沥青路面养护工程就地热再生技术施工与检测分析

刘建柱

【摘要】沥青路面就地热再生，即用就地热再生机组将旧沥青路面加热﹑翻松﹑添加再生剂﹑新沥青混合料﹑然后重新搅拌后摊铺﹑压实成型的路面维修工艺。本文结合湖南某高速公路养护工程实践，对就地热再生技术进行介绍，工程实践表明再生形成的混合料的各项性能指标均满足规范要求。

【关键词】高速公路；沥青路面； 病害；就地热再生

1 工程概况

湖南某高速公路沥青路面，由于交通荷载繁重和降雨频繁等，某些路段的路面已经出现开裂和车辙及水损坏等病害，从现场取芯情况可知，路面表面层与中面层分离，并没有形成一个整体，且空隙较大，层间有水分滞留，面层底部的集料松散脱落，脱落的骨料基本没有沥青裹附，若不及时维修将会严重影响道路后续的服务质量。

该高速公路交通量巨大，若采用传统的铣刨罩面方式不仅费用高而且会影响路上行车的顺畅通行，且对环境和资源造成不利影响，而采用沥青路面就地热再生技术，不仅能够达到资源再生利用和节能减排的效果，而且再生沥青混合料完全可以达到行车的承载力要求。因此，在路面病害并不严重的某些路段，选择沥青路面就地热再生技术，是沥青路面早期养护的重要手段，也是路面养护理念的进步和完善。使用就地热再生技术不仅可以对受到破损的表面层进行不同程度的性能恢复，而且能够改善沥青路面的路用性能。旧沥青混合料再生技术的关键就是旧沥青混合料中的沥青结合料和旧集料进行再生，将它们的性能进行恢复，达到路用性能要求。根据现阶段的技术成熟程度和交通运营要求，沥青路面在养护时可以优先采用就地热再生。

2 旧沥青路面混合料的性能恢复

2. 1 旧沥青结合料的老化与再生

① 沥青老化

沥青路面随着使用时间的增加，受到各种自然因素和行车荷载的综合作用，路面中沥青的各项性能指标逐渐下降，主要表现在沥青的针入度和延度逐渐减小，针入度指数逐渐增大，软化点和粘度明显升高等，将显著缩短沥青路面的使用寿命。本文选取该高速公路铣刨后的旧沥青混合料，经抽提试验进行回收后，测试回收残留物针入度、延度和软化点，试验结果如表 1 所示。

表 1 回收沥青的性能指标检测

1注：TFOT（ Thin Film Oven） 沥青的薄膜加热试验。

从表 1 可以看出，沥青路面在通车运营后的使用过程中，沥青结合料出现不同程度的老化现象，且老化沥青的不同指标变化幅度不同。延度降幅最为明显，针入度较规范要求大幅降低，软化点较规范明显增加。在沥青路面上表现为沥青的粘结性降低，路面的磨光、松散和裂缝现象明显，导致自由水的下渗，进而引发网裂和唧浆病害。因此，老化后的沥青三大指标已无法满足高等级路面对沥青的质量要求，需及时采取措施进行养护维修以达到沥青路面的服务功能。

在原路面上选取 2 个断面7个监测点，将铣刨的旧混合料按照四分法进行大样本取样，然后进行离心抽提试验，检测混合料的油石比变化情况，具体检测结果如表 2 所示。

表 2 旧沥青面层抽提后的油石比变化

抽提结果表明，该路面通车运营较长时间后，路面的混合料油石比明显变低，其均值仅为3.43%，低于该级配所应有的正常值。造成油石比偏低的主要原因是由于逐渐增多的交通量对路面的损耗和长期使用后路表沥青薄膜的磨损以及沥青本身的老化现象。通过油石比的检测结果，也说明该路面已经不能符合道路的服务功能，需要及时养护维修。

