就地熱再生技術在瀝青公路養護工程中的應用研究

趙 鑫

（三門峽市公路局，河南三門峽472000）

近年來，隨著我國公路工程的高速發展，早期修建的瀝青公路已進入養護階段，而維修過程中產生的廢舊瀝青混合料大量堆放，不僅浪費了土地資源，更對生態環境造成了嚴重影響[1-2]。因此，如何有效循環利用廢舊瀝青混合料對于解決我國能源危機具有重要意義[3]。

目前，已有不少學者采用就地熱再生技術有效利用了廢舊瀝青混合料[4]。如劉寧等[5]結合柳州市某市政道路提升改造工程實例，介紹了瀝青路面就地熱再生技術的施工流程以及技術適用性，并對工程質量、經濟和社會效益以及節能減排效果進行了評價。姚廒等[6]根據高速公路舊瀝青路面回收料和路面狀況調查結果，并進行混合料配合比優化設計，有效提升了瀝青路面就地熱再生瀝青混合料的質量。莊艷偉[7]采用就地熱再生技術進行路面改建取得了良好施工效果，且對廢舊瀝青混合料的利用率高，可有效降低成本。李杰[8]通過就地熱再生技術良好地解決了湖南潭衡西高速公路車轍病害等難題，路面各項性能指標也符合規范要求，完全滿足繼續承載交通運輸的要求。上述關于就地熱再生混合料的研究，大多是針對普通瀝青混合料的配合比設計和路用性能，而針對改性瀝青混合料的配合比設計和再生性能研究還不夠完善?；诖耍疚囊阅彻佛B護工程為例，深入研究了就地熱技術再生瀝青混合料的配合比設計以及路用性能的改善效果，并結合工程實例進一步驗證了就地熱再生技術在改性瀝青SMA路面養護工程中的應用效果。

1 試驗原材料

1.1 回收瀝青性能評價

回收老化瀝青來自某運營將近十年的瀝青公路，該路面上面層采用改性瀝青SMA混合料，經檢測回收老化瀝青性能指標見表1。

表1 回收老化瀝青性能測試指標Table 1 Performance test index of recycled aged asphalt

根據表1可知，回收的老化瀝青部分性能出現了較大幅度的衰減，其中針入度和延度指標均遠遠低于技術要求，車轍因子和軟化點雖然高于技術要求，但過大程度的增長會導致路用性能下降。因此，為恢復老化瀝青的性能，通過摻入新料并采用就地熱再生技術對瀝青路面進行改造，新料的摻量一般不超過20%，無法完全恢復舊料的性能，需結合適量的再生劑進行再生。

1.2 再生劑的選擇

再生劑種類主要包含軟瀝青、生物油、低粘度油分以及專用再生劑，本次實驗采用BJ-1型再生劑，顏色為墨綠色，其主要技術性能見表2。

表2 BJ-1再生劑主要性能指標Table 2 Main performance indexes of BJ-1 regenerant

2 配合比設計

2.1 確定合成級配

經檢測原路面回收的舊料級配相對偏大，且長期受車轍作用以及瀝青老化的影響，路面材料有較大程度的損耗，因此，為提升其路用性能和匹配原路面厚度，需在回收舊料中摻入適量新料來優化再生混合料的級配和增加路面厚度。根據回收舊料的篩分結果可確定新料的摻量為17%，再生混合料合成級配如圖1所示。

圖1 再生混合料合成級配Fig. 1 Composite grading of recycled mixture

2.2 確定最佳油石比

參照原路面瀝青混合料配合比設計和最佳油石比，再生混合料油石比初定5.4%、5.6%和5.8%三種方案，并分別進行馬歇爾試驗，結果見表3。

表3 再生混合料馬歇爾試驗結果Table 3 Marshall test results of recycled mixture

根據表3可知，油石比選擇5.6%成型的再生混合料馬歇爾試件，其空隙率、穩定度及流值均要優于油石比為5.4%和5.8%的試件，由此可確定再生瀝青混合料的最佳油石比為5.6%。綜合上述試驗結果，并結合已有工程再生劑使用經驗，最終確定再生混合料材料組成比例依次為：舊料為83%、新料為17%、再生劑摻量為2%、最佳油石比為5.6%。

3 再生混合料路用性能分析

按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E 20-2011）規范要求，針對采用就地熱再生技術制備的再生瀝青混合料以及回收瀝青混合料進行路用性能試驗，具體分析過程如下。

