就地熱再生瀝青混合料設計思路探討

觀祖保

（南京市市政設計研究院有限公司，江蘇南京210008）

1 概述

就地熱再生是一種預護性養護技術，是采用熱再生機組就地加熱、軟化瀝青路面，將加熱后的舊瀝青路面材料根據需要添加再生劑或瀝青結合料以及新骨料的比例，拌合攤鋪，并壓實成型的施工工藝。

就地熱再生可處理的道路病害主要有縱橫向反射裂縫、擁包、松散、坑槽、泛油、車轍、波浪等。與傳統道路改造相比，不會形成“補丁套補丁”、縱橫向冷接縫等情況。

2 就地熱再生混合料設計方法

就地熱再生瀝青混合料設計和普通瀝青混合料設計有相同的地方，也有不同的地方。相同的地方是都采用馬歇爾試驗來確定最佳油量，并檢驗其穩定度、流值、空隙率、瀝青飽和度等技術指標是否滿足規范要求；不同的地方是再生混合料設計需要確定再生劑摻配比例等。再生劑摻配比例太少，老化瀝青再生程度就低，要滿足瀝青混合料殘留穩定度等指標的要求，必然造成新瀝青摻配比例大，從而總油量大，造成瀝青混合料的流值不滿足；而再生劑摻配比例太大，就會加大其成本投資及相關技術指標不滿足要求。

本文結合已往高等級公路改造過程中及近期南京城市道路新改造工程中再生劑摻配比例方面主要的實驗數據，對就地熱再生瀝青混合料的設計進行探討。在就地熱再生工藝老路改造過程中，老路路基整體強度均滿足設計要求，路面病害主要集中在表面。

2.1 瀝青老化及再生機理分析

2.1.1 瀝青老化

瀝青老化過程主要表現：

（1）運輸、儲存、加熱過程中的老化。

（2）瀝青加熱拌和及鋪筑過程中的老化。

（3）瀝青在路面使用中的老化。

根據相容性理論，瀝青老化過程中，各組分構成比例的變化，引起瀝青中瀝青質與軟瀝青質溶解度參數的變化，導致瀝青質與軟瀝青質溶解度參數差值增大，因而相容性降低，最終表現為瀝青路用性能衰降。

Δδ=δAt-δM＜K

式中：Δδ——瀝青質與軟瀝青質溶度參數差值；

δAt——瀝青質的溶度參數；

δM——軟瀝青質的溶度參數；

K——要求的溶度參數差值的限值。

根據相關研究表明，對國產瀝青，當K＜0.76時，可得到較好的相容性。

2.1.2 瀝青再生

摻加再生劑一方面可以使瀝青質的相對含量降低，從而提高瀝青質在軟瀝青質中的溶解度，同時摻加再生劑后又可以提高軟瀝青質對瀝青質的溶解能力，使瀝青質和軟瀝青質溶度參數差值Δδ減小，從而改善瀝青的相容性，實現瀝青的再生。

2.2 舊瀝青混合料性質

（1）集料性質

對舊瀝青混合料進行抽提試驗得到的礦料進行篩分, 以判斷舊路面的級配。

根據圖1 篩分曲線，舊瀝青混合料級配曲線在規范范圍以內。舊瀝青混合料級配基本滿足要求，不需要添加新的集料，只需添加再生劑來恢復老化瀝青的性能。

（2）老路瀝青性質

由表1 可見，舊瀝青的針入度降低，粘度增大，延度減少，軟化點提高，已明顯趨于老化。

2.3 再生劑摻量的初步確定

表1 老路瀝青性能指標表

老路原用AH-70 重交通道路瀝青, 則再生瀝青的目標標號也采取AH-70。我們選定的再生瀝青混合料的瀝青性能預期達到標號為AH-70 的瀝青性能，我們在考慮再生劑加入到老化瀝青中的性能指標時應以AH-70 為標準，同時新加入瀝青的標號也以AH-70 為宜，這樣我們可從一定程度上減小因施工時新舊瀝青不能充分溶合所導致的再生瀝青混合料的整體路用性能的下降。通過將回收的老化瀝青與再生劑試配的方法來確定再生劑的摻量，即將不同摻量的再生劑與老化瀝青溶合，測得針入度、粘度，找到能滿足再生瀝青要求的摻量。

采取再生劑摻量分別為0，5%，10%，15%進行試驗（見表2，圖2～圖4）。

表2 再生瀝青主要指標表

隨著再生劑用量的增加，再生瀝青針入度和15 ℃延度增加，軟化點減少, 這說明舊瀝青的路用性能得到了改善。從試驗結果看, 按舊瀝青的10% 添加再生劑即可滿足再生要求。因此, 再生劑的摻加比例初步確定為舊瀝青的10%。

