高模量厂拌热再生技术研究与应用

江 臣，厉广广，安景峰，郑 扬

(1.江苏省交通工程建设局，江苏 南京 210001；2.苏交科集团股份有限公司新型道路材料国家工程实验室，江苏 南京 211112)

在沥青路面的养护工程中会产生大量的废旧路面铣刨料，传统的处理方式是将其堆弃，不仅占用大量的土地、污染周边生态环境，而且对于沥青、石料这些不可再生资源来说，也是一种极大的浪费[1-2]。《公路“十四五”发展规划》重点任务中明确指出，贯彻落实绿色发展理念，推动公路交通与生态保护协同发展，继续深化绿色公路建设，促进资源能源节约集约利用，推广施工材料、废旧材料再生和综合利用，鼓励公路建设应用废旧材料。高模量改性剂对于提高再生沥青混合料耐高温性能和抗水损坏性能有明显效果[3-4]。如何实现废旧路面材料的高价值利用，是新形势下道路工作者必须重视的一大问题。

耐久性高模量热再生沥青混合料(High modulus Recycled Asphalt Concrete，HRC)的技术特点在于充分发挥旧沥青路面中老化沥青变硬的特性，充分调动其有效成分和老化沥青性能，不需要使用再生剂，通过添加一定比例标号较低的沥青进行改性，并掺加一定比例的新集料混合而成，实现耐久性热再生沥青混合料优势[5]。其设计理念较传统的70#及更高标号的道路石油沥青相比，通过使用较大的胶结料用量，弥补沥青混合料使用相对较硬的旧沥青引起抗水损害性能、抗低温性能、耐久性能不足的问题，并通过改进矿料级配，使粗集料形成良好的骨架结构，以提高混合料的抗剪性能[6]。不采用价格较高的再生剂来调整再生沥青的性能，从而得到一种低成本的耐久性热再生沥青混合料。

研究依托京沪高速改扩建工程，将铣刨下来的旧沥青混合料(RAP料)用于耐久性高模量再生混合料的设计中，围绕高模量再生混合料(HRC-20)进行配合比设计与材料性能研究，开发出适用于高速公路下面层的高模量再生沥青混合料。在不添加再生剂情况下，能够满足应用要求，同时实现RAP料再生利用，可为大量高速公路改扩建工程旧料利用提供技术参考。

1 原材料试验

(1)沥青

选取京沪高速改扩建工程中产生的铣刨料开展回收沥青试验，测试老化沥青的各项指标，并按照70#道路石油沥青∶硬质沥青=75∶25的掺配比例测试复配后的硬质沥青各项指标，结果如表1所示。可以看出，回收的老化沥青针入度小于新沥青，软化点和60 ℃动力黏度大于新沥青，表明铣刨料中的沥青出现了明显的老化现象，掺配一定比例的硬质沥青颗粒的复配沥青，针入度减小，软化点保持不变，60 ℃动力黏度明显增大。

(2)矿料

为了提高铣刨料的掺量，减少再生混合料的质量波动，将铣刨料经过破碎筛分后分成了粗铣刨料和细铣刨料两档，各矿料的密度、吸水率和筛分结果分别如表2和表3所示。

表1 沥青性能试验结果

表2 矿料相对密度试验结果

表3 各种矿料的筛分试验结果

2 配合比设计

根据《公路高模量沥青路面施工技术指南》(T-CHTS 1004—2018)[7]的要求开展高模量厂拌热再生混合料配合比设计，结合实际工程应用经验，选择5.5%的油石比，并优选一个级配开展旋转压实试验，确定混合料的压实特性[8]，铣刨料加热温度为135 ℃。旋转压实仪有效内部角设定为0.82°±0.02°，压实次数为100次，合成级配和旋转压实试验结果如表4和表5所示。结果表明，所设计的耐久性高模量沥青混合料空隙率为2.0%，满足不大于4%的技术要求。由此确定设计的高模量厂拌热再生沥青混合料HRC-20矿料比例为m(1#料)∶m(2#料)∶m(3#料)∶m(细集料)∶m(粗铣刨料)∶m(细铣刨料)∶m(矿粉)=24.0%∶21.0%∶5.0%∶19.0%∶15.4%∶15.1%∶2.0%，油石比为5.5%。

