环氧沥青厂拌热再生技术在高速路面养护中的应用

肖 兵，区 桦，田小光

(1.湖北交投武黄高速公路运营管理有限公司，武汉 430205；2.中南安全环境技术研究院股份有限公司，武汉 430051)

当前我国高速公路总里程已超过16万公里，90%以上的路面为沥青混凝土路面。沥青路面每年翻修养护产生大量的废旧沥青混合料(Reclaimed Asphalt Pavement，RAP)，若将RAP料废弃，不仅浪费沥青和土地资源，而且废弃料中的有害物质会污染环境[1，2]。而厂拌热再生技术是将旧沥青混合料经破碎、筛分等预处理后，添加一定比例的新集料、新沥青(再生剂)进行加热拌和，使废旧料能够再次铺筑使用的工艺，再生后路用性能可以媲美常规沥青混合料[3-5]。在国家减碳背景下，该技术能够节约大量的沥青、砂石等原材料，同时有利于处理废料、保护环境，具有较好的推广应用前景。

但厂拌热再生技术在推广应用中同样面临诸多问题，首先是厂拌热再生受加热温度、级配不稳定等因素限制旧料掺配比例通常不超过30%，综合经济效益与普通新建路面相比优势不明显；其次受回收的RAP材料的变异性影响，再生后路用性能不理想，尤其是水稳定性和疲劳耐久性不理想，导致其在高等级路面推广应用受限[6-8]。而环氧沥青属于高性能材料，固化后强度高，同时对矿料级配要求不高，可作为再生结合料进行使用，RAP的掺配比例可以达到100%，无需添加新集料。论文依托湖北武黄高速路面专项养护项目，用环氧沥青作为厂拌热再生胶结料进行试验段铺筑，对环氧沥青再生混合料的配合比设计、施工工艺及铺筑效果进行研究，以期为高掺量RAP厂拌热再生的应用提供技术参考。

1 工程概况

湖北武(汉)黄(石)高速公路全长70.299 km，经武汉、鄂州、黄石三个行政区，东连黄石长江大桥、黄石-黄梅高速公路，是武汉城市经济圈的重要干道。武黄高速公路前身武黄公路原设计为双向四车道水泥混凝土路面，1991年2月正式通车。通车后随着交通量逐年增大，武黄公路路况严重下降，出现大量病害，2001年武黄高速公路开始进行路面加铺改造，对全线水泥路面进行“黑色化”改造，是湖北省第一条水泥路面白改黑的高速公路。为响应交通强国提出“绿色发展节约集约、低碳环保”的发展理念，推动施工材料、废旧材料再生和综合利用，在2021年武黄高速路面专项养护中采用环氧沥青再生混合料进行试验段铺筑，对高掺量RAP厂拌热再生技术进行研究。

试验段原路面结构为4 cm Sup-12.5+6 cm AC20+2.5 cm应力吸收层+24 cm水泥混凝土，主要病害类型为路面龟裂，采用的路面改造结构为4 cm环氧沥青再生混合料+8.5 cm环氧沥青再生混合料，见表1。

表1 原路面结构和再生路面结构

2 原材料及配合比设计

2.1 原材料

1)RAP

试验段RAP均采用武黄高速公路路面专项养护中铣刨料，含水率满足≤3%的使用要求，根据抽提筛分后结果(见表2)，4.75 mm筛上比例占比40%，为便于施工，根据现场筛分结果将旧料经4.75 mm筛网被分成粗细两档(5～16 mm为粗料，0～5 mm为细料)，粗、细料中均含有沥青玛蹄脂胶团，再生混合料均采用RAP，无新集料添加。

表2 RAP抽提筛分试验结果

2)环氧沥青再生胶结料

再生胶结料由环氧沥青组分A、组分B和70#基质沥青共同组成，其中A、B组分掺配比例固定，基质沥青掺加比例在(A+B)∶70#基质沥青=70∶30左右。70#基质沥青性能指标试验结果见表3。

表3 70#沥青试验结果

2.2 配合比设计

由于RAP的添加，常规厂拌热再生混合料的配合比设计应根据实际情况确定出RAP的掺配比例，但该项目再生胶结料采用环氧沥青材料，粗、细集料均采用RAP，无需对RAP材料掺配比例进行研究。为确定试验段环氧沥青再生沥青混合料最佳级配，研究通过调整破碎分档后的各档集料比例进行矿料级配设计。根据经验初拟粗、细料掺配比例见表4，3个掺配比例的级配结果见表5。

表4 粗、细料掺配比例

表5 环氧沥青再生沥青混合料粗细料不同掺配比例的合成级配结果

根据室内研究经验，初拟油石比2.0%，基质沥青掺配比例为30%，拌和温度120 ℃，成型马歇尔试件和车辙板试件，标准养生后根据马歇尔体积参数、水稳定性、摩擦系数等指标，确定各档RAP的掺配比例；在确定各档掺配比例后，根据目标空隙率和摩擦系数确定最佳树脂沥青胶结料用量。并通过拌合站试拌调整，确定各试验段上面层和中面层的配合比，最终确定上面层粗料∶细料=90∶10，油石比2.0%；中面层旧料RAP粗料∶细料=85∶15，油石比2.1%。

