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詹世佐 杨宇婷

辽宁新发展公路科技养护有限公司 沈阳城市建设学院

摘 要:将RAP再生后,通过振动压实工艺制成不同用途的预制件应用于公路附属设施(路缘石、泄水槽、排水沟等),沥青混合料再生预制件可大幅度提高RAP掺量,各项性能指标满足要求,且施工方便、应用领域广,符合绿色循环的可持续发展政策。根据依托项目应用情况调研可知,再生预制件满足使用要求,经过冬季冻融期及雨季的考验,预制件在使用过程中未出现破损、坍塌等病害。

关键词:再生沥青混合料;预制件;附属设施;绿色循环;

0 引言

现阶段,我国经济迅猛发展,而交通事业是推动地区经济发展的重要动力,公路工程占据的地位也随之不断提升,建设里程不断增长。根据交通运输部数据统计显示,截止到2020年底,我国公路总里程519.81万公里,高速公路总里程16.10万公里[1],其中,沥青路面占比超过80%[2,3]。

随着区域经济的发展,部分公路的重载、超载现象十分严重,加之自然环境因素的影响,沥青铺装的实际使用年限无法达到现行规范要求,期间需进行多次维修,在此过程中,将产生大量的沥青混合料回收料。据估计,在我国“十三五”期间,公路养护工程产生沥青铣刨料超过40亿吨[4]。如此庞大的沥青旧料数量,若直接废弃必将造成严重的环境污染和资源浪费,所以如何有效利用这部分资源,是今后公路养护工程亟待解决的难题之一。

结合以上背景,提出沥青混合料回收料(Reclaimed Asphalt Pavement,RAP)循环再生的新思路:以厂拌热再生为技术支撑,将RAP预制成为路缘石、排水沟、泄水槽等构件,应用于公路附属设施养护维修工程。

1 再生沥青混合料预制件技术可行性分析

1.1 传统水泥材料构件的缺点

长期以来,路面附属工程中的排水设施、边坡防护等构件多采用水泥基材料,虽然水泥混凝土构件已实现标准化、规模化预制生产,质量控制及施工工艺也逐渐完善和成熟[5],但通过大量应用实例表明,水泥基预制件有着以下缺点:

(1)生产质量方面:水泥材料的预制件在制作过程易出现外观缺陷,质量难以控制,同时养生时间较长,流水线生产时需要大量模具进行轮换,拆模过程易出现破损情况。

(2)耐久性能方面:在北方寒冷地区,水泥材料构件在经过冬季、春季的冻融作用后,会出现露骨、断裂、粉化等病害情况,同时冬季除冰盐、融雪剂的侵蚀作用,使得水泥材料构件的病害快速发展[6],影响着道路工程相关附属设施的使用品质和美观效果。

(3)日常养护方面:水泥材料本身的特性决定了预制件出现病害后,维修恢复难度大,裂缝难以根治,表面薄层罩面效果不良,修补处极易再次断裂、破损,且维修成本较高[7]。

1.2 传统再生技术的局限性

目前,道路工程中再生沥青混合料技术主要应用于路面铺装材料,包括柔性基层及面层结构[8]。根据现阶段研究进展,用于路面结构的RAP掺配比例一般为30%以下[9],这是由于新拌混合料中随着RAP掺量的提高,各项性能衰减严重[10],无法满足现行规范中对于再生混合料相关性能指标的要求,所以仍然有很大一部分废弃沥青混合料无法充分利用。

1.3 再生沥青混合料预制件的技术优势

(1)再生沥青混合料预制件成型工艺简单,生产质量较高,安装快速、便捷,后期养护难度小,相比传统水泥材料,它的耐久性大幅度提高,从根本上解决了传统水泥构件的病害问题,而且不需要养生,节省了大量的模具,降低生产成本。

(2)再生沥青混合料预制件应用于道路附属设施中时,主要承受填土压力、水压力等作用,相比路面材料承受的车辆荷载而言,其荷载值较小,可适当降低各项指标要求,为大幅度提高RAP的掺量提供了前提条件。根据目前研究进展,RAP掺量已达到70%~90%,有效解决了传统再生技术对于RAP利用率低的问题。

(3)再生沥青混合料预制件使得旧料再生循环利用,是一种绿色、环保的新技术,不仅大幅度节省砂石材料等资源,同时减少工程造价,经济效益和社会效益显著。

2 再生沥青混合料预制件的技术特点

(1)再生混合料生产方式:首先将回收的RAP进行机械破碎,根据级配设计要求筛分成不同粒径组成,根据预制件的尺寸要求,选取不同规格的旧料,使级配组成满足密级配沥青混合料的要求。根据RAP中沥青含量和集料质量情况,加入再生剂,必要时加入部分新沥青、新集料。

(2)预制构件成型方式:以传统的厂拌热再生为技术支撑,将混合料按要求搅拌均匀后,按计算填料质量装入不同构件的钢制模具,成型方式采用振动压实,温度降低至50℃以下时即可脱模。

(3)技术指标测试:预制件在使用过程中多存在于涉水环境,为保证良好的抗水损害性能,空隙率要求控制在3.0%以下,以提高其密实度。以京哈高速(沈山段)路面中修工程铣刨料为原材料,预制件的相关实测指标如表1。

