掺沥青混合料回收料再生混凝土技术的施工实践研究.pdf

June2023年6 月Shanxi Science&Technology of TransportationNo.3第3期（总第2 8 2 期山西交通科技掺沥青混合料回收料再生混凝土技术的施工实践研究王建文,李岩，梁建斌（山西大成高速公路有限公司，山西忻州034209)摘要：选用沥青混合料回收料（RAP)作粗集料，辅以水泥、水、细集料进行再生混凝土的配合比设计，测试其强度，并结合繁大高速公路中分带硬化封闭层试验段施工，对RAP再生混凝土集料选用、配合比确定、施工质量控制等方面进行了研究，总结阐述了RAP再生混凝土在施工过程中的质量控制要点，为RAP再生混凝土在中分带封闭层中的应用提供参考。关键词：再生混凝土；沥青混合料回收料；配合比；施工中图分类号：U414.18文献标识码：A文章编号：10 0 6-352 8（2 0 2 3)0 3-0 0 4 5-0 3Research on Construction Practice of Reclaimed AsphaltPavement Recycled Concrete TechnologyWANG Jianwen,LI Yan,LIANG Jianbin(Shanxi Dacheng Expressway Co.,Ltd.,Xinzhou,Shanxi 034209,China)Abstract:Using reclaimed asphalt pavement(RAP)as the coarse aggregate,cement,water,and fineaggregate as supplements,the mix ratio of the recycled concrete was designed and the strength was tested.According to the construction of the test section of the median zone hardened closing layer in FandaExpressway,this paper studied the aggregate selection,mix ratio determination,and construction qualitycontrol of RAP recycled concrete and summarized the key points in construction quality control,providing areference for the application of RAP recycled concrete in the median zone hardened closing layer.Key words:recycled concrete;reclaimed asphalt pavement;mix ratio;construction0引言根据交通运输部历年交通运输行业发展统计公报显示，我国公路养护里程逐年增加，占总里程的比重也逐年增加。据统计，我国9 5%的高速路面都是沥青路面，在沥青路面全寿命周期内必须要进行多次的预防性养护、小修保养、大中修养护，在此过程中必然会产生大量的沥青混合料回收料（RAP）,R A P 的堆积处理不仅会占用大量土地，还会造成环境污染-2 。RAP常规再生利用是通过就地冷再生、就地热再生、厂拌热再生等方式实现3-5,而对于RAP堆存量较小且不适宜常规再生利用时，将RAP作为天然碎石的替代品用于生产水泥混凝土，就近用于中分带封闭层、边沟盖板、路缘石等附属设施，可以节约大量碎石材料，有效减少对环境的污染，对建设绿色交通具有重要意义。本文依托繁大高速公路中分带硬化封闭工程，开展RAP集料评价与选用、再生混凝土配合比设计、施工工艺及质量控制等研究，总结了RAP再生混凝土的施工控制要点，为RAP再生混凝土的科学合理应用提供参考。1RAP集料选用1.1RAP筛分及选用收稿日期：2 0 2 2-12-0 1；修回日期：2 0 2 3-0 2-0 1作者简介：王建文（19 7 2 一），山西忻州人，高级工程师，2 0 0 5年毕业于北京交通大学公路工程与管理专业；李岩(19 8 6 一），山西五寨人，工程师，2 0 12 年毕业于大连理工大学土木工程专业；梁建斌（19 6 8），山西忻州人，工程师，19 9 2 年毕业于太原工业大学工业与民用建筑专业。