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黄伯承福建省高速公路养护工程有限公司摘 要：厂拌热再生沥青混合料是一种由新旧集料、新旧沥青、矿粉及外加剂组成的多相混合物，具有节能环保、降低造价等优势。本文结合漳诏高速公路路面养护工程，从原材料性能、混合料设计和混合料性能三个方面进行了阐述，并讨论了提高RAP掺配率的建议和措施。结果表明:通过合理设计，厂拌热再生沥青混合料的性能完全符合工程需求，同时能够有效节省材料成本，减少资源消耗，社会效益和经济效益显著。 关键词：厂拌热再生;沥青混合料;路面养护;养护技术; 据统计，到“十三五”末，我国公路网总规模将超过500万公里，可满足全国绝大部分地区的公路交通运输需求。同时，我国新建公路需求量已从“十二五”的6万公里降低至“十三五”的4万公里，降幅达30%。另一方面，一大批高速公路、国省干线和城市道路即将或已经进入了养护期。以高速公路为例，其养护需求已从“十二五”初期的8000公里/年增长到“十三五”末期的11000公里/年，增量达37.5%，年均需求4100亿元养护资金。因此，公路养护事业在可见的未来中将成为我国基础设施投资的重要组成部分。 当前，随着我国环境保护政策的不断收紧，路面工程使用的天然集料价格飙升，且难以获取。另一方面，在对沥青路面进行维修、翻修和改扩建中，会产生大量的旧沥青混合料———RAP(Recycled Asphalt Pavement)。将大量廉价、易得的RAP通过一定技术进行循环再利用不仅可以节省路面养护造价，还可有效解决RAP堆积占地等环境问题。因此，近年来，如何提高RAP的循环再利用率是各方关切的重点问题。 综上所述，本文结合漳诏高速公路路面提升改造工程中厂拌热再生技术的应用情况，从原材料性能、混合料配合比设计和混合料性能三个方面对其进行介绍，并根据工程经验讨论了提高RAP掺配率的建议和措施，以期为同类工程项目提供有益的参考。 1 项目概况1.1 基本概况漳诏高速公路是国家高速公路沈海高速干线的重要组成部分，北承厦漳高速公路，南接广东汕汾高速公路，西连漳龙高速公路，主线全长140.550km(K2353+760-K2492+443),2000年5月全线动工建设，2002年12月建成通车。漳诏高速公路建设期路面采用半刚性基层结构，沥青面层较薄，承载能力较低，经过16年的通车运营，路面技术状况逐年下降。为提高高速公路服务水平，满足人民群众对美好出行的需求，福建省高速公路集团有限公司决定对漳诏高速公路路面进行提升改造。 1.2 路面技术状况(1)原路面设计标准 漳诏高速公路原路面设计标准如表1所示。 表1 原路面设计标准 下载原图 
图1 漳诏高速公路(K2353+760-K2437+627)段典型路面结构 下载原图 (2)典型路面结构 漳诏高速公路(K2353+760-K2437+627)路面现状结构主要有以下三种，如图1所示: (1)原路面:4cmAK-13A+5cmAC-16I+7cmAC-25I+56cm水泥稳定碎石基层; (2)桥面铺装:4cmAK-13A+5cmAC-16I; (3)老路加铺微表处路面:1cm微表处罩面+4cmAK-13A+5cmAC-16Ⅰ+7cmAC-25I+56cm水泥稳定碎石基层。 (3)路面典型病害 漳诏高速公路(K2353+760-K2437+627)段提升改造路段路面破损主导病害为修补、松散、横向裂缝、纵向裂缝，四类病害比例总和为95.4%，龟裂、泛油、坑槽病害在路面虽有存在，但整体比例极少。 
图2 漳诏高速公路(K2353+760-K2437+627)段典型病害折算面积统计 下载原图 表2 集料、RAP料的级配组成 下载原图 
2 厂拌热再生混合料目标配合比设计2.1 RAP的性质及级配组成对旧沥青路面铣刨料进行抽提、筛分分析，可得RAP的沥青含量、表观相对密度、毛体积相对密度和集料、RAP的通过级配，结果如表3、表4所示。 表3 RAP料的性质 下载原图 
