瀝青路面就地熱再生工程調查分析與配合比設計

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就地熱再生是近年來國內發展較快，且在實際工程中應用較多的再生施工技術、原路面廢舊材料在不打碎骨料和破壞原有級配的基礎上得以充分利用，機械化施工簡單，有利于生態環境保護和碳排放量降低。

一、項目簡介

南方地區某公路最初設計結構類型為水泥混凝土路面，于2009年改建為時速40km瀝青混凝土路面的二級公路。路線全長10.73km(k381+200～k391+930），寬度12m，土路肩0.5m，硬路肩2m，局部路段有加寬。改建至今，瀝青混凝土路面在重載作用下出現縱橫向裂縫、網裂和坑槽等病害，造成公路通行能力降低，路面行駛質量和服務水平下降。

二、路況調查

（一）調查取樣

為了直觀分析路面的典型病害特征，并判斷病害在路面結構中所處范圍和深度，調查人員需在熱再生施工路段調查取樣，取樣方式為鉆心取樣，并作病害統計，如表1所示。

由表1可知，調查路段病害主要有車轍、龜裂、松散、坑槽、沉陷、橫縱向裂縫，但并未發現波浪擁包、泛油和修補。路面病害中以車轍、龜裂和塊狀裂縫為主，分別占全路面積的6.3%、8.5%、4.0%。初步分析結果為瀝青路面在長期重交通荷載的作用下，產生疲勞破壞，疲勞應力超過瀝青面層的抗拉強度，裂縫間彼此互相貫通形成龜裂和塊狀裂縫，伴隨著路面老化和外部氣候環境作用，病害不斷發展擴大。車轍的產生主要為超載和重載所致。

表1 瀝青路面病害統計

（二）路面彎沉檢測

為了保證路面結構的基本功能，保持原有路面結構層的強度與穩定性，并滿足再生技術應用的要求，檢測人員應通過落錘式彎沉儀測試施工路段的路面結構強度，得出舊瀝青路面的代表彎沉值與等級符合《公路技術狀況評定標準》中的相關要求，路面結構強度指數（PSSI）92.97，對應等級為優。表明原路面在動態車輛荷載作用下，結構強度和整體剛度并未發生較大變化。

（三）施工方案

根據原路面現場病害觀測，結合芯樣和多功能檢測車所得結果分析，所調查路段整體結構強度滿足要求，基層并未發生破壞，考慮到施工路段整體變形過大，路面病害出現多處坑槽，建議采用熱再生工藝中的復拌型就地熱再生工藝。施工工藝示意圖，如圖1所示。施工流程為：加熱機組路面加熱翻松，噴灑再生劑、熱瀝青與新瀝青混合料，提升至拌和機內充分拌和，攤鋪碾壓成型，路面溫度低于50℃即可開放交通。

圖1 復拌就地熱再生施工工藝示意圖

三、原路面瀝青混合料性能分析

復拌再生瀝青混合料中大部分為原路面舊料，舊料的相關性能對復拌混合料有十分重要的影響。相關研究表明，舊料中的級配礦料其性能指標并未發生過多變化，仍能滿足粗細集料的規范要求，所以原路面瀝青混合料的性能分析主要集中在老化瀝青的性能分析。嚴格按照現行規范JTG E60-2008取樣，并對試樣展開抽提及篩分試驗，確定原路面級配和油石比。

（一）抽提篩分試驗

將現場采集樣品加熱，使其松散，按照四分法取其中一部分抽提試驗，抽提剩余集料烘干后篩分。試驗中采用的設備為全自動式瀝青抽提儀。由抽提篩分計算得到油石比：4.7%，瀝青含量：4.5%，表明瀝青發生了一定程度的老化。原路面集料仍然在規范級配范圍內，集料多集中于2.36mm～4.75mm和9.5mm～13.2mm，通過率分別為80.8%和96.2%，級配曲線偏向上限，表明9.5mm以上的粗集料含量較少，集料產生了細化。

