ECA罩面沥青路面就地热再生技术的可行性分析

李明亮，李俊，汪鑫，曹东伟，平树江

(1.交通运输部公路科学研究院，北京市 100088；2.大连理工大学；3.中路高科(北京)公路技术有限公司)

易密实沥青混凝土(以下简称ECA)罩面是一种骨架-密实结构类型的超薄磨耗层，近年来在中国不同地区均有一定规模的工程应用。ECA罩面用于沥青路面罩面时可以有效填补车辙，提高旧路面的高温稳定性能。但是ECA罩面的厚度较薄，例如ECA-10罩面一般厚度仅为2.5 cm，故其作为一种预防性养护措施，主要作用是作为功能层填补车辙、恢复路表抗滑性能等，而非起到主要承载作用的结构层，这就意味着如果在ECA罩面上直接加铺罩面，则ECA层有可能会以薄弱夹层的形式存在于面层结构中。随着ECA罩面设计使用年限的临近，以及旧路面性能进一步衰减，ECA罩面沥青路面出现了车辙、裂缝等病害，如何科学地对含ECA罩面的旧路面进行养护维修还处于前期探索阶段，相关研究参考较少。

就地热再生作为一种绿色环保的养护技术，近年来在沥青路面养护工程中得到大规模的应用。沥青路面就地热再生施工前需要确定再生剂和新沥青混合料(以下简称新料)的掺量，以及是否需要掺加新沥青，并以此完成再生沥青混合料的配合比设计；施工过程中旧路面加热则是影响就地热再生施工质量最为关键的工艺。张友华、马登成、徐静等分别对普通沥青路面的旧沥青混合料(以下简称旧料)矿料级配优化、沥青还原等进行了研究。SMA沥青路面已经逐步成为高速公路的主要面层结构形式，考虑到SMA沥青混合料中高黏度沥青玛蹄脂增加了就地热再生的施工难度，杨彦海、赵博等对其再生沥青混合料的路用性能进行了研究。张建、张怀宇、卢勇等则分别介绍了含微表处或薄层罩面的沥青路面就地热再生技术研究现状。ECA罩面沥青混合料一般采用高强沥青，并掺加纤维和易密实剂，其混合料成分比较复杂，因此对含ECA罩面的沥青路面进行就地热再生的技术难度较大。徐东、符适、徐菲等对ECA罩面沥青路面就地热再生进行了初步技术性探索，在室内设计了再生沥青混合料的配合比，并且为了论证施工可行性也铺筑了小规模的试验段。

该文采用整形再生和复拌再生两种就地热再生方案，分别对应设计两种方案再生沥青混合料的配合比，并在江苏省G2513淮徐高速公路修筑约2.5 km的实体工程，据此对ECA罩面沥青路面就地热再生的施工可行性进行论证。

1 再生沥青混合料配合比设计

使用微波加热方法在路面现场取旧料(ECA-10和SMA-13的混合材料)，采用JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中“T0722-1993沥青混合料中沥青含量试验”对旧料进行抽提试验确定其油石比，然后再分别采用“T0726-2011从沥青混合料中回收沥青的方法(旋转蒸发器法)”回收旧沥青进行相应的试验；采用“T0725-2000沥青混合料的矿料级配检验方法”通过筛分试验分析旧料的矿料级配现状，在此基础上进行再生沥青混合料的配合比设计。

1.1 再生剂掺量确定

掺加不同用量再生剂的再生沥青技术指标检测结果如表1所示，其中0%的掺量即为旧沥青。

表1 不同再生剂掺量的再生沥青技术指标

注：*采用的技术要求为江苏省地方标准DB32/T 3134-2016《沥青路面就地热再生施工技术规范》。

由表1可知：经车辆荷载、气候环境等反复作用，旧沥青已经发生了较严重的老化，针入度不满足相关规范的技术要求，延度在试验温度下刚启动试验即发生脆断。随着再生剂掺量的增加，旧沥青的针入度和延度不断增大、软化点不断减小，表明掺加再生剂有效调和了旧沥青的各组分比例，老化沥青得到一定程度的还原。但是当再生剂掺量大于3%时，旧沥青软化点的变化量已经超过了10 ℃，考虑到软化点减小过多会对沥青路面高温性能产生不利的影响，而且沥青过软在施工过程中易发生泛油等问题，因此将再生剂掺量确定为3%。