表4 合成级配通过率明细

表5 旋转体积指标

图1 设计级配曲线图

3 路用性能研究

在得到的配合比设计的基础上，结合HRC-20混合料的使用场景，分别从抗水损害、高温稳定性、低温抗裂性、动态模量、抗疲劳性等方面开展性能验证试验，并与SBS改性沥青AC-20和厂拌热再生SUP-20(30%RAP，3%再生剂)两种混合料性能进行对比，结果如表6所示。

从结果可以看出，所设计的HRC-20高模量热再生沥青混合料的路用性能均满足要求。其中，除破坏应变低于SBS改性沥青AC-20和厂拌热再生SUP-20之外，其余指标均明显优于HRC-20高模量热再生沥青混合料，表明HRC-20高模量热再生沥青混合料具有更好的水稳定性、高温稳定性和疲劳寿命，动态模量和疲劳次数更是二者的2～3倍，进一步验证了HRC-20高模量热再生沥青混合料具有优异的力学性能和抗疲劳性能。

表6 高模量再生沥青混合料路用试验

4 试验段铺筑

为了进一步验证高模量厂拌再生技术的适用性，依托京沪高速公路改扩建工程，在淮安刘老庄收费站至平交道口的路段，铺筑了高模量厂拌热再生混合料HRC-20试验路，总长度为235 m，面积4 096.8 m2。

基于室内目标配合比设计结果，并结合现场拌合站热料仓筛分试验结果，开展了高模量厂拌热再生混合料HRC-20生产配合比级配组成设计，并通过旋转压实仪试验确定混合料的空隙率为0.3%，满足技术要求，由此确定的生产配合比如表7所示。

表7 配合比设计结果

根据现场铺筑情况对施工过程中的混合料性能和施工后的路面各项技术指标进行了检测，结果如表8所示。可以看出，施工现场的高模量厂拌热再生混合料HRC-20的马歇尔稳定度、动稳定度等指标满足技术要求，路面压实度、渗水系数、平整度指标也满足技术要求，初步验证了高模量厂拌热再生技术用于公路路面中是可行的。

表8 现场检测结果

5 经济效益分析

为了分析高模量厂拌热再生技术的经济效益，分别以SBS改性沥青混合料AC-20和厂拌热再生沥青混合料SUP-20(30%RAP，3%再生剂)作为参照对象，结合当地材料单价对每吨混合料价格进行测算，结果如表9所示。厂拌热再生SUP-20的价格最低269.8元/t，SBS改性沥青AC-20的价格最高为367.5元/t，高模量厂拌热再生HRC-20的价格介于二者之间，相比常规SBS改性沥青AC-20节约材料成本约15%左右，且获得更优异的路用性能。

表9 不同沥青混合料材料成本对比

6 结 论

围绕高模量厂拌再生技术开展了混合料设计、路用性能评价、试验路铺筑及实施效果评估、经济效益分析等方面的研究，主要结论如下。

(1)开展了高模量厂拌热再生混合料HRC-20配合比设计，并研究了其路用性能，结果表明，相比SBS改性沥青AC-20和厂拌热再生SUP-20，高模量厂拌热再生混合料具有更优异的抗水损坏性能、抗车辙性能和抗疲劳特性。

(2)开展了高模量厂拌热再生技术实体工程验证试验，通过试验路铺筑，确定了高模量厂拌热再生混合料HRC-20的生产配合比，施工过程中的质量检测结果验证了其应用于路面中是可行的。

(3)对比分析了高模量厂拌热再生混合料HRC-20的材料成本，结果表明，相较于常规的SBS改性沥青混合料AC-20，HRC-20可降低材料成本15%左右，具有更优的经济效益。