李 泉 ，吴超凡 ，方 杨，钟梦武 ，黄红明，韩庆奎

(1.湖南省建筑固废资源化利用工程技术研究中心，湖南 长沙 410007;2.佛山交通科技有限公司，广东 佛山528042；3.湖南省交通科学研究院有限公司，湖南 长沙 410015)

1 概述

截至2019年底，中国公路总里程已达484.65万km，其中高速公路达14.26万km，居世界第一，而且沥青路面已成为新旧路面建设的主要形式，占路面比例为20%左右，尤其在高等级路面中沥青路面占到90%以上[1-2]。“十三五”期是我国公路加快成网关键时期，逐步进入了建、养并重的时期，并大力推广绿色公路建设，致力于废旧道路材料的再生利用，构建资源节约型、环境友好型公路交通行业。然而废旧道路材料的循环利用率不足30%，远低于发达国家90%以上利用率的水平，远没有实现“十三五”规划的目标，大多被随意丢弃或掩埋，造成不可再生资源浪费严重，亦对生态环境造成一系列的破坏，在即将到来的“十四五”规划中产业发展与生态保护依然将会是重点内容之一[3]。近年来国家对自然生态保护要求步步提髙，在加强山、水、 林、 田 、湖、草和自然保护区保护力度的同时，提出了生态保护红线；随着近20 a来道路建设的发展与投入，碎石使用数量不断加大，使得原生石矿被过度开采，是造成生态破坏的原因之一，作为一种不可再生资源已将不能满足道路建设发展的需求[4-6]。在国内，废旧资源再生技术已逐渐得到重视，尤其是针对RAP的厂拌热再生技术已逐步成熟，但也存在使用层次的局限性，厂拌热再生沥青混合料主要用于路面中下面层中，在上面层应用较少，尤其是在上面层SMA-13沥青混合料中很少开展再生研究与应用[7-8]。

本文研究依托于佛山一环西拓旧路改造项目，在白金线右幅k38+260～k39+260上成功实施了1 km上面层厂拌热再生SMA-13示范路段。本文通过对旧路面RAP分层回收与处置、旧沥青回收与再生试验、再生剂掺量确定、再生SMA-13配合比设计与其路用性能的对比研究，确定了厂拌热再生SMA-13沥青混合料用于路面上面层的可行性，并在生产过程中严格控制再生剂添加、RAP加热温度与拌合温度，保证混合料质量，使厂拌热再生SMA-13沥青混合料成功应用于高等级路面上面层，再生路面质量优异。

2 材料试验

2.1 新集料与填料

粗集料采用广西友信辉绿岩，其规格为9.5～13.2(辉1#)、4.75～9.5(辉2#)、2.36～4.75 mm(辉3#)；细集料采用广西磊石石灰岩，规格为0～2.36 mm(石4#)；填料采用石灰岩矿粉与普通硅酸盐水泥，其技术指标与筛分结果见表1与表2。

表1 新集料与填料技术指标Table 1 The technical indexes of new aggregates and fillers类别压碎值/%洛杉矶磨耗损失/%与沥青的黏附性/级表观相对密度辉1#辉2#辉3#石4#水泥矿粉试验结果13.87.452.9402.9422.9412.7073.1462.729技术要求≤20≤245 ≥2.6≥2.5类别吸水率/%针片状颗粒含量/%辉1#辉2#辉3#石4#辉1#辉2#细集料砂当量/%细集料棱角性/s试验结果0.70.91.10.92.43.57845技术要求 ≤2.0≤10≤15≥65≥30

表2 集料筛分结果Table 2 The results of aggregate screening材料通过下列方孔筛(mm)的质量百分率/%1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075辉1#10089.83.950.40.40.40.40.40.40.1辉2#10010097.97.00.80.40.40.40.40.1辉3#10010010078.75.62.52.52.52.50.3石4#10010010099.978.259.142.427.120.915.4水泥10010010010010010010010010097.5矿粉10010010010010010010010097.692.0