（二）RAP中舊瀝青性能分析

老化瀝青性能分析是瀝青路面再生技術的重要環節和前提條件，嚴格按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）回收舊瀝青，并開展延度、針入度和軟化點試驗。得出施工路段在近10年的運營過程中，瀝青已發生一定程度的老化，遠低于70號瀝青的規范要求的結論。針入度試驗結果為23mm，大于20mm滿足要求，軟化點試驗結果為79.8℃，5℃延度試驗結果為脆斷，結果表明原路面瀝青雖然已經嚴重老化，但是依然能夠通過一定手段再生恢復其性能后使用。

表2 體積性能指標試驗結果 注：理論密度為實測值

（三）舊料馬歇爾試驗

在室內試驗室中，將原路面舊料進行馬歇爾擊實試驗，對成型試樣測定其密度、理論密度、空隙率、馬歇爾穩定度和流值，通過對照舊料馬歇爾試驗結果綜合分析瀝青混合料體積特征，試驗結果如表2所示。由表得出，空隙率結果為8.3%（規范要求4%～6%）偏大，馬歇爾穩定度結果為11.93kN（規范要求≥8kN）正常，流值結果為23.8mm（規范要求15mm～40mm）正常。原路面材料再生利用具有一定價值。

四、就地熱再生混合料級配設計

再生過程中再生劑添加量暫定為原路面瀝青混合料中瀝青含量的5%；新瀝青添加量為原路面瀝青混合料的0.3%，新瀝青為普通瀝青；為補充原路面磨損及變形，再生過程中添加平均厚度1cm新瀝青混合料，新料采用普通瀝青石灰巖AC-13型瀝青混合料。

（一）再生劑摻量確定

經室內試驗研究分析得出：當瀝青中添加的再生劑含量在4.3%～5.2%之間時，舊瀝青的再生效果達到規范要求，先取其中值4.75%作為再生劑的初步摻量，考慮到施工的諸多不確定性，故最終確定再生劑摻量為5%，添加5%再生劑后，再生瀝青的各項性能相較未加再生劑時有了明顯改善，針入度62mm滿足規范要求60mm～80mm，軟化點71.3℃滿足規范要求≥45℃，延度23.5mm滿足規范要求大于等于20mm。

表3 復拌瀝青混合料級配

（二）復拌瀝青混合料級配確定

復拌型就地熱再生混合料摻有大量的原路面舊料，經再生后的舊料與新瀝青混合料互相膠結共同作用，因此需要通過篩分確定原路面集料級配情況。通常的做法是代入級配范圍曲線中，根據級配上下限觀察舊料各粒徑含量，以此來確定各檔新集料的大致配合比例。

原路面舊料在就地熱再生中達到100%利用，故新料摻量只占一小部分。復拌瀝青混合料中包括：原路面混合料、新瀝青混合料、再生劑和熱瀝青。新料摻量確定主要分兩個步驟：一是根據施工經驗和調查檢測參數確定初始摻配比例，二是利用級配曲線選擇最優級料摻量。添加的新料不僅能夠改善原路面級配，而且能夠修復因高溫和重載導致的路面變形，特殊情況下，需要改變原有級配類型來恢復路面狀況。試驗中，設計三種不同新料摻量20%、25%、30%，從級配曲線看出新料摻量在25%時，目標合成級配與原路面最為貼近，并且在設計級配范圍之內，為最優配合比。

（三）復拌料馬歇爾試驗

在室內試驗室中，將復拌料熱再生后開展馬歇爾擊實試驗，測定成型試樣體積參數，主要包括密度、流值、空隙率、穩定度等。

表4 體積性能指標試驗結果 注：理論密度為實測值

如表4所示，空隙率為4.7%、規范要求4%～6%，流值為22.4mm滿足規范要求15mm～40mm，馬歇爾穩定度為11.48kN滿足規范要求≥8kN。舊路面經過就地熱再生工藝重新調整了集料級配，將空隙率由原來的8.3%降至4.7%，滿足規范要求。

五、結語

通過調查分析，確定采用復拌型就地熱再生施工方案，提高了混合料的密實度、水穩定性和耐老化性。老化瀝青中加入特定的再生劑，調節瀝青中比例失衡的各組分，補充老化損失的油分，從而降低黏性、提高瀝青的流動性。得出復拌型就地熱再生瀝青混合料配合比為：在原有舊瀝青混合料基礎上添加0.3%的新瀝青（改性瀝青）及5%的再生劑，舊料與新料比為3：1，新料油石比為5.2%。