2.2 沥青目标用量估算根据既有应用经验，沥青目标用量估算采用美国沥青协会维姆混合料试验方法确定，主要是根据原集料的性质(密度和吸水率)、回收料抽提后的沥青含量和粘度以及外加新集料级配，确定再生混合料的集料级配，由方程(1)估算出初选级配的再生沥青混合料的沥青含量: 
式中:P为再生沥青混合料的目标沥青含量估算值，以占沥青混合料重量百分数表示;a为以整数表示，2.36mm筛以上的集料百分数;b为2.36mm筛和0.075筛之间的集料百分数，以整数表示;K为集料系数，根据c值变化而变化，c=11-15时，取0.15;c=6-10时，取0.18;c=0-5时，取0.20;F为系数，根据集料比重和表观特性，取0-2.0。 表4 初选级配目标沥青含量估算 下载原图 
2.3 马歇尔试验结果根据表3确定的沥青目标用量4.7755%，取试验沥青为4.0%～5.2%，以0.3%为间隔，故试验沥青用量(含再生剂)分别取4.0%、4.3%、4.6%、4.9%、5.2%。再生剂按产品使用说明和以往工程经验取RAP重量比的1‰。根据上述条件设定，进行马歇尔试验，计算再生沥青混合料的毛体积密度、最大理论密度、空隙率、矿料间隙率(VMA)、沥青饱和度(VFA)等，详见表5。由表5中数据可知，再生沥青混合料的最佳沥青用量为4.6%。 表5 马歇尔试验结果 下载原图 
3 再生沥青混合料性能验证试验3.1 低温抗裂性能为检验AC-16再生沥青混合料的低温抗裂能力，按照试验要求分别在4.6%的沥青用量下进行再生沥青混合料劈裂试验，试验结果见表6。 表6 劈裂试验 下载原图 
3.2 水稳定性能为检验AC-16再生沥青混合料的受水损害时抵抗剥落能力，采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验类似评价其水稳定性，试验结果如表7、表8所示。由表7可见，在4.6%的沥青用量、1‰旧料质量比的再生剂用量下，浸水残留稳定度满足MS0≥85%的设计要求，冻融劈裂强度比满足≥80%的设计要求。 表7 浸水马歇尔试验结果 下载原图
表8 冻融劈裂试验结果 下载原图
3.3 高温稳定性能为检验AC-16再生沥青混合料的高温性能，对再生沥青混合料进行车辙试验，测定混合料试件的动稳定度，测试结果如表9所示。一般情况下，由于再生沥青混合料的弹性模量普遍高于普通沥青混合料，因此再生混合料抵抗高温变形的能力更强。由表9可见，再生沥青混合料的动稳定度远高于规范要求值。 表9 车辙试验结果 下载原图
4 提高RAP料掺配率的建议和措施4.1 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。 结合现有研究及笔者的工程经验，通过采用双层滚筒烘料、混合料外掺式改性2种技术措施有望提高RAP料的掺配率。 4.2 双层滚筒烘料设备应用在烘料设备方面，有研究表明，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。 4.3 混合料的外掺式改性关于改性剂和改性技术的使用比较多，常见有两种改性方式: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，该方法经实践证明更为有效。由此可见，如果要对RAP料改性，外掺式改性是最佳方法。 5 厂拌热再生技术的经济和环境效益5.1 厂拌热再生技术的经济效益沥青路面热再生作为一种资源循环利用养护技术，在养护工程中发挥了重要作用。根据我国交通运输部道路统计数据，以当前道路路面维修、翻修和改建寿命估算，我国高速公路废旧沥青混合料发生量估算约为6220万吨/年。以此为估算依据，不同掺量下采用厂拌热再生技术的费用估算如图3所示。由图3可见，采用厂拌热再生技术可使我国每年节省60-100亿元，且RAP料掺量越高，节省资金就越多。此外，RAP掺量在30%以上时，节省资金的效率更高。以福建为例，截至2018年底，全省高速公路通车里程为5344公里，按照设计寿命15年计算，每年平均约350公里的路面面临大修;按照四车道、18cm厚、桥隧比50%的平均情况计算，大约将废弃约90万吨的旧料。如所有的旧料能全部得到利用，每年将至少节约1.2亿元。