(4)施工工艺:再生沥青混合料预制件的施工工艺与传统水泥、石材构件的施工工艺基本相同,不同点主要在于构件间接缝勾缝材料的选择。由于水泥砂浆材料与沥青基材料的粘结性较差,所以勾缝处理时采用沥青基冷灌缝胶。其他施工工艺和检测标准与传统工艺一致。

表1 再生沥青混合料预制件技术指标实测结果 下载原图

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(5)应用领域:再生沥青混合料预制件相比水泥制品,它具有良好的力学性能、耐久性能,尤其在北方寒冷地区,防盐蚀(融雪剂、除冰盐)能力强,可有效改善传统水泥构件的病害频发且难以修复的应用现状,可应用领域包括:

(1)公路工程:路缘石、泄水槽、排水沟、边坡防护等构件的修复养护。

(2)市政工程:人行步道铺装(沥青砖)、绿化带边缘防护、排水设施、路边(缘)石等构件的修复养护。

3 再生沥青混合料预制件应用情况

2018年以来,再生沥青混合料预制件已成功应用于在辽、吉、黑三省高速公路部分附属设施建设项目中,包括在路缘石、排水沟、泄水槽、边坡防护等部位采用预制件进行更换,目前应用效果良好。

3.1 辽宁沈山高速预制路缘石、泄水槽应用情况

沈山高速原有路缘石为现浇混凝土构件,目前部分路段路缘石受雨水、融雪剂等侵蚀及冻胀作用,形成了构件表面集料剥离、露骨、断裂等典型病害,已严重影响到路面的排水及整体美观效果,见图1。2018年开始,对部分段落(约150km)采用再生沥青预制件对原有的水泥路缘石、泄水槽进行更换与改造,经过2年的运营,整体效果良好,未出现变形、塌陷及破损情况,竖向具有较高强度,整体性较好,见图2。

3.2 吉林长余高速泄水槽应用情况

本项目依托吉林省长余高速改扩建工程,在部分路段新建再生沥青预制泄水槽超过5000m。该工程已于2020年7月建设完成,经过1年的使用,排水能力满足使用要求,构件表面无明显病害,整体稳定性良好,见图3。

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图1 沈山高速原路缘石及泄水槽病害情况 下载原图

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图2 再生路缘石及泄水槽预制件铺筑效果 下载原图

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图3 吉林省长余高速公路再生预制件应用效果 下载原图

3.3 黑龙江哈尔滨绕城高速路肩板、排水沟应用情况

本实施路段位于哈尔滨市绕城高速公路,对段落内路肩板、排水沟等水泥构件进行更换,共计应用长度达到10km。该工程已于2018年至2019年相继完成,目前再生预制件应用情况良好,雨季时无淤积、水毁等情况,泄水能力满足使用要求。经过2个冻融期,构件未出现裂缝、断裂等病害。构件间灌缝材料防水效果良好,详见图4、图5。

4 结论

(1)再生沥青混合料预制件应用技术的实施体现了资源节约、节能高效的建养理念,通过厂拌热再生及振动压实工艺成型后,预制件相关性能良好,符合低能耗、低排放、低污染、循环再利用的发展道路,具有广阔的应用前景,经济和社会效益显著。

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图4 哈尔滨绕城高速原泄水槽病害情况 下载原图

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图5 哈尔滨绕城高速再生预制排水沟构件应用效果 下载原图

(2)通过大量依托工程应用情况表明,该技术可有效恢复公路附属设施的使用功能和美观效果,有效地改善了传统水泥制品病害反复且难以修复的情况,相关构件具有良好的耐久性、耐腐蚀性,大幅度提高了公路工程附属设施的使用性能与美观效果。

(3)再生沥青混合料预制件应用技术属国内首创,研发理念体现了时代性、前瞻性和引领性,开拓了再生技术新的应用领域,为推动绿色交通发展起到积极的示范作用。

参考文献

[1] 中华人民共和国交通运输部.2020年交通运输行业发展统计公报[Z].北京:2021. 5. 19.

[2] 郭鹏.高旧料掺量高性能沥青路面再生利用关键技术研究[D].南京:东南大学,2017.

[3] 陈雅雯.厂拌热再生沥青混合料性能及应用研究[D].杭州:浙江大学,2018.

[4] 叶操.沥青路面就地热再生技术和温度及老化试验研究[D].广州:华南理工大学,2012.

[5] 赵桐,张晋绪,丁卫清,等.小型混凝土预制构件全干法养护技术研究[J].混凝土与水泥制品,2013(11):40-42.

[6] 许贵生.水泥混凝土盐冻腐蚀机理及改善措施分析[J].内蒙古公路与运输,2015(1):17-19.

[7] 安晓辉.浅谈寒区水泥混凝土路面快速修补技术[J].黑龙江交通科技,2014(2):30-30.

[8] 中华人民共和国交通运输部.公路沥青路面再生技术规范:JTG/T 5521—2019[S].北京:人民交通出版社股份有限公司,2019.

[9] 何娟,张京锋,焦楚杰.旧沥青混合料再生应用研究:2008中国商品混凝土可持续发展论坛暨第五届全国商品混凝土技术交流大会论文集[C].昆明:2008.

[10] 侯睿,黄晓明,李海军,等.再生工艺对热再生沥青混合料低温抗裂性能的影响[J].公路交通科技,2007(3):10-14.

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