1.2 矿料级配优化

1.2.1 旧料的矿料级配现状

旧料的矿料级配筛分结果如图1所示。

由图1可知：旧料的矿料级配与SMA-13矿料级配范围相比呈现细化的趋势，尤其是起到关键骨架作用的9.5、4.75 mm两档粗集料含量明显偏少，这与沥青路面在车辆荷载反复作用下粗集料发生不同程度的破碎有关；另一方面，由于筛分的矿料试样为ECA-10和SMA-13中矿料的混合物，ECA-10中小粒径的粗集料(主要是4.75 mm粗集料)也影响了混合矿料中粗集料的相对含量。

图1 旧沥青混合料的矿料级配

总之旧料的矿料级配现状与SMA-13沥青混合料相差较大，如果仅针对旧沥青路面的车辙、裂缝等病害采用整形再生方案进行处治，可能存在矿料级配改良不足的问题。基于此考虑，该文设计6.5 cm的整形再生方案和6.5 cm+1.5 cm的复拌再生方案，对比分析不同再生方案的技术可行性。

文中提及的6.5 cm的整形再生方案，是指经再生沥青加热后翻松深度为6.5 cm，即2.5 cmECA-10罩面+4.0 cmSMA-13上面层(下同)，然后掺加部分新料，达到一次性摊铺6.5 cm厚度(压实厚度)再生沥青路面的目的，该方案主要起到填补车辙、修复裂缝等作用。6.5 cm+1.5 cm的复拌再生方案，是指经再生沥青加热后翻松深度为6.5 cm，然后掺加部分新料，达到一次性摊铺8 cm厚度(压实厚度)再生沥青路面的目的。该方案除了起到填补车辙、修复裂缝等作用之外，由于新料掺量较大，同时改善了再生沥青混合料路用性能，而且通过增加结构层厚度亦提高了再生沥青路面的承载能力，达到结构补强的目的。

1.2.2 新料掺量确定

(1)修补车辙需要的掺量

旧沥青路面一般均有不同程度的车辙，在再生过程中为了保证路面标高不变，需要掺加一定量的新料修补车辙。经分析实体工程的路面车辙检测数据可知，施工路段的平均车辙深度为7 mm。由江苏省地方标准DB32/T 3134-2016《沥青路面就地热再生施工技术规范》中经验公式，即式(1)进行计算。

放任6～8年的大樱桃树，不仅长势较强，大枝也多，树上大枝多达8～12个，主侧枝分布混乱，枝条交叉重叠严重，透光透气性能差。应用逐年疏枝的办法，疏除交叉枝、重叠枝和病虫枝。放任树疏剪后，每株保留大枝6～8个，各大枝层间距40～50 cm，保证树冠下部枝多，上部枝少，无交叉重叠枝，通风透光好，以利于花芽及优质芽形成，促进开花结果。

P1=0.033 5m2+4.35+2.5h

(1)

式中：P1为新料掺量(%)；m为车辙深度(mm)；h为路面标高提高值(mm)，一般取2 mm。

(2)结构补强需要的掺量

结合历年相关工程的设计、施工经验，采用式(2)预估结构补强需要掺加的新料用量。通过计算可知：为了达到提高1.5 cm旧路面标高的效果，需要掺加的新料用量约为20%。

(2)