2.4 再生瀝青混合料的性能

（1）再生混合料的最佳瀝青用量的確定。

再生瀝青混合料的油石比由舊瀝青混合料的油石比、摻加的再生劑和新瀝青組成。如果再生瀝青混合料的合成油石比還偏小, 應考慮再加入一部分新瀝青, 新瀝青一般應混入再生劑均勻地加入舊瀝青混合料。再生瀝青混合料以舊瀝青加入再生劑后形成的油石比為最低油石比, 然后按一定的間隔加入新瀝青, 做馬歇爾試驗, 用馬歇爾試驗來確定再生混合料的油石比。

在馬歇爾試件成型中，應注意混合料達到擊實溫度后應該立即進行擊實成型，防止再生混合料經過長時間加熱過分老化，而導致穩定度變化較大。

隨著瀝青用量的變化，按照規范所述的方法很容易確定此配合比情況下的最佳瀝青用量。新瀝青的用量等于總瀝青用量減去舊瀝青、再生劑的用量。

（2）再生瀝青混合料馬歇爾試驗結果（見表3）。

（3）再生劑摻量對再生混合料穩定度的影響。

再生混合料穩定度的變化情況如圖5，可看出，舊料未摻再生劑前穩定度很高，達19.2 kN，而添加了再生劑后，穩定度明顯下降，并且隨著再生劑用量的增加，穩定度變得越小。

表3 再生瀝青混合料馬歇爾試驗結果

由于再生劑的作用首先就是降低老化瀝青的粘度，老化瀝青粘度降低了，混合料的穩定度也就變小了。隨著再生劑用量的加大，老化瀝青的粘度也進一步降低，混合料的穩定度也就呈持續下降趨勢。可以看出，再生劑基本起到了期望的作用，即降低了老化瀝青的粘度。

（4）再生混合料的高溫穩定性。

在車轍試驗中，再生瀝青混合料采取加入不同再生劑摻量的方法，試驗結果見表4。

表4 再生瀝青混合料動穩定度

可以看出，隨著再生劑的摻加量不斷增多，再生混合料的動穩定度呈持續下降趨勢從車轍試驗時試件的剪切流動來看，瀝青的粘度越高，則相應的混合料抗剪切流動的能力就越高，動穩定度也就越高。再生劑的加入降低了老化瀝青的粘度，也就降低了瀝青混合料的抗剪切流動能力，抗車轍能力就降低。

（5）再生瀝青混合料的低溫性能。

舊瀝青混合料在0 ℃時勁度模量很大，混合料發生很小的低溫收縮變形，就會產生很大的溫度應力，這樣低溫縮裂就很易發生，低溫縮裂是老化瀝青混合料的最大弱點，隨著再生劑的添加，瀝青勁度模量下降，瀝青粘度大幅度降低，進而改善了瀝青的變形能力，從而最終提高了再生瀝青混合料的低溫性能。再生劑的加入能明顯改善老化瀝青混合料的低溫變形能力，提高低溫抗裂性能。再生瀝青混合料勁度模量的變化見圖6。

通過上述再生混合料性能試驗結果，可以明顯看出再生劑摻量引起混合料性能的相應變化，當采取10%的再生劑, 在高溫性能和低溫抗裂性能均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)相應的技術要求。隨著再生劑的繼續增加，瀝青混合料的高溫穩定性能將滿足規范要求。

3 結語

（1）本文對瀝青路面現場熱再生技術進行分析，以在老化瀝青中添加適當比例的再生劑或新瀝青以恢復瀝青性能，使舊瀝青的路用性能指標有明顯改善，即針入度、延度提高，軟化點降低，通過馬歇爾試驗等證明再生瀝青混合料的性能滿足規范要求并且有良好的路用性能。

（2）就地熱再生技術在國內屬于新生事物，相比常規瀝青混合料的配合比設計而言，存在一定的差異，許多理論方法和實際操作中的問題將會不斷出現，需要仔細分析與研究，設計出滿足規范要求和工程實際情況的配合比方法是非常必要的。

（3）就地熱再生技術應因地制宜。根據規范，當舊瀝青針入度小于20 時，再生效果很差，不宜再生利用。

（4）由于就地熱再生100%利用原路面舊料,導致新料的摻加量很小, 級配方面可以調整余地很小，老路級配需要調整時需添加新混合料。

（5）舊瀝青混合料摻加再生劑，舊瀝青針入度就有很大的提高，但是，由于針入度指標上升斜率較大，再生瀝青的耐久性是否良好值得探討。

（6）對改性瀝青路面的老化規律以及再生方法需進一步探討。

（7）就地熱再生技術能夠節約大量的瀝青、砂石等原材料，節省工程投資，同時有利于處理廢料、保護環境，具有顯著的經濟效益和社會效益。隨著國家大力倡導的“循環經濟”、“低碳經濟”，就地熱再生作為一種預護性養護技術，滿足低碳、環保要求，值得推廣。

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