运输前，必须将车厢内彻底打扫干净，并均匀涂抹一层柴油∶水=1∶3的隔离溶液，以防止混合料与车厢发生黏结，且在装料过程中应严格按照前、后、中三个阶段进行。装料后应通过厚篷布遮盖保温，自卸车驶入施工现场时应保证轮胎清洁干燥。运输至施工现场的热再生沥青混合料温度应不低于140℃。

该高速公路沥青路面热再生沥青混合料施工时环境温度应在10℃以上，否则应采取有效的质量保证措施。为防止出现纵向冷接缝，应当在路幅宽度不小于8m时，同时使用至少2台摊铺机以梯队形式联合摊铺，前后两台摊铺机错开距离控制为10～20m；左右两个摊铺幅宽应搭接50～100mm，相邻层位纵向搭接位置应错开至少200mm。在正式摊铺前将摊铺机熨平板预热30～60min，使其温度不低于100℃。在摊铺施工开始前，施工现场等候卸料的自卸车应至少为8辆；摊铺开始后自卸车应空挡状态在摊铺机前方1～3m位置等候卸料，并在摊铺机的推动下前行。摊铺过程应缓慢匀速连续地进行，并将摊铺速度控制在2.5～3.0m/min范围内，且摊铺机行进应保持稳定，以确保沥青路面平整，减少离析等问题。

考虑到低温状态下施工会造成集料棱角磨损和压碎，不利于保证集料嵌挤程度。为保证压实度，必须在高温下进行热再生混合料碾压施工，但是应加强推移及裂缝破坏控制。初压、复压及终压施工温度分别应不低于135℃,115℃和90℃。初压应通过双钢轮压路机紧跟摊铺机后静压1～2遍，尽量压实沥青层表面，避免热量损失过快，单次重叠厚度应保持在30cm，碾压速度应控制在1.5～2.0km/h范围内；初压结束后紧接着进行复压，先通过25t重型轮胎压路机按照2.0～3.0km/h的速度揉搓碾压至少6遍，使沥青路面达到设计压实度。

该高速公路沥青路面厂拌热再生工程通过加强施工过程及质量控制，经热再生处理后的沥青路面各项性能均达到普通全新沥青路面的质量标准和路用性能要求。本文关于旧沥青混合料掺加量在40%以上的再生混合料性能的系统性研究可为该技术在病害沥青路面处治方面的应用提供参考。

[1] 姚晓光，许涛，王燕.沥青路面不同厂拌热再生方案经济环保性量化评价[J].武汉大学学报（工学版），2021,54(12):1133-1139.

[2] 黄伯承. 40%掺量RAP厂拌热再生沥青混合料设计及路用性能[J].贵州大学学报（自然科学版），2021,38(6):109-114.

[3] 张文武，刘凯，何兆益，等.厂拌热再生RAP沥青转移特性研究[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2022(3):523-527.

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