就地热再生沥青混合料设计思路探讨

观祖保

（南京市市政设计研究院有限公司，江苏南京210008）

1 概述

就地热再生是一种预护性养护技术，是采用热再生机组就地加热、软化沥青路面，将加热后的旧沥青路面材料根据需要添加再生剂或沥青结合料以及新骨料的比例，拌合摊铺，并压实成型的施工工艺。

就地热再生可处理的道路病害主要有纵横向反射裂缝、拥包、松散、坑槽、泛油、车辙、波浪等。与传统道路改造相比，不会形成“补丁套补丁”、纵横向冷接缝等情况。

2 就地热再生混合料设计方法

就地热再生沥青混合料设计和普通沥青混合料设计有相同的地方，也有不同的地方。相同的地方是都采用马歇尔试验来确定最佳油量，并检验其稳定度、流值、空隙率、沥青饱和度等技术指标是否满足规范要求；不同的地方是再生混合料设计需要确定再生剂掺配比例等。再生剂掺配比例太少，老化沥青再生程度就低，要满足沥青混合料残留稳定度等指标的要求，必然造成新沥青掺配比例大，从而总油量大，造成沥青混合料的流值不满足；而再生剂掺配比例太大，就会加大其成本投资及相关技术指标不满足要求。

本文结合已往高等级公路改造过程中及近期南京城市道路新改造工程中再生剂掺配比例方面主要的实验数据，对就地热再生沥青混合料的设计进行探讨。在就地热再生工艺老路改造过程中，老路路基整体强度均满足设计要求，路面病害主要集中在表面。

2.1 沥青老化及再生机理分析

2.1.1 沥青老化

沥青老化过程主要表现：

（1）运输、储存、加热过程中的老化。

（2）沥青加热拌和及铺筑过程中的老化。

（3）沥青在路面使用中的老化。

根据相容性理论，沥青老化过程中，各组分构成比例的变化，引起沥青中沥青质与软沥青质溶解度参数的变化，导致沥青质与软沥青质溶解度参数差值增大，因而相容性降低，最终表现为沥青路用性能衰降。

Δδ=δAt-δM＜K

式中：Δδ——沥青质与软沥青质溶度参数差值；

δAt——沥青质的溶度参数；

δM——软沥青质的溶度参数；

K——要求的溶度参数差值的限值。

根据相关研究表明，对国产沥青，当K＜0.76时，可得到较好的相容性。

2.1.2 沥青再生

掺加再生剂一方面可以使沥青质的相对含量降低，从而提高沥青质在软沥青质中的溶解度，同时掺加再生剂后又可以提高软沥青质对沥青质的溶解能力，使沥青质和软沥青质溶度参数差值Δδ减小，从而改善沥青的相容性，实现沥青的再生。

2.2 旧沥青混合料性质

（1）集料性质

对旧沥青混合料进行抽提试验得到的矿料进行筛分, 以判断旧路面的级配。

根据图1 筛分曲线，旧沥青混合料级配曲线在规范范围以内。旧沥青混合料级配基本满足要求，不需要添加新的集料，只需添加再生剂来恢复老化沥青的性能。

（2）老路沥青性质

由表1 可见，旧沥青的针入度降低，粘度增大，延度减少，软化点提高，已明显趋于老化。

2.3 再生剂掺量的初步确定

表1 老路沥青性能指标表

老路原用AH-70 重交通道路沥青, 则再生沥青的目标标号也采取AH-70。我们选定的再生沥青混合料的沥青性能预期达到标号为AH-70 的沥青性能，我们在考虑再生剂加入到老化沥青中的性能指标时应以AH-70 为标准，同时新加入沥青的标号也以AH-70 为宜，这样我们可从一定程度上减小因施工时新旧沥青不能充分溶合所导致的再生沥青混合料的整体路用性能的下降。通过将回收的老化沥青与再生剂试配的方法来确定再生剂的掺量，即将不同掺量的再生剂与老化沥青溶合，测得针入度、粘度，找到能满足再生沥青要求的掺量。

采取再生剂掺量分别为0，5%，10%，15%进行试验（见表2，图2～图4）。

表2 再生沥青主要指标表

随着再生剂用量的增加，再生沥青针入度和15 ℃延度增加，软化点减少, 这说明旧沥青的路用性能得到了改善。从试验结果看, 按旧沥青的10% 添加再生剂即可满足再生要求。因此, 再生剂的掺加比例初步确定为旧沥青的10%。