基金项目：山西交通控股集团有限公司科技项目（2 0-JKKJ-53）；山西交科创新发展计划项目（2 0-JKCF-38，2 0-JK C F-39,2 1-JK C F-54）462023年第3期山西交通科技繁大高速公路是山西省高速公路网布局规划的“三纵十一横十一环”中第三横的重要组成部分，于2014年11月正式建成通车运营，近年来繁大高速公路进行了多次路面养护维修，累计产生沥青混合料回收料约30 0 0 m。从回收料料堆场进行了RAP取样（见图1），并对RAP回收料进行筛分试验，结果见表1所示图1RAP回收料表1RAP的筛分结果筛孔尺寸/mm通过百分率/%筛孔尺寸/mm通过百分率/%31.597.22.367.026.594.51.183.91985.20.62.31677.60.31.613.261.80.150.99.540.40.0750.44.7515.4从表1可以看出大于19 mm和小于4.7 5mm的颗粒约占整个回收料的30%。通过对RAP回收料的观察发现，回收料外表颜色偏黑，表面相比天然碎石较为粗糙；另外，部分大颗粒回收料（19 mm）为沥青胶结多个小颗粒回收料形成的团体颗粒，承受荷载时易破碎。考虑到中分带封闭层设计厚度为10 cm，且大颗粒RAP回收料受压容易破碎，因此选取5 2 0 mm粒级的回收料作为试验用粗集料1.2性能评价对筛分出的5 2 0 mmRAP粗集料进行表观密度、吸水率以及压碎值的测试，结果见表2 所示表2粗集料性能测试结果粒径/表观密度/吸水率/压碎值/粗集料类型mm(kgm)%回收料(RAP)52026102.0516.3天然集料（NA)5202.7100.6713.9从表2 可以看出，RAP粗集料的压碎值高于天然集料，这主要是由于沥青路面在铣刨过程中因损伤累积在集料内部产生大量微裂纹造成的。RAP粗集料的压碎值小于2 0%，仍符合类碎石要求，可用于强度等级为C30C60混凝土及抗冻混凝土中2RAP再生混凝土配合比设计及性能评价2.1配合比设计2.1.1原材料水泥（C）采用P042.5普通硅酸盐水泥，2 8 d强度46.8MPa；细集料（S）采用普通河砂，细度模数2.9 7,堆积密度152 0 kg/m，表观密度2 6 50 kg/m；粗集料分别采用RAP与NA作为对比；玻璃纤维（GF）采用山东浩森新材料有限公司生产的耐碱玻璃纤维；拌和水（W）采用洁净的自来水；减水剂（SP)采用聚羧酸高效粉末减水剂，减水率为2 6%。2.1.2设计思路采用变量控制法进行配合比设计，拟配制C20C40混凝土，计算出的水灰比（W/C)范围为0.4 10.71，以0.5的水灰比为基准，选取0.4、0.6、0.7 三种水灰比为对照；RAP掺量以30%为基准，选取0、2 0%、40%、50%的掺量为对照；玻璃纤维（GF）掺人量太大会造成结团、分布不均匀，掺入量太小无法起到作用(6，掺量采用厂家推荐的0.2%；减水剂根据现场需求添加。RAP再生混凝土的配合比设计方案见表3所示。表3RAP再生混凝土配合比设计方案变量序号RAP掺量/%水灰比GF掺量/%RAPO00.50.2RAP20200.50.2RAPRAP30300.50.2RAP40400.50.2RAP50500.50.2W/CO.4300.40.2W/CO.5300.50.2水灰比W/C0.6300.60.2W/CO.7300.70.22.2性能评价及配合比确定根据表3进行RAP再生混凝土试件成型，经标养后测试其抗压强度，结果见表4 所示表4RAP再生混凝土抗压强度测试结果单位：MPa龄期序号3d7d28d60 d90dRAPO30.1133.9943.3447.0250.30RAP2026.3731.2837.1440.3642.53RAP3025.2230.5236.3839.1540.54RAP4023.1526.2532.9236.0937.49RAP5021.1724.1928.8731.9733.47W/CO.436.0441.6647.6150.4152.81W/CO.525.2230.5236.3839.1540.54W/CO.617.3323.4528.1130.0332.92W/CO.715.8019.0524.7127.7129.78从表4 可以看出，RAP再生混凝土的抗压强度随着RAP掺量的提高而降低，随着水灰比的增大而降低。