② 沥青再生

沥青老化后变硬发脆，表现为沥青粘度提高和针入度减小，通过加入一定的再生剂和新沥青结合料，老化沥青流变指数提高，粘度降低。老化沥青在加入再生剂后，沥青质的含量减少，油分和胶质的含量增加。因此，为保证再生剂和老化沥青之间具有足够的渗透能力，再生剂必须具有良好的流变性质和相对较低的粘度。

回收的旧沥青若达到路用性能，其中的再生剂掺量和新沥青结合料的掺加比例需通过沥青常规试验初步确定，本文对回收后提取的旧沥青结合料分别掺加不同比例（ 4%、6%、8%） 的再生剂进行试验，结果如表 3 所示。

表 3 掺入再生剂后的沥青试验结果

从表 3 可以看出，随着再生剂掺量的增加，样组 A、B、C 再生沥青的针入度和延度均明显增大，软化点明显降低。当再生剂用量为 6% ～8%时，旧沥青的针入度和软化点恢复比较明显，但延度恢复不够，此时可以通过掺加同等级的新沥青结合料进行改善。

将掺加了再生剂的旧沥青与新沥青按不同比例相混溶，分别进行基本性能试验，将再生后的沥青结合料的基本性能指标调整至达到规范要求，以适应路面的使用性能要求。通过不同掺量的性能试验，最终确定再生剂掺量和新沥青结合料的掺加量均为 6%，此时掺入再生剂后的沥青明显软化，表现在针入度提高，软化点降低和延度增大，基本可恢复至 SBS I-D 沥青的性能要求，完全满足高等级沥青路面的使用要求。

2. 2 集料变异与恢复

沥青路面在长期使用过程中，沥青混合料中的集料颗粒之间会产生相对位移和摩擦，使其性能會发生明显变化，进而影响到沥青混合料的整体性能指标，并对沥青路面的使用性能和服务性能产生明显影响，集料的最大变化主要集中在级配和物理性能两方面，对旧集料性能的衰变与恢复也主要从这两方面进行。

路面混合料中的集料颗粒经受行车荷载的不间断冲击、振动和挤压，产生较大压力和剪切应力，当这些外部作用力超过集料自身的极限强度时，集料将产生破碎，沥青混合料的级配将随之改变，粗集料的骨架嵌挤作用减弱，导致整个混合料结构的抗剪强度减小。因此，对沥青路面的再生设计必须准确测定路面旧集料的变异状况。

① 荷载导致集料级配变异

路面结构形式不同，集料在使用过程中变异的程度和方式也有所不同。集料的空隙越小嵌挤越紧密，在荷载作用下出现集料细化的几率将越小，维持路面使用性能的时间也相应的较长。为说明旧沥青混合料中骨料级配随着路面长期使用而发生变化的情况，选取 2 个断面 5 个监测点，将铣刨的旧混合料按照四分法进行大样本取样，然后进行离心抽提和筛分实验，检测其级配变化情况，检测结果如图 1所示。

图 1 旧沥青面层抽提后的集料级配变化

从图 1 可以看出，沥青混合料的级配出现了较为明显的变异，级配主要集中在规范级配中值的下方，明显比规范值偏细，特别是 9. 5 mm 和 4. 75 mm 的筛孔通过率明显增加，这主要是由于集料的强度随道路运营年限而逐渐劣化，导致混合料中的粗集料逐渐被压碎变细，出现前期缓慢和后期加速的特点，使得混合料的细料增加，级配出现变化。从混合料的受力角度来看，由于沥青面层混合料多为骨架密实结构，粗集料起骨架嵌挤作用，细集料起填充作用，因此集料破坏主要以粗集料为主，即集料变异主要表现为粗集料向细集料的变化，而细集料进一步细化成粉料的情况并不明显。

