就地熱再生SMA路面路用性能試驗研究

周志剛 劉宇 段躍華 李聰

摘要：為了充分利用既有SMA瀝青路面，文章通過就地熱再生技術，在研究既有SMA路面的原材料組成、瀝青老化現狀的基礎上，添加新材料確定再生混合料級配，并基于骨架最緊密狀態，優化設計了SMA-13瀝青混合料配合比。研究結果表明：SMA再生瀝青混合料各項路用性能均滿足相關規范要求，且有更好的高溫穩定性。

關鍵詞：SMA-13;就地熱再生;最緊密狀態;路用性能

中圖分類號：U416.26 文獻標識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.08.001

文章編號：1673-4874（2019）08-0001-04

0引言

我國目前擁有高速公路總里程已超過13萬km，居世界第一位。經過近30年的快速發展，我國高速公路已進入大規模的維修養護時期。隨著資源不斷枯竭，充分利用廢舊瀝青路面材料的再生技術，已成為公路養護工作的重要研究方向。SMA瀝青路面以較好的表面抗滑性能、優良的耐久性和高溫抗車轍能力成為國內外普遍使用的高速公路路面層結構。鐘瑞文等在沈大高速公路預防性養護中，應用就地熱再生技術處理了既有SMA路面的車轍問題。趙博等在連徐高速公路實體工程應用中，采用就地熱再生技術處理SMA路面，提高了路面的行車舒適性和安全性。由于SMA瀝青路面結構和材料的特殊性，在就地熱再生時，其技術難度遠遠高于普通熱拌瀝青混合料路面的就地熱再生技術。對性能退化的SMA瀝青路面進行就地熱再生具有良好的社會效益和經濟效益，符合綠色公路的發展理念。

本文以柳州（鹿寨）至南寧段高速公路改擴建工程作為依托，優化了SMA-13瀝青混合料配合比，并成功用于就地熱再生實際工程中，取得了良好的效果。

1舊路材料分析

1.1原路面瀝青及瀝青混合料性能分析

本文試驗所使用的原路面瀝青混合料為柳南高速現場取樣材料，混合料類型為SMA-13，混合料粗集料為英安巖，英安巖密度較小。依據相關規范，分別對其級配、油石比、瀝青老化現狀以及混合料體積指標四個方面進行試驗并對其性能進行評價。原路面瀝青混合料的級配試驗結果見表1、瀝青試驗結果見表2、混合料試驗結果見表3。

通過表1抽提篩分試驗得出，瀝青混合料油石比為6.0%，含量稍低于原設計值6.2%。粗集料9.5mm、4.75mm篩孔的通過率偏高，即比設計值偏細，主要是由于經過多年的運營，路面經過反復的重載碾壓，集料被壓碎，導致路面級配細化。2.36mm及以下篩孔通過率偏高，也與路面集料細化相關。因此，若要恢復路面性能，就需要通過添加新瀝青和新集料來優化原路面瀝青混合料的油石比和級配。

從表2中瀝青老化試驗結果可以看出，瀝青的針入度由原來的55下降到21，軟化點由原來的78下降到68.5，延度由原來的56.5下降到0。由于經過10年左右的運營，路面在陽光、空氣、雨水以及車輛荷載作用下，瀝青出現嚴重的老化，導致路面針入度降低、延度嚴重下降。此外，瀝青軟化點也降低，這是因為原瀝青為SBS改性瀝青，在運營過程中改性瀝青中的SBS出現老化降解，降低了瀝青黏性。表3可以看到，將原瀝青混合料重新成型后得到的馬歇爾試件空隙率偏大，這也說明原路面瀝青混合料老化較為嚴重，需要通過添加再生劑還原老化瀝青的性能，改善原路面瀝青混合料的力學性能。

1.2再生試驗分析

將回收后的瀝青分別加入不同比例的再生劑，分析瀝青性能恢復情況，結果見表4。

由表4可以看出，添加再生劑后，瀝青的性能得到了恢復。當添加3%的再生劑時，瀝青性能恢復得較差，針入度只有32（0.1mm）;添加8%再生劑后，雖然針入度指標符合規范標準，但是軟化點只有49℃，不能滿足重載交通道路的需求;添加5%再生劑的瀝青針入度為45（0.1mm），軟化點為55.5℃，得到的瀝青指標適合路面再生。