式中：P2为新料掺量(%)；h1为新料压实厚度(cm)；ρ1为新料毛体积相对密度，实测；h2为旧路面翻松深度(cm)；ρ2为旧料毛体积相对密度，实测。

综上所述，对于整形再生方案需要掺加的新料用量为P1=11%；对于复拌再生方案需要掺加的新料用量为P1+P2=31%。

1.2.3 矿料级配选择

表2 不同方案再生沥青混合料的矿料级配

表3 不同方案再生沥青混合料的体积指标

由表2可知：复拌再生沥青混合料的矿料级配中9.5、4.75和2.36 mm关键筛孔的通过率在SMA-13级配中值附近，合成级配曲线呈现较好的“S”形曲线。对于整形再生沥青混合料，由于新料掺量较少，合成矿料级配整体上偏细，但是同样满足了SMA-13矿料级配范围的要求。由表3可知：两种方案再生沥青混合料的空隙率均满足SMA-13的技术要求。

1.3 新料油石比确定

实体工程中新料运输距离较长，一般高温运输时间在6 h以上。考虑到新料中粗集料含量高达80%以上，为了避免在运输过程中粗集料表面的沥青发生严重析漏，从而影响路面性能，将新料油石比的选取原则调整为：在控制再生沥青混合料合理空隙率的前提下，采用析漏试验确定新料油石比，即选取新料析漏损失增长趋势的突变点作为最佳油石比。

分别以4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%共5组油石比拌制新料，新料析漏损失与油石比的关系如图2所示。将不同油石比的新料与旧料按照设定比例混合，拌制再生沥青混合料，不同油石比再生沥青混合料的体积指标检测结果如表4所示。

图2 不同油石比新料的析漏损失

表4 不同油石比再生沥青混合料的体积指标

由图2知：新料析漏损失的突变点为油石比5.0%，此条件下整形、复拌两种再生沥青混合料空隙率均满足相关技术要求，因此新料最佳油石比取5.0%。

1.4 路用性能验证

不同方案再生沥青混合料的路用性能检测结果如表5所示。

由表5可知：无论是采用整形再生方案还是复拌再生方案的再生沥青混合料，其路用性能均满足SMA沥青混合料的技术要求。其中采用复拌再生方案的再生沥青混合料各项路用性能较整形再生方案整体上又有进一步提升，这与复拌再生方案的新料掺量较大，对旧料矿料级配改良和老化沥青还原的效果更佳有关。

表5 不同方案再生沥青混合料的路用性能

2 工程应用

不同方案再生沥青路面的现场检测结果如表6所示。此外在就地热再生施工现场，分别取整形再生和复拌再生两种方案的再生沥青混合料试样进行各项路用性能试验，检测结果如表7所示。

表6 不同方案再生沥青路面的现场检测结果

表7 不同方案再生沥青混合料现场取样的路用性能

由表6可知：对整形、复拌两种就地热再生方案，其路面现场检测结果均满足相关技术要求，表明采用就地热再生方案养护维修ECA罩面沥青路面，可以保证路面施工质量。由表7可知：复拌再生方案的再生沥青混合料其各项路用性能反而差于整形再生方案。

在就地热再生施工过程中，对旧料翻松效果和再生沥青混合料的拌和效果进行了实时跟踪观测，发现当采用6.5 cm的翻松深度时，旧料翻松之后路槽温度只有80 ℃左右，且旧料出现集料破碎、漏白现象，表明由于加热温度不足，旧料在外力作用下发生了破坏。此外对于复拌再生方案，由于新料掺量较大，导致再生主机的拌缸基本上处于满负荷运转状态，拌缸的吞吐能力无法完全满足需求，可能造成搅拌后再生沥青混合料存在均匀性不足问题。复拌再生方案的再生沥青混合料路用性能差于整形再生方案与此有关。

3 结论

(1)在室内进行配合比设计时，两种方案的再生沥青混合料各项路用性能指标均能满足SMA沥青混合料的技术要求，并且由于复拌再生方案的新料掺量较大，对旧料矿料级配改良和沥青还原的效果更佳，因此其路用性能要优于整形再生方案。

(2)复拌再生方案存在加热效果不足、拌和不均匀等问题，导致实际施工时其路用性能反而差于整形再生方案。针对ECA罩面沥青路面就地热再生技术，建议改进其加热工艺，并对适宜的翻松深度开展进一步研究。