ATB-25再生混合料用于沥青路面大修病害处治应用研究

陈 飞， 席贵东

(1.招商局重庆交通科研设计院有限公司， 重庆 400067； 2.山区道路工程与防灾减灾技术国家地方联合工程实验室， 重庆 400067； 3.重庆市智翔铺道技术工程有限公司， 重庆 400067)

根据交通运输部《2020年交通运输行业发展统计公报》，截至2020年末，全国公路总里程达到519.81万km，高速公路总里程达到16.1万km，其中，70%以上的高等级公路为沥青路面结构。当前，我国沥青路面养护维修产生的沥青混合料回收料(RAP)高达上千万吨/年[1-2]，且随着养护维修规模不断增加，产生的RAP将会越来越多，此既占用存放空间资源，又会造成环境污染[3]。随着环保理念的深入，破山取料的难度加大，砂石骨料的价格不断上涨，致使公路建养成本不断增加。因此，如何对RAP再生利用及其全面推广应用，将是今后一个持续研究的热点问题[3-4]。

厂拌热再生技术是目前国内研究和应用最广泛的再生技术[5-10]。郭浩等[8]研究表明，与常规热拌沥青混合料相比，再生ATB-25沥青混合料再生抗车辙能力增强，且经济效益明显。彭超杰[9]对再生ATB-25沥青碎石混合料的研究表明，沥青混凝土的高温性能随再生粗骨料掺量的增加先增后减，且对沥青混凝土的低温性能和抗疲劳性能有一定的负面影响。廖湘南[10]对再生ATB-25沥青碎石混合料设计方法和路用性能的研究表明，再生粗骨料掺量的增加会引起最佳沥青用量的增加，但对有效沥青含量、粉胶比等没有影响，且在一定范围内，增加再生粗骨料掺量对高温稳定性、水稳定性具有积极作用。

黄允江、胡婷、杨博等[11-13]研究表明，采用厂拌热再生ATB-25沥青混合料进行路面大修结构调平及半刚性基层病害开挖修补具有以下优势：一是比半刚性材料修补效率高，无需养护，有利于提高路面大修效率；二是可增加沥青层的整体厚度，有利于提高路面结构寿命；三是与再生AC-25沥青混合料相比，更节省沥青用量。为此，本文基于工程实际中RAP料的特性及因软基引起路面不均匀沉降的特征，开展厂拌热再生ATB-25沥青混合料用于路面结构层大修加铺调平，以及局部原沥青面层与半刚性基层病害开挖修补处治等方面的研究，为其在路面大修工程项目的实施及推广应用提供技术支持。

1 材料技术指标

试验原材料来自G15 沈海高速公路温州段大修项目。RAP为原路面 AC-25(Ⅰ)型下面层粗粒式沥青混合料；新沥青采用壳牌70#道路石油沥青；新集料采用当地凝灰岩，其规格分为 0 mm～5 mm、5 mm～10 mm、10 mm～15 mm、15 mm～30 mm四档。

1.1 RAP技术指标

按照JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》及JTG E20—2005《公路工程集料试验规程》规定的方法测试RAP技术性能，结果见表1。

由表1可知，RAP测试结果满足JTG/T 5521—2019《公路沥青路面再生技术规范》中相关要求。

表1 RAP技术指标

1.2 新料技术指标

对新沥青及粗、细集料主要技术指标进行测试，结果见表2、表3。

由表2、表3可知，测试结果符合JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》中相关要求。

表2 壳牌70#石油沥青技术指标

表3 新集料技术指标

2 再生ATB-25沥青混合料设计

2.1 级配设计

由于依托工程原路面多年来采用了各类沥青混合料加铺调平，可能造成铣刨的RAP变异性较大，因此，配合比设计时对RAP选择中等掺量(30%以内)，以保证ATB-25再生混合料性能相对稳定。

采用马歇尔设计方法，对4档凝灰岩集料、石灰岩矿粉以及回收的RAP进行再生沥青混合料级配设计，确定各档矿料的掺配比例为15 mm～30 mm∶10 mm～15 mm∶0 mm～5 mm∶矿粉∶RAP=40∶8.6∶17.4∶4∶30，因RAP中5 mm～10 mm规格集料含量较多，故未掺加此规格新集料，合成级配见表4。

表4 ATB-25再生沥青混合料级配设计

从表4可知，ATB-25再生混合料合成级配处于级配的上下限范围内。

2.2 油石比确定及路用性能验证

采用马歇尔方法进行油石比设计，总油石比选用3.0%、3.3%、3.6%、3.9%、4.2%，与此对应的新沥青油石比为1.8%、2.1%、2.4%、2.7%、3.0%。马歇尔试验条件:RAP加热温度为120 ℃，新集料加热为200 ℃，沥青加热为150 ℃，拌和温度为180 ℃，出料温度为175 ℃～185 ℃。测试不同油石比马歇尔试件的理论最大相对密度、毛体积相对密度、空隙率(VV)、矿料间隙率(VMA)、沥青饱和度(VFA)以及稳定度与流值，试验结果见表5。

表5 ATB-25再生沥青混合料马歇尔试验结果

由表5试验结果，根据JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》中规定的油石比确定方法，确定最佳ATB-25再生混合料总油石比为3.6%，新沥青油石比为2.4%。

按照JTG 20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中规定的试验方法，制备总油石比为3.6%的ATB-25再生沥青混合料试件，通过浸水马歇尔试验、60 ℃车辙试验及渗水试验，验证ATB-25再生沥青混合料的高温及水稳定性能，试验结果见表6。