3 环氧沥青再生混合料施工工艺

环氧沥青再生混合料试验段具体施工流程有施工前准备(路面铣刨、RAP预处理及拌合站改造)、拌合、运输、摊铺、碾压、养生完成后开放交通六个环节。

1)施工前准备

施工前准备工作主要包含路面铣刨、RAP破碎筛分及拌合站改造工作。试验段采用的旧料均来源于武黄高速公路铣刨料，铣刨料经颚式破碎机轧制后分筛成粗料(5～16 mm)和细料(0～5 mm)两档，分档后的粗细料分开堆放，用彩条布覆盖。由于环氧沥青组分A和组分B在拌合时同时添加，需要施工前对常规的厂拌热再生拌合站进行改造，主要是增加了环氧沥青A、B组分的计量、混合罐搅拌装置、泵送系统、软件操作控制程序等。

2)拌合

拌合站采用德基4000型沥青混凝土拌合站拌制，配套再生机2000型，因搅拌站再生系统程序设定最大旧料掺量为60%，不能达到100%旧料拌和，经改造后，实现100%旧料拌合，并单独配备环氧沥青A、B控制称量系统。在拌合前对旧料仓进行流速测定，同时稳定上料速度，通过单仓转速比的设定，确保粗、细料用量比例，在保证粗细料比例不变的情况下，通过调整统一转速保证旧料进料量以调节拌合楼产量。生产时，提前加热环氧沥青A、B组分和70#沥青，旧料粗、细比例用冷料斗转速控制；拌和时，启动再生干燥筒，开始几盘旧料温度达不到拌和温度应废弃，直至旧料温度达到140 ℃左右，然后正式开始加环氧沥青和70#沥青拌和。旧料干拌时间10 s，干拌结束后，立即加入环氧沥青组分A和组分B。A、B组分需提前计量，然后放入混合罐搅拌，搅拌时间不少于50 s；先旧料和环氧沥青湿拌20 s，然后再加入70#沥青搅拌45 s，湿拌总时间为65～70 s。

3)运输

拌合站至现场运距大约为60 km，环氧沥青再生混合料运输车无特殊要求，和以往沥青混合料运输车相同，采用大吨位自卸汽车，混合料自卸车均配备防雨蓬布，用以保温、防雨、防污染。运料前先对车厢彻底清扫，并用高压喷雾器对车箱底部及边板喷洒一簿层油水混合液，防止混合料粘结，从拌合机向运输车上装料时，先后部再前部顺序装入。采用插入式数显温度计或红外线温度计来检测每车环氧再生沥青混合料的出场温度，记录每车混合料温度。

4)摊铺

环氧沥青再生混合料摊铺同常规沥青混合料摊铺工艺相同，摊铺机就位后，熨平板拼接紧密，预热温度不低于100 ℃。摊铺机的接料斗适当涂上防粘液，料车应对准摊铺机料斗中心，距摊铺机约10 cm左右空档，由摊铺机迎上推动，前进速度控制在2～4 m/min。摊铺过程中，由专人检查铺筑厚度、平整度及离析状况，发现局部离析、拖痕等问题应及时处理。

5)碾压

环氧再生沥青混合料压实分为两种方案，中面层碾压方式：胶轮+钢轮组合碾压，上面层碾压方式：钢轮+胶轮+钢轮组合方式。胶轮压路机和钢轮压路机碾压时禁止洒水，用植物油擦拭，碾压初期频繁擦拭防止混合料粘结。中面层：初压由胶轮压路机紧跟摊铺机静压4～5遍，达到表面密实，最后用钢轮压路机消除轮迹。上面层：初压由钢轮压路机紧跟摊铺机静压2遍，复压用胶轮压路机碾压3遍，最后用钢轮压路机消除轮迹。

6)养生

在当天碾压的尚未冷却的环氧再生沥青混凝土面层上，不得停放压路机或其他车辆，并防止矿料、油料和杂物散落在表面上。压实完成后，封闭交通养生2～3 d，成型车辙试件同条件养生，车辙动稳定度达到3 000次/mm，可以开放交通。

4 环氧沥青再生混合料性能验证

试验段铺筑当天通过检测留样混合料性能，对环氧沥青再生混合料性能进行验证，检测指标和常规普通沥青混合料一致，主要检测马歇尔试件空隙率、自然养生期间车辙动稳定度强度、水稳定性和低温小梁弯曲性能。试验检测结果见表6。

表6 试验段上面层、中面层环氧沥青混合料性能检测结果

由表6可以看出上面层、中面层的环氧沥青再生混合料的各项技术指标均满足技术使用要求，其中标养条件下上面层、中面层60 ℃动稳定度均超过10 000次/mm，具有较为优异的高温稳定性。

5 结 语

在全球原油、石料资源日趋紧张的今天，推动高掺量RAP厂拌热再生技术发展，实现废旧材料重复利用，对节能减排、保护环境具有重要的战略意义。论文结合武黄高速公路路面专项养护工程，对环氧沥青作为再生胶结料在厂拌热再生中的应用情况进行详细介绍，该技术能够实现废旧料100%利用，再生后混合料综合路用性能优异，施工工艺流程简单，具有良好的推广应用前景。