2.4 再生沥青混合料的性能

（1）再生混合料的最佳沥青用量的确定。

再生沥青混合料的油石比由旧沥青混合料的油石比、掺加的再生剂和新沥青组成。如果再生沥青混合料的合成油石比还偏小, 应考虑再加入一部分新沥青, 新沥青一般应混入再生剂均匀地加入旧沥青混合料。再生沥青混合料以旧沥青加入再生剂后形成的油石比为最低油石比, 然后按一定的间隔加入新沥青, 做马歇尔试验, 用马歇尔试验来确定再生混合料的油石比。

在马歇尔试件成型中，应注意混合料达到击实温度后应该立即进行击实成型，防止再生混合料经过长时间加热过分老化，而导致稳定度变化较大。

随着沥青用量的变化，按照规范所述的方法很容易确定此配合比情况下的最佳沥青用量。新沥青的用量等于总沥青用量减去旧沥青、再生剂的用量。

（2）再生沥青混合料马歇尔试验结果（见表3）。

（3）再生剂掺量对再生混合料稳定度的影响。

再生混合料稳定度的变化情况如图5，可看出，旧料未掺再生剂前稳定度很高，达19.2 kN，而添加了再生剂后，稳定度明显下降，并且随着再生剂用量的增加，稳定度变得越小。

表3 再生沥青混合料马歇尔试验结果

由于再生剂的作用首先就是降低老化沥青的粘度，老化沥青粘度降低了，混合料的稳定度也就变小了。随着再生剂用量的加大，老化沥青的粘度也进一步降低，混合料的稳定度也就呈持续下降趋势。可以看出，再生剂基本起到了期望的作用，即降低了老化沥青的粘度。

（4）再生混合料的高温稳定性。

在车辙试验中，再生沥青混合料采取加入不同再生剂掺量的方法，试验结果见表4。

表4 再生沥青混合料动稳定度

可以看出，随着再生剂的掺加量不断增多，再生混合料的动稳定度呈持续下降趋势从车辙试验时试件的剪切流动来看，沥青的粘度越高，则相应的混合料抗剪切流动的能力就越高，动稳定度也就越高。再生剂的加入降低了老化沥青的粘度，也就降低了沥青混合料的抗剪切流动能力，抗车辙能力就降低。

（5）再生沥青混合料的低温性能。

旧沥青混合料在0 ℃时劲度模量很大，混合料发生很小的低温收缩变形，就会产生很大的温度应力，这样低温缩裂就很易发生，低温缩裂是老化沥青混合料的最大弱点，随着再生剂的添加，沥青劲度模量下降，沥青粘度大幅度降低，进而改善了沥青的变形能力，从而最终提高了再生沥青混合料的低温性能。再生剂的加入能明显改善老化沥青混合料的低温变形能力，提高低温抗裂性能。再生沥青混合料劲度模量的变化见图6。

通过上述再生混合料性能试验结果，可以明显看出再生剂掺量引起混合料性能的相应变化，当采取10%的再生剂, 在高温性能和低温抗裂性能均满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)相应的技术要求。随着再生剂的继续增加，沥青混合料的高温稳定性能将满足规范要求。

3 结语

（1）本文对沥青路面现场热再生技术进行分析，以在老化沥青中添加适当比例的再生剂或新沥青以恢复沥青性能，使旧沥青的路用性能指标有明显改善，即针入度、延度提高，软化点降低，通过马歇尔试验等证明再生沥青混合料的性能满足规范要求并且有良好的路用性能。

（2）就地热再生技术在国内属于新生事物，相比常规沥青混合料的配合比设计而言，存在一定的差异，许多理论方法和实际操作中的问题将会不断出现，需要仔细分析与研究，设计出满足规范要求和工程实际情况的配合比方法是非常必要的。

（3）就地热再生技术应因地制宜。根据规范，当旧沥青针入度小于20 时，再生效果很差，不宜再生利用。

（4）由于就地热再生100%利用原路面旧料,导致新料的掺加量很小, 级配方面可以调整余地很小，老路级配需要调整时需添加新混合料。

（5）旧沥青混合料掺加再生剂，旧沥青针入度就有很大的提高，但是，由于针入度指标上升斜率较大，再生沥青的耐久性是否良好值得探讨。

（6）对改性沥青路面的老化规律以及再生方法需进一步探讨。

（7）就地热再生技术能够节约大量的沥青、砂石等原材料，节省工程投资，同时有利于处理废料、保护环境，具有显著的经济效益和社会效益。随着国家大力倡导的“循环经济”、“低碳经济”，就地热再生作为一种预护性养护技术，满足低碳、环保要求，值得推广。

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