9 组RAP再生混凝土的2 8 d抗压强度均在2 0 MPa以上，可满足低标号混凝土强度要求。在实际工程应下转第55页47王建文，等：掺沥青混合料回收料再生混凝土技术的施工实践研究2023年第3期用中，根据浇筑部位的设计强度等级和其他要求可择优选用合适的RAP掺量和水灰比。3工程应用3.1工程概况繁大高速中央带为泥土地面，随着春夏季的到来，中分带防眩网下的杂草迅速增长，严重影响路容路貌和行车安全，每年需要投人大量人力、物力、财力修剪中分带杂草，且施工作业会带来较大的交通秩序成本和安全风险。鉴于此，拟在繁大高速中分带实施清除杂草、浇筑混凝土封闭层等试验性措施，以期减少中分带绿化维护、清理工作，降低因绿化养护工作带来的交通安全问题。中央分隔带RAP再生混凝土封闭层试验段位于繁大高速K59+000K59+620处，试验段长6 2 0 m，宽1.5m，厚0.1m。鉴于中分带封闭层对混凝土的强度要求较低，为了对比不同RAP再生混凝土的路用效果，分别于K59+000310段采用W/C0.6、R A P 掺量30%的配合比，K59+310620段采用RAP50、W/C 0.5的配合比。3.2施工工艺及效果RAP再生混凝土技术在中分带封闭层应用的施工工艺见图2 所示施工前准备垫层处理拌和运输推铺整平接缝设置收水抹面养生理平图2施工工艺流程图现场成型RAP再生混凝土试件测试其标准养护和现场同条件养护下混凝土的3d、2 8 d 抗压强度和抗折强度，测试结果见表5所示表5RAP再生混凝土强度测试结果单位：MPa配合比W/C0.6RAP30RAP50W/CO.5测试指标抗压强度抗折强度抗压强度抗折强度室内成型标准养护24.192.8223.452.567d室外标准养护22.672.5921.392.34成型自然养护21.152.4120.032.11室内成型标准养护28.873.3328.113.2428d室外标准养护27.162.9326.512.89成型自然养护24.122.6523.242.57从表5可以看出，在相同养护条件下，室内成型的试件强度高于室外成型；在相同成型条件下，标准养护的试件强度要高于自然养护。尽管室外成型自然养护的试件强度最低，但两个配合比的试件2 8 d强度均高于2 0 MPa，满足设计要求同时，通过后期跟踪观测，试验段表面平整无裂纹、无翘曲，大大提升了中分带清理效率，避免了因中分带绿化维护、清理工作对交通秩序和安全带来的影响，如图3所示。P30图3施工后效果图3.3施工控制要点RAP再生纤维混凝土与普通混凝土拌和流程、施工工艺、施工机械、劳动力使用等方面基本一样。在施工中主要的控制要点如下：a)严格控制RAP集料泥土杂质含量。在沥青路面铣刨过程中，由于行车荷载、铣刨切削作业会不可避免地混人泥土、尘屑等杂质，降低RAP集料的洁净度，进而影响混凝土的强度和耐久性。因此，在进行RAP再生混凝土施工时，应采用边过筛边水枪冲洗的方式进行集料筛选，在抑制筛分选料过程中尘土飞扬的同时能有效剔除RAP集料中混入泥土、尘屑等杂质。b)根据RAP再生纤维混凝土使用部位确定合适的粒度范围。沥青路面经铣刨后产生的RAP集料的粒度范围较水泥混凝土用粗集料宽，要根据RAP集料的筛分结果，按照水泥混凝土粗细集料的分界粒径，剔除小于4.7 5mm以下部分；同时，粗集料的最大粒径应按照不超过应用结构最小尺寸的1/4 的准则确定最大粒径，进而明确使用部位的合适粒度范围。c)基于配合比设计及性能评价确定合适的RAP集料的掺量。RAP再生混凝土的抗压强度随着RAP掺量的增大而降低，这主要是由于RAP集料在碾压破碎、铣刨切削等过程中发生损伤破坏，内部因损伤累积产生大量的微裂缝，使其承荷能力远低于天然碎石；同时，RAP集料尽管经过了二次破碎加工，但还是不可避免地会混有部分沥青砂团块形成的集料团，当RAP再生混凝土承受荷载产生裂纹时，随着荷载增加裂纹会随着RAP集料团中的沥青层迅速扩展直至贯通结构7。因此，在工程实践时，一定要根据结构物部位对混凝土强度等级要求进行混凝土配合比设计，确定符合强度要求、经济效益最优的RAP集料掺量。d)拌和过程中注重投料次序和方式。在RAP再生混凝土中掺人了耐碱玻璃纤维，其目的主要是有效提高混凝土结构的抗折强度、防止结构开裂。但在拌和过程中纤维易发生结团现象，因此，在再生混凝土拌和过程中应注重把控投料次序及方式，以保证纤维均匀分散于混凝土中。