2.2 新沥青

新沥青采用壳牌SBS改性沥青，其SBS掺量为4.5%～5%，技术指标见表3。

2.3 RAP

本依托工程旧路面上面层胶结料为SBS改性沥青，中、下面层胶结料为70#重交沥青，为控制RAP变异性和保证RAP性能的稳定，将上面层改性RAP与中、下面层重交RAP分开铣刨回收与堆放。将上面层改性RAP破碎筛分成22～32(RAP1#)、11～22(RAP2#)、6～11(RAP 3#)与0～6 mm(RAP 4#)4档规格。为更好地进行再生SMA-13沥青混合料的级配合成与质量控制，仅采用RAP3#进行厂拌热再生SMA-13沥青混合料研究与应用，RAP3#的抽提筛分结果与其相关性能试验见表4与表5。由表5可得RAP3#的矿料指标满足上面层材料技术要求。

表3 SBS改性沥青技术指标Table 3 The technical indexes of SBS modified asphalt试验项 目25 ℃针入度/0.1 mm针入度指数PI5 ℃延度/cm25 ℃弹性恢复/%软化点/℃135 ℃旋转黏度/(Pa·s)闪点/℃25 ℃相对密度TFOT试验后质量变化/%针入度比/%5℃延度/cm技术要求40-55≥0≥20≥90≥70≤3≥230实测-1.0～+1.0≥65≥15试验结果480.772596.088.02.453011.03-0.0779.317

表4 RAP材料抽提试验结果Table 4 The results of rap material extraction test规格油石比/%通过下列方孔筛(mm)的质量百分率/%1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075RAP3#3.710010085.228.222.718.614.711.59.67.7

表5 RAP矿料技术指标Table 5 The technical indexes of rap ore类别RAP3#中的矿料压碎值/%表观相对密度吸水率/%试验结果18.12.724 0.65技术要求≤20≥2.6≤2

2.4 再生剂

采用湖南云中再生科技RA-YZ02渗透型再生剂，其具有很强的渗透性，附在旧沥青表面时能对旧沥青渗透再生，技术指标见表6。由表6可得该再生剂芳香分含量高，可有效补充老化沥青中缺失的轻质组分，使得沥青由老化后的凝胶型向再生后的溶胶-凝胶型转变。

表6 RA-YZ02型再生剂技术指标Table 6 The technical indexes of RA-YZ02 regenerant类别60 ℃黏度/cSt闪点/℃饱和分含量/%芳香分含量/%薄膜烘箱试验前后黏度比薄膜烘箱试验前后质量变化/%15 ℃密度/(g·cm-3)质量指标176-900≥220≤30实测记录≤3≤4,≥-4实测记录试验方法T0619T0633T0618T0618T0619T0609T0603实测结果305.822419511.18-1.701.017

3 旧沥青再生

SBS改性沥青老化主要包括两个方面：一方面是其SBS改性剂的老化降解，其聚丁二烯嵌段上的C=C双键在老化过程中部分发生断裂或氧化；另一方面是其基质沥青氧化硬化，轻质组分减少，沥青分子量增大。针对改性旧沥青再生，再生剂无法修复其断裂的C=C双键，其再生的目的是将改性旧沥青中的基质沥青4组分比例调和到新沥青的标准，使再生后的针入度指标达到新沥青的指标要求，并在生产过程中新沥青与再生沥青融合再生，使融合再生后的沥青指标满足规范要求[8-13]。本试验中采用的壳牌SBS改性沥青，其具有高SBS改性剂掺量与高技术指标参数等特点，适合于改性沥青再生应用。旧沥青再生试验见表7。由表7可得回收后的旧沥青针入度指标为25(0.1mm)，旧沥青老化严重，但RAP仍具有很好的再生价值；考虑到再生剂在生产过程中的损耗，其最佳掺量采用旧沥青质量的10%。

表7 旧沥青再生试验Table 7 The old asphalt recycling test不同再生剂掺量/%25 ℃针入度/(0.1 mm)软化点/℃02566.043462.064060.084558.0105056.0改性沥青4888.0