结合湖南某高速公路的集料损坏状况，其破坏主要体现在集料细化上，表现为多数 13. 2 mm 及以上较大颗粒破碎成较细的 9. 5 mm 和 4. 75 mm 颗粒，9. 5 mm 和 4. 75 mm 颗粒进一步被破碎，而 2. 36mm 及以下颗粒細化情况较上述筛孔的变化不大，因此在进行再生时需着重注意粗集料细化而带来的影响。

② 路面铣刨导致集料级配变异

铣刨旧沥青路面时，铣刨机械对路面的挖铲会导致路面中的集料再次产生变异。本文通过对铣刨后的沥青混合料进行抽提后筛分，结果表明铣刨后的集料级配各级通过率都大于原路面旧料的集料级配。因此，在对集料进行再生配合比设计时，同时需要考虑旧路面集料的级配变异状况及铣刨后集料级配出现的二次变异。

③ 集料级配的恢复

本文对上面层的集料级配进行级配恢复，采取不同的掺加旧集料的比例进行试配，直到符合要求为止。试验表明，通过将80%的旧集料和20%的新集料进行混合调整，得到的集料级配符合上面层的集料级配要求。

④ 集料性能的退化与恢复

将旧沥青混合料进行抽提试验后得到的粗集料进行常规性能检测，从表 4 的结果可以看到，除了针片状颗粒含量偏大，其他性能指标基本能满足规范要求，可以作为新集料在沥青混合料中使用。针对针片状颗粒含量偏大的情况，再生时需适当增加针片状含量小的碎石。

表 4 旧集料物理性能检测结果

3 就地热再生混合料的现场施工及检测

3. 1 现场施工

就地热再生沥青混合料的施工与普通混合料的施工有所不同，普通沥青混合料的施工是厂拌的成品混合料的施工，技术已经很成熟，而沥青路面就地热再生技术的实际效果受其工艺过程影响较大，因此现场的施工工艺控制是保证其工程质量的重要环节。

为确保就地热再生的工程质量，施工时应注意以下几点：

① 加热是就地热再生工艺的核心过程，加热方式和速度的不同，将产生明显不同的加热效果，因此加热机组必须具有非常好的加热效率，同时就地热再生的施工速度和机组加热速度要协调一致。

② 就地热再生属于低温碾压，施工中应重点控制碾压工艺，根据实际检测情况对碾压工艺进行调整。

③ 实时测试现场施工的温度，通过精确的测试为施工工艺的调整提供可靠的依据。

④ 在施工现场派驻人员对施工过程及检测的数据进行巡查，对不合理的施工工艺和不规范施工操作应及时指出，同时提出相应的改进措施。

3. 2 现场检测

对再生混合料性能指标进行检测，结果如表 5 所示。从表5可以看到，再生混合料的各项性能指标均满足规范要求。同时，对再生沥青路面进行检测，结果如表6 所示，检测结果均满足规范值。

表 5 再生混合料性能指标检验结果

表 6 再生沥青路面检测结果

4 结 语

① 沥青路面随着使用年限的增长，其沥青混合料的性能衰减是沥青的老化和集料的变异，通过沥青路面热再生技术可以恢复其使用性能。

② 恢复沥青混合料的路用性能最为关键的是确定再生剂掺量和新沥青结合料的掺加比例，通过不同掺量的性能试验，可以确定合理的再生剂掺量和新沥青结合料的掺加量，使再生后的沥青性能指标均能满足规范的相应要求。

③ 旧沥青路面混合料中的集料级配通过合理的配合比设计，可以得到有效的恢复。并且试验表明旧集料的强度等物理性能基本可以满足路用要求。

④ 湖南某高速公路的工程实践表明，废旧沥青混合料经过掺加再生剂和新沥青及新集料后，形成的混合料的各项性能指标均满足规范要求，且再生沥青路面的检测结果也满足要求。作为一种新型养护技术，不仅可以充分利用废弃资源，还可以节约成本和保护环境，是实现道路工程可持续发展的一个行之有效的方法。

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