图3 不同掺量下采用厂拌热再生技术的费用节省情况 下载原图
图4 不同掺量下采用厂拌热再生技术的环境效益 下载原图 5.2 厂拌热再生技术的环境效益全球性能源紧张和气候变化是国际社会普遍关注的重大问题，节能减排已成为国际社会的共同责任。交通运输业作为节能减排重点领域之一，承担着重要的责任和义务。现有研究表明，沥青路面施工需消耗巨大能量，并伴随有较高温室气体排放。图4所示为不同掺量下采用厂拌热再生技术时，混合料生产和施工的能耗和温室气体排放量。由图4可见，随着RAP掺量提高，混合料生产和施工的能耗和温室气体排放量逐渐降低。其中，当RAP掺量高于30%时，厂拌热再生技术的节能减排效果最佳。 6 结论(1)在我国当前环境保护政策下，推广沥青路面厂拌热再生技术具有广阔的应用前景; (2)厂拌热再生沥青混合料的配合比设计与普通沥青混合料有显著区别，在设计时应充分了解RAP料的性质，进行有针对性的设计。通过合理设计，厂拌热再生沥青混合料的性能完全符合工程需求，同时能够有效节省材料成本，减少资源消耗，社会效益和经济效益显著; (3)采用双层滚筒烘料设备和外掺式改性技术有望大幅提高RAP料在再生沥青混合料中的掺配比例; (4)厂拌热再生技术具有显著的经济效益和环境效益。随着RAP料掺量的增加，厂拌热再生的能耗、温室气体排放和资金成本逐渐降低。RAP掺量大于等于30%时，以上效益更加显著。 参考文献[1] 拾方治，孙大权，吕伟民．沥青路面再生技术简介．石油沥青，2004,(5):56-59． [2] Antunes V,Freire A C,Neves J.A review on the effect of RAP recycling on bituminous mixtures properties and the viability of multirecycling.Constr.Build.Mater.,2019,211:453-469． [3] 仰建岗．沥青路面的绿色养护技术．中国公路，2016(05):115-117． [4] 仰建岗，姚玉权，孙晨．不同工况对就地热再生沥青混合料性能的影响．公路交通科技，2019,36(10):14-24． [5] 仰建岗，姚玉权，郭彧，蒋煜．就地热再生沥青混合料水稳定性非线性分析．华东交通大学学报，2019,36(04):48-56． [6] Guo,Men;Motamed,Arash;Tan,Yiqiu;Bhasin,Amit Investigating the interaction between asphalt binder and fresh and simulated RAP aggregate.Materials and Design,2016,105:25-33． [7] 董文龙，杨群，黄文元．美国沥青路面回收旧料(RAP)利用的行业调查．中外公路，2014,(3):239-242． [8] 兰青，徐伟，赵劲松，等．高比例RAP厂拌热再生沥青混合料在广惠高速公路试验与评价．公路工程，2013,(4):79-83． [9] 任拴哲．沥青路面厂拌热再生及其设备关键技术研究．西安:长安大学，2008． [10] 乔峰，丁楚志，延西利．基于2种改性技术的沥青混合料路用性能研究．公路交通科技，2013,(11):66-68． [11] 聂忆华，康彦晶，刘苹．旧沥青路面厂拌热再生利用经济效益分析模型研究．公路工程，2013,38(04):120-123． [12] 毕连居，赵博，蔡海泉，朱浩然．沥青路面热再生技术环境效益分析研究．重庆交通大学学报(自然科学版)，2017,36(11):44-47.
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