4 厂拌热再生SMA-13沥青混合料配合比设计

本试验中SMA-13沥青混合料级配范围来源于“一环西拓旧路改造设计文件”。参考全新料SMA-13沥青混合料确定的合成级配4.75 mm筛网通过率为25%，由于RAP3#中的矿料表观相对密度与辉绿岩相比差异大，对25%RAP矿料掺量下再生SMA-13沥青混合料进配合比设计时，其合成级配4.75 mm通过率分别取25%与27%进行级配合成，合成级配曲线见图1。

图1 再生SMA-13合成级配曲线图

再生SMA-13沥青混合料中RAP矿料掺量为25%，由表4可得RAP3#油石比为3.7%，因此混合料油石比中旧沥青为0.93%，再生剂为0.09%[14]。根据确定的全新料SMA-13沥青混合料油石比与SMA-13应用经验，再生SMA-13沥青混合料油石比采用6.0%进行马歇尔指标试验，其中混合料油石比中新沥青为4.98%，纤维为外掺0.4%，马歇尔试验技术指标试验结果见表8。由表8可得再生SMA-13沥青混合料采用级配二，即合成级配4.75 mm筛网通过率通过率为27%，油石比为6.0%时，其各项指标满足技术要求，并由此可得SMA-13沥青混合料中矿料合成表观相对密度对其合成级配的影响，随着矿料合成表观相对密度的降低，合成级配4.75 mm筛网通过率需适当提高，以满足体积指标要求。将新沥青与再生沥青按4.9∶1比例掺配后再生沥青技术指标见表9。由表9可得新旧沥青融合再生后的技术指标满足设计要求。

表8 马歇尔技术指标结果Table 8 The index results of marshall technical再生SMA-13油石比/%最大理论相对密度空隙率/%稳定度/kN毛体积相对密度饱和度/%矿料间隙率/%级配一6.02.5754.9 9.162.45072.017.4级配二6.02.5714.010.482.46876.116.7技术要求—3.0～4.5≥6.0—75～85≥16.5

表9 新沥青与再生沥青融合再生沥青技术指标结果Table 9 The asphalt technical index results of new asphalt and recycled asphalt fusion recycled试验项目针入度25 ℃/(0.1 mm)软化点/℃延度/cm旧沥青2566.01再生沥青(再生剂掺量10%)5056.013融合再生沥青(油石比6.0%)5074.022技术要求40-55≥70≥20

5 路用性能验证

采用级配二进行厂拌热再生SMA-13沥青混合料路用性能试验，并与全新料SMA-13沥青混合料路用性能进行对比分析，结果见表10，由表10可得再生SMA-13沥青混合料路用性能优异，其高温抗车辙性能、抗水损稳定性能与全新料SMA-13沥青混合料性能指标基本接近，其低温抗裂能力略低于全新料SMA-13沥青混合料，由于南方主要以高温多雨天气为主，属于冬温区，亦满足其技术要求，验证了再生SMA-13沥青混合料在路面上面层应用的可行性。

表10 路用性能试验结果Table 10 The test results of road performance试验项目动稳定度/(次·mm-1)残留稳定度/%冻融劈裂强度比/%低温破坏应变/με析漏/%飞散损失/%全新料SMA-1311 98192.493.43 3840.053.0再生SMA-1311 25591.793.92 7570.033.8技术要求≥5 000≥85≥80≥2 500≤0.1≤15

6 厂拌热再生SMA-13沥青混合料工程应用

依托于佛山一环西拓旧路改造项目，在白金线右幅k38+260-k39+260上进行上面层厂拌热再生SMA-13沥青混合料工程应用。厂拌热再生SMA-13沥青混合料在生产过程中主要对再生剂添加、RAP加热温度和拌合温度等进行监控，以保证其生产质量；在施工过程中参考全新料SMA-13施工工艺，并将其摊铺、碾压温度提高5 ℃～10 ℃，以保证其施工质量。