3.1 高溫穩定性能

再生混合料高溫車轍性能通過動態蠕變試驗進行評價，針對再生瀝青混合料和回收瀝青混合料的永久變形過程進行對比分析，結果如圖2所示。

圖2 再生混合料動態蠕變變化曲線Fig. 2 Dynamic creep curve of recycled mixture

根據圖2可知，采用就地熱再生技術制備的再生混合料的高溫抗車轍性能得到較大程度改善，相對于回收的瀝青混合料，再生混合料更快地進入了永久變形階段，剪切流動更為明顯，其累計應變和后期變形斜率也相對更小，說明采用就地熱再生技術制備瀝青混合料對高溫穩定性能的提升效果顯著。

3.2 水穩定性能

再生混合料水穩定性通過凍融劈裂試驗和浸水飛散試驗進行評價，針對再生瀝青混合料和回收瀝青混合料的凍融劈裂強度比以及飛散損失率進行對比分析，結果見表4。

表4 混合料水穩定性能試驗結果Table 4 Test results of water stability of mixture

根據表4可知，兩種瀝青混合料的凍融劈裂強度比和飛散損失率均滿足技術要求，其中就地熱再生混合料的凍融劈裂強度比相對于原路面瀝青混合料提升了約9.6%，飛散損失率由原路面瀝青混合料的6.2下降到了再生后瀝青混合料的4.7，降低了約24.2%。由此可知，采用就地熱技術再生瀝青混合料可以有效改善混合料的凍融劈裂強度比和飛散損失，對于提升瀝青混合料的水穩定性能效果顯著。

3.3 低溫性能

再生混合料低溫性能通過小梁彎曲試驗進行評價，針對再生瀝青混合料和回收瀝青混合料的最大破壞荷載、抗彎拉強度以及破壞應變值進行對比分析，結果見表5。

表5 再生混合料低溫性能試驗結果Table 5 Low temperature performance test results of recycled mixture

根據表5可知，采用就地熱技術再生瀝青混合料后，其最大破壞荷載由原來的1.032kN提升到了1.237kN，抗彎拉強度由原來的8.61MPa提升到了10.06MPa，破壞應變由原來的2289.4με提升到了2843.5με，各項性能指標均得到較大程度提升，且經就地熱技術再生后混合料的破壞應變達到技術要求。由此可知，采用就地熱技術再生瀝青混合料可以有效提升混合料的最大破壞荷載、抗彎拉強度以及破壞應變值，對于提升瀝青混合料的低溫抗裂性能有顯著效果。

4 實例驗證

以某城市主干道瀝青公路為例，該路段于2008年建成通車，至今已運營近十年，路面材料采用改性SMA瀝青混合料。由于長期的車輛荷載作用以及瀝青的自然老化，大部分路段出現較為嚴重的車轍病害，少部分路面出現裂縫和坑槽等病害，如圖3所示。

圖3 路面病害示意圖Fig. 3 Schematic diagram of pavement diseases

為解決該路段存在的病害問題以及保障車輛的通行安全，按照上述再生瀝青混合料配合比設計（舊料為83%、新料為17%、再生劑摻量為2%以及最佳油石比為5.6%），采用就地熱再生技術針對病害路段上面層進行綜合治理，并針對再生路面各項指標進行技術檢測，結果見表6。

表6 再生路面各項指標技術檢測結果Table 6 Technical test results of various indexes of recycled pavement

根據表6可知，采用就地熱再生混合料治理后，該路段車轍、裂縫以及坑槽等病害均得到有效治理，其路面平整度、壓實度、滲水系數、構造深度以及摩擦系數等技術指標均滿足規范要求。由此表明，就地熱再生技術對于改善改性瀝青SMA路面的車轍、開裂等病害具有顯著效果，可有效提升路面的使用性能和安全性。治理完工的再生路面如圖4所示。

圖4 治理后的路面示意圖Fig. 4 Road surface after treatment

5 結論

通過室內試驗，對比分析了就地熱再生混合料與原路面改性瀝青混合料的路用性能，并結合工程實例進一步驗證了就地熱再生混合料的實際應用效果，得到以下主要結論：

（1）采用就地熱再生技術制備的再生混合料高溫抗車轍性能得到較大程度改善，其累計應變和后期變形斜率也相對更小，高溫穩定性能的提升效果顯著。

（2）采用就地熱技術再生瀝青混合料可提升凍融劈裂強度比約9.6%，降低飛散損失約24.2%，對于提升再生瀝青混合料的水穩定性能效果顯著。

（3）采用就地熱技術再生瀝青混合料，其最大破壞荷載、抗彎拉強度以及破壞應變分別可提升0.205kN、1.45MPa和554.1με，再生瀝青混合料的低溫抗裂性能得到有效改善。

（4）采用就地熱再生混合料治理的病害路段，其路面平整度、壓實度、滲水系數、構造深度以及摩擦系數等技術指標均滿足規范要求。