e)严格把控各施工工序的衔接性。在中分带施工时，由于防眩网立柱的影响造成无法采用大型设备施上接第4 7 页55张劲桥：软基粉喷桩联合塑料排水板处治模拟分析2023年第3期分析图5新路基工后路基竖向位移预测结果，得出新旧路基结合部位附近竖向位移越来越大，且随着距离的增加竖向位移减小。采用全幅塑料防水板处治方案新、旧路基竖向位移变化曲线大体呈“V字形，竖向位移最大处出现在新旧路基结合位置。采用粉喷桩联合塑料排水板处治方案竖向位移最大位置向左侧路基移动，大概出现在距左侧路肩2 3m位置，分析原因是采用粉喷桩进行加固，新旧路基结合位置路基稳定性提高。另外，采用全幅塑料防水板处治方案路基竖向位移最大值为56.2 4 mm，而采用粉喷桩联合塑料排水板处治方案路基竖向位移最大值为33.6 7 mm，说明方案二较方案一可明显降低工后沉降，提高路基的整体稳定性。4丝结论为合理确定高速公路改扩建工程中软基处治方案，以高速公路拓宽改造工程为案例背景，采用有限元软件对采用不同软基处治方案新旧路基施工期间和工后变形进行数值模拟分析，得出以下结论：a)随新路基填筑层数的增加旧路基顶面竖向位移也增加，且采用粉喷桩联合塑料排水板方案较全幅塑工。当采用人工方式施工时，应保证再生混凝土卸料、摊铺、抹面要配合紧密，当抹面进度无法跟上卸料摊铺进度时，应减缓卸料摊铺速度，确保表面混凝土能够及时抹面。4结语本文对掺沥青混合料回收料再生混凝土的集料筛选、配合比设计及工程应用开展了相关研究与分析，结果表明沥青路面回收料可替代部分碎石生产再生混凝土，且强度可满足C20C40混凝土要求，可用于中分带封闭层等非承重水泥混凝土附属设施结构，为回收料的再生利用拓宽了新途径，参考文献：1徐金枝，郝培文，郭晓刚，等.厂拌热再生沥青混合料组成设计料排水板方案所产生的竖向位移更小，新路基施工期间路基横坡变化也较小，这是由于粉喷桩加固降低了路基施工对旧路基的扰动。b)在淤泥质黏土层水平位移较大，密实砂土层水平位移很小，且采用全幅塑料排水板处治旧路基存在横向变形风险，因此取粉喷桩联合塑料排水板处治方案更为合理。c)工后采用全幅塑料防水板处治方案路基竖向位移最大值为56.2 4 mm，出现在新旧路基结合位置，而采用粉喷桩联合塑料排水板处治方案路基竖向位移最大值为33.6 7 mm，出现在距左侧路肩约2 3m位置，进一步说明采用方案二更为合理，路基的整体稳定性更高参考文献：1吴亚东，李家伟，杨武.排水粉喷桩与常规粉喷桩处理软基的效果分析J.公路交通科技（应用技术版），2 0 11，7（11）：9-10.2 王君.排水板固结与粉喷桩加固软基沉降对比分析J.中外公路,2 0 11,31(4):4 6-4 9.3钱银华.软基处理中粉喷桩与塑料排水板的效果对比J.科技资讯,2 0 0 8(8)：2 9.4高国武，张静.粉喷桩与塑料排水板加固软基的比较分析J城市道桥与防洪，2 0 0 2(2）：7 1-7 3，1.方法综述J.中国公路学报，2 0 2 1,34（10）：7 2-8 8.2 顾万，肖鹏，刘安安，等.城市道路改扩建工程中回收料全循环再生应用J.新型建筑材料，2 0 19,4 6（7)：8-12,19.3 ANTUNES V,FREIRE A C,NEVES J.A review on the effect ofRAP recycling on bituminous mixtures properties and the viabilityof multi-recyclingJ.Construction and Building Materials,2019,211:453-469.4童海涛，郭知涛，秦凯强.高速公路改扩建回收料再生利用技术案例分析J.公路，2 0 2 0,6 5（3）：2 4 3-2 4 7.5 张攀，栾雨澄.老旧沥青路面再生技术的应用J.中国公路，2021(13):99-100.6 沈荣熹，王璋水，崔玉忠，等.纤维增强水泥与纤维增强混凝土M.北京：化学工业出版社，2 0 0 6.7Huang B,Shu X,Burdette G.Mechanical Properties of ConcreteContaining Recycled Asphalt PavementsJ.Magazine of ConcreteResearch,2006,58(5):313-320.