6.1 再生剂添加

将再生剂喷洒装置呈半圆形安装在再生加热滚筒与再生储料仓连接处，见图2，并根据RAP每1h进料量在操作系统中输入相应再生剂每1 h喷洒量，保证再生剂按所需掺量喷洒。RAP从再生加热滚筒尾部落入再生储料仓时再生剂均匀地喷洒在RAP表面，提高了再生剂与旧沥青的接触时间，使再生剂在RAP进入搅拌缸前能对旧沥青具有初步的渗透融合再生作用，并能在一定程度上提高再生剂的有效利用率。再生剂泵送系统匹配的再生剂黏度范围为300～500 cSt，由表6可得再生剂喷洒温度采用50 ℃～60 ℃。

图2 再生剂喷洒位置简图

6.2 RAP加热温度

RAP经再生加热滚筒加热过程中旧沥青存在二次老化现象，其加热温度不宜过高，过低则影响再生剂再生效果、新旧沥青融合效果和混合料拌合温度等，通过提高新料温度来保持混合料拌合温度，拌合过程中会加深沥青的老化，见表11。当RAP的加热温度控制在140 ℃左右时，其旧沥青二次老化比较轻微，亦可满足再生剂、旧沥青与新沥青能充分混融，在矿料表面形成均匀的沥青薄膜，保证拌合温度。

表11 RAP加热温度试验结果Table 11 The test results of RAP heating temperatureRAP加热温度/℃RAP中再生沥青针入度/(0.1 mm)新料加热温度/℃混合料中沥青针入度/(0.1 mm)混合料拌合温度/℃12048230451404720546180～1851604419043

6.3 SMA-13再生路面效果

SMA-13再生路面基本不渗水，芯样密实，见图3，构造深度基本处于1.0～1.1，见图4与图5，压实度在99%以上，见图6。综上可得，SMA-13再生路面质量优异，厂拌热再生SMA-13沥青混合料完全可应用于路面上面层，可大范围推广应用。

图3 再生路面芯样

图4 再生路面构造深度检测

图5 再生路面构造深度检测结果

图6 再生路面压实度检测结果

6.4 经济效益分析

厂拌热再生SMA-13沥青混合料生产成本、施工成本与全新料SMA-13沥青混合料基本一致，其经济效益主要体现在材料成本上的减少，见表12，可节省材料成本70元/t。该示范路段共实施厂拌热再生SMA-13沥青混合料1 500 t，回收RAP367.5 t，共节省材料成本10.5万元，经济效益与社会效益显著。

表12 经济效益分析Table 12 The analysis of economic benefit材料类型材料价格/(元·t-1)再生SMA-13/tSMA-13/t辉绿岩216.20.5270.726石灰岩136.70.1040.123矿粉1600.0570.075RAP300.245—改性沥青4 2800.047 10.057再生剂15 0000.000 9—水泥5000.0190.019成本/(元·t-1)—369.2439.2

7 总结

本文中对RAP 进行了性能分析，并对再生剂与其对旧沥青再生效果、厂拌热再生SMA-13沥青混合料配比设计、路用性能、工程应用效果与其经济效益进行了研究，得到如下结论。

a.RAP中旧沥青也严重老化，但其性能指标仍满足再生的要求，具有很大的再生价值。

b.与全新料SMA-13沥青混合料路用性能相比，2种混合料高温性能与水稳定性能基本接近，其低温抗裂能力略低于全新料SMA-13沥青混合料，由于南方主要以高温多雨天气为主，属于冬温区，亦满足其技术要求，验证了再生SMA-13沥青混合料在路面上面层应用的可行性。

c.重点介绍厂拌热再生SMA-13沥青混合料生产过程中再生剂喷洒位置与温度、RAP的加热温度和混合料拌合温度。

d.依托于佛山一环西拓旧路改造项目，成功在白金线右幅k38+260～k39+260上进行了上面层厂拌热再生SMA-13沥青混合料工程应用，SMA-13再生路面质量优异。通过事实证明，厂拌热再生SMA-13沥青混合料完全可应用于高等级路面上面层，经济效益与社会效益显著，可大范围推广应用。