表6 ATB-25再生沥青混合料性能试验结果

由表6试验结果可知，ATB-25再生沥青混合料的高温性能指标动稳定度、水稳性能指标浸水马歇尔残留稳定度及渗水系数均满足技术要求。

2.3 施工工艺验证

为进一步对比确定ATB-25再生沥青混合料的施工工艺，采取新沥青加热温度为150 ℃，RAP预热温度为120 ℃，分别测试180 ℃、200 ℃、220 ℃新集料加热温度条件下，ATB-25再生沥青混合料的高温与水稳性能，试验结果见表7。

表7 集料不同加热温度ATB-25再生混合料性能试验结果

从表7试验结果可知，随集料加热温度的升高，再生ATB-25沥青混合料动稳定度与浸水马歇尔残留稳定度均先增加后减小。这表明，提高新集料的加热温度有利于RAP料中旧沥青的吸收与融合，能够较好地提升再生沥青混合料的抗高温变形与抗水损害性能；但若新集料加热温度过高，则与RAP拌和时，易造成RAP的硬化，反而对再生混合料性能不利。为此，确定再生ATB-25沥青混合料生产中RAP加热温度宜为(120±5)℃，新集料的加热温度宜为(200±5)℃，新沥青加热温度宜为150 ℃。

3 工程应用

3.1 工程概况

G15 沈海高速公路温州段大修项目，为双向4车道，设计速度120 km/h，整体式路基宽度为 28.0 m，分离式路基宽度为 13.75 m。原路面结构为4 cm AK-13(A)上面层+5 cm AC-16(I)中面层+6 cm AC-25(I)下面层+30 cm水泥稳定碎石基层+18 cm水泥稳定碎石基层。该项目通车运营至今已超过 15 年，在交通流量大、重载交通多、降雨量较大及深厚软基等影响下，路面开裂、坑槽及不均匀沉降等病害较为严重[14-15]。

3.2 实施方案

1) 沉降路段加铺调平

本项目K1789+720～K1789+969、K1790+008～K1790+807、K1791+116～K1791+226路段软基沉降较为连续，路面不均匀沉降深度最高达20 cm ～30 cm，故选择本路段进行路面结构加铺调平。加铺调平总方案为：加铺 4 cm 改性沥青SMA-13+6 cm 改性沥青Sup20+再生 ATB-25调平结构。再生ATB-25 单层加铺厚度需满足7 cm～12 cm，如达不到最小厚度7 cm，需铣刨至最小厚度；如超过12 cm，需分层摊铺碾压。不同加铺厚度的实施方案见表8。

表8 不同加铺厚度实施方案

2) 局部维修

为缩短封闭时间及提高施工效率，局部维修全部采用再生ATB-25沥青混合料。由于原路面结构复杂多样，不同路段经过多次加铺，原路面维修开挖回填再生ATB-25混合料时，应根据病害类型及影响程度制定实施方案，具体方案见表9。

表9 局部开挖处治方案

为保证路面局部维修质量，须严格控制以下工艺：

1) 开挖深度h′>12 cm时，须分层开挖处治，单层开挖处治深度控制在7 cm～12 cm；

2) 开挖层之间沿行车方向形成25 cm～50 cm 宽台阶，便于碾压；

3) 开挖后，在工作面洁净干燥的条件下洒布改性乳化沥青粘层，包括开挖后原路面及侧壁，洒布量为纯沥青含量(0.2～0.3)kg/m2；

4) 依次分层铺筑再生ATB-25沥青混合料至与原路面齐平, 各沥青层之间洒布改性乳化沥青粘层，用量同上；每层碾压结束后均在新旧接缝处骑缝铺贴宽度为50 cm 的防水卷材；

5) 面积小的修补面可用小型夯机先四周后中间均匀夯实；面积较大的采用压路机压实。

3.3 质量检测

按照JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》中施工过程质量控制标准要求，对沉降路段加铺调平处治与较大面积的局部维修结构进行压实度、平整度及渗水系数指标检测。压实度采用钻孔法，按照每2 000 m2检查1组(3个钻孔试件)逐一评定并计算平均值；平整度采用连续式平整度仪每层连续测定；渗水系数按照JTG 3450—2019《公路路基路面现场测试规程》中规定方法测定，每km测定5点，每点3处取平均值。根据检测结果，调平加铺层与局部维修结构的压实度均大于97%，加铺表面层平整度标准差小于1.2 mm，再生ATB-25调平层与局部维修结构渗水系数均小于300 mL/min，其他加铺结构渗水系数均小于200 mL/min，上述检测结果均满足技术要求。

4 结论

1) 用于沥青路面大修调平与局部结构维修的厂拌热再生ATB-25沥青混合料最佳总油石比为3.6%，新沥青油石比为2.4%，矿料级配组成为15 mm～30 mm∶10 mm～15 mm∶0～5 mm∶矿粉∶RAP=40∶8.6∶17.4∶4∶30，高温及水稳定性能满足技术要求。

2) 为提高RAP沥青的利用效果，兼顾再生ATB-25沥青混合料的高温性能与水稳性能，同时减少RAP沥青的二次老化，RAP加热温度宜为(120±5)℃，新集料加热温度宜为(200±5)℃，新沥青加热温度宜为150 ℃。

3) 再生ATB-25沥青混合料用于软基沉降段路面结构调平时的总方案为：4 cm 改性沥青SMA-13+6 cm 改性沥青Sup20+再生ATB-25调平结构；再生ATB-25 单层调平厚度为7 cm～12 cm，如达不到最小厚度，需铣刨至最小厚度；如超过12 cm，需分层摊铺碾压。

4) 为提高再生ATB-25沥青混合料用于路面局部病害开挖修补的质量，应根据病害类型与影响程度确定开挖深度与回填铺筑方案，且须严格控制开挖、工作面清理、粘层喷洒、摊铺碾压及接缝处理等工艺。