對原路面瀝青混合料摻加不同比例再生劑和新SBS改性瀝青進行馬歇爾試驗，根據經驗，摻加的新SBS改性瀝青按油石比0.3%計，試驗結果見表5。

由表5可知，在原路面瀝青混合料中摻加不同比例的再生劑和新SBS瀝青試驗中，加入瀝青用量5%的再生劑的同時添加集料質量0.3%的SBS改性瀝青的舊瀝青混合料馬歇爾試件空隙率較為適合，其馬歇爾穩定度、流值也滿足規范要求，初步確定SMA-13瀝青路面舊料添加的再生劑用量為原路面瀝青用量的5%，添加新瀝青用量為瀝青混合料的0.3%。

2SMA再生瀝青混合料配合比分析

2.1級配調整及優化

由于舊路面在使用過程出現集料細化現象，需要在舊路面中添加新集料，并適當增加粗集料的比例。根據經驗，就地熱再生選擇的新集料比例一般≤30%。在選擇級配結構時，根據原路面瀝青混合料抽提后篩分結果，再結合實踐經驗，本項目新料摻配比例定為25%，原路面瀝青混合料比例定為75%，以改善原路面礦料級配。新集料粗骨料為輝綠巖，細集料為石灰巖，篩分和密度如表6所示。

由表6可以看到，新集料合成級配4.75mm通過率較低，主要目的就是為再生瀝青混合料創造骨架結構。

按照新集料摻量為25%、舊料為75%的合成比例，優化改善再生瀝青混合料的級配。最終確認的合成級配表見表7。

由表7可知，考慮到新料的添加量有限及就地熱再生的可操作性，通過級配調整，調整優化后的級配組成更合理，更能滿足道路使用要求。

2.2最佳油石比的確定

2.2.1骨架最緊密狀態設計

在級配基本確定并已形成骨架之后，按骨料的最緊密狀態確定相應的再生瀝青混合料瀝青用量，骨料之間的緊密程度可以用礦料間隙（VMA）來表征。本節對不同油石比的再生瀝青混合料進行了馬歇爾試驗，從體積指標出發選擇骨架最緊密狀態下的油石比，試驗結果如表8所示。

由表8可以看到，當新料油石比為5.6%，即合成的再生瀝青混合料的油石比為6.1%時，再生SMA-13瀝青混合料的空隙率為3.7%，符合設計的3.0%～4.0%的要求。同時也可以看到，隨著再生混合料油石比的增加，礦料間隙率先減小后增大。這是因為當油石比較小時增加油石比，會使瀝青在一定程度上填充混合料中的空隙，導致混合料的礦料間隙率減小;但當油石為6.1%時繼續增加油石比，過多的瀝青在混合料中充當“潤滑劑”的角色，使得原來接觸的骨料被撐開，破壞了原來的骨架嵌擠結構。由此可以確認，再生混合料油石比為6.1%是為骨架最緊密狀態下的油石比。

2.2.2SMA再生瀝青混合料性能驗證

本節對不同油石比的瀝青混合料進行浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗、車轍試驗、小梁彎曲試驗，以驗證不同油石比再生瀝青混合料的路用性能，試驗結果見表9。

由表9可以看到，再生混合料的殘留穩定度和凍融劈裂強度隨著油石比的增加而增大，且都符合規范要求，這說明恰當地增加油石比可以增加混合料的抗水損害性能。另外從動穩定度的結果可以看出，隨著油石比的增加，DS隨之先增加后減小，這和表8中礦料間隙率的變化規律一致，可以說明在最緊密狀態的油石比下再生混合料有著更好的高溫穩定性。

3工程應用

按照上述的再生配合比，以柳南高速改擴建項目為工程依托，進行了SMA瀝青路面就地熱再生試驗路鋪筑，對鋪筑之后路面的構造深度、滲水系數、平整度、彎沉值等指標進行檢測，并鉆芯取樣檢測壓實度。檢測數據見表10。

由表10可知，設計的再生SMA瀝青路面各項性能滿足相關規范要求，施TT藝合理，就地熱再生技術可以成功應用于既有SMA瀝青路面。

4結語

通過對既有SMA-13瀝青路面的原材料分析，基于最緊密狀態優化設計了SMA-13再生瀝青混合料，并將優化后的配合比運用于實際工程，取得良好的效果。主要結論如下：

（1）既有SMA-13瀝青路面在運營一段時間后，級配出現較為嚴重的細化現象，應添加以粗骨料為主體的新集料改善混合料級配。

（2）既有路面瀝青老化嚴重，應在再生瀝青混合料配合比設計中重點改善。

（3）對于不同油石比下的再生瀝青混合料，其中最緊密狀態的SMA-13瀝青混合料具有更好的高溫穩定性，且其他各項性能均達到了規范標準。

（4）實際工程應用表明，最緊密狀態下的再生瀝青混合料可以形成良好的骨架，其各項檢測指標都符合相關規范標準。