現(xiàn)場熱再生技術(shù)在二級公路大修工程中的應(yīng)用

覃麗梅，禤煒安

(1.廣西交科集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530007；2.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530007)

0 引言

我國公路建設(shè)發(fā)展迅速，截至2019年年末，全國二級及以上等級公路里程達(dá)到67.20萬 km，其中二級公路約占60.4%[1]，作為公路網(wǎng)格系統(tǒng)里的骨架，二級公路推動著社會的交流和發(fā)展，給人民生活和國家面貌帶來了巨大變化，瀝青路面作為其主要的路面結(jié)構(gòu)形式，及時高效對其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)管理成為公路安全運(yùn)行的關(guān)鍵。目前，我國前期修建的大量二級公路已進(jìn)入了大修期，瀝青路面的路用性能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)有的行車要求。隨著交通量的逐漸上升，原二級公路瀝青路面長期在行車荷載、自然環(huán)境的交互作用下，出現(xiàn)了裂縫、車轍、坑槽等病害，亟須對路面進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)[2]。

我國對瀝青路面的大修工程中，往往采用翻新重建的方式，翻挖、刨除原有舊瀝青路面后填鋪新瀝青混合料，這致使大量舊瀝青混合料(RAP)的產(chǎn)生及廢棄，在浪費(fèi)資源的同時也對環(huán)境造成了較大的損害。相比于傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)手段，能對舊料進(jìn)行有效回收利用的再生技術(shù)，正在逐步地被倡導(dǎo)。通過對舊料的回收利用，可節(jié)省絕大部分的集料和約30%的瀝青，且再生瀝青混合料的路用性能與新瀝青混合料的路用性能相差較小，有效地減少了新材料的使用，降低了養(yǎng)護(hù)維修的成本，同時解決了舊料堆放處理困難的問題，在節(jié)約經(jīng)濟(jì)、資源和環(huán)境保護(hù)等方面有著突出作用。瀝青路面再生技術(shù)根據(jù)其工藝上的區(qū)別，可分為廠拌冷再生、廠拌熱再生、現(xiàn)場冷再生、現(xiàn)場熱再生四種再生技術(shù)[3]，其中，現(xiàn)場熱再生技術(shù)因其優(yōu)良的維修養(yǎng)護(hù)效果、節(jié)能環(huán)保、養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用少和對交通影響小等優(yōu)點(diǎn)，而逐步被廣泛應(yīng)用于瀝青路面的養(yǎng)護(hù)工程中。本文將結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場應(yīng)用情況對現(xiàn)場熱再生技術(shù)展開研究。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 RAP

采用切割法對原二級公路面層進(jìn)行隨機(jī)切割取樣，對RAP進(jìn)行抽提試驗(yàn)，測得其瀝青含量平均值為3.96%，將抽提后的集料烘干冷卻后進(jìn)行篩分，測得RAP的級配如表1所示。

表1 RAP級配表

1.1.2 新集料

集料選用河南某地石灰?guī)r，集料粒徑范圍為0～3 mm、3～5 mm、5～10 mm、10～15 mm四種，集料的相關(guān)參數(shù)如表2所示。

表2 集料性能指標(biāo)表

1.1.3 新瀝青與再生劑

新瀝青選用SBS改性瀝青，按照《瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)對其性能進(jìn)行檢測，均滿足規(guī)范要求。再生劑選用某RA102型瀝青再生劑，再生劑相關(guān)技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

表3 RA102型瀝青再生劑性能檢測結(jié)果表

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 車轍試驗(yàn)

依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)(以下簡稱試驗(yàn)規(guī)程)中T 0719-2011車轍試驗(yàn)對再生瀝青混合料高溫性能進(jìn)行評價，以動穩(wěn)定度DS為評價指標(biāo)，試驗(yàn)溫度選取60 ℃。

1.2.2 小梁彎曲試驗(yàn)

依據(jù)試驗(yàn)規(guī)程中T 0715-2011彎曲試驗(yàn)對再生瀝青混合料低溫性能進(jìn)行評價，試驗(yàn)溫度選取-10 ℃，加載速率選取50 mm/min，以試件破壞時的最大彎拉應(yīng)變?yōu)樵u價指標(biāo)。

1.2.3 凍融劈裂試驗(yàn)

依據(jù)試驗(yàn)規(guī)程中T0729-2000凍融劈裂試驗(yàn)對再生瀝青混合料試件的水穩(wěn)定性能進(jìn)行測定，以破壞前后的強(qiáng)度比來進(jìn)行評價。

2 再生瀝青混合料室內(nèi)路用性能評價

為確定再生劑最佳摻量，通過試配法，選取不同的再生劑摻量(占RAP中瀝青質(zhì)量的4%、6%、8%)，以新集料20%的摻比進(jìn)行再生瀝青混合料的級配合成，合成級配如表4所示，并根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)估算再生瀝青混合料油石比為5.3%，初擬5個油石比后通過成型馬歇爾試件確定再生瀝青混合料最佳油石比為5.0%，以確定的各材料摻量成型相應(yīng)的試件，檢測不同再生劑摻量下再生瀝青混合料性能。

表4 再生瀝青混合料級配設(shè)計表

不同再生劑摻量下再生瀝青混合料的路用性能如表5所示。

表5 不同再生劑摻量下瀝青混合料路用性能測試結(jié)果表

由表5試驗(yàn)結(jié)果可知，在三種再生劑摻量下(4%、6%、8%)，再生瀝青混合料高溫性能、低溫性能、水穩(wěn)定性均符合要求，其動穩(wěn)定度在4 500～6 000次/mm范圍內(nèi)，最大彎拉應(yīng)變在2 500～3 000με范圍內(nèi)，凍融劈裂殘留強(qiáng)度比在86%～94%范圍內(nèi)，均滿足規(guī)范要求。

(1)由圖1可知，再生瀝青混合料動穩(wěn)定度隨再生劑摻量的增加而減小，由不摻時的7 953次/mm下降到了8%摻量時的4 533次/mm，雖然三種摻量下的再生瀝青混合料動穩(wěn)定度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于規(guī)范要求，但再生劑的加入一定程度下降低了再生瀝青混合料的高溫性能。這是因?yàn)镽AP中的老化瀝青軟化點(diǎn)較高，而經(jīng)過再生劑還原性能后，瀝青軟化，從而出現(xiàn)瀝青混合料動穩(wěn)定度下降、高溫性能劣化的現(xiàn)象。

圖1 不同再生劑摻量下動穩(wěn)定度曲線圖

(2)由圖2可知，再生劑可對再生瀝青混合料低溫性能進(jìn)行增強(qiáng)，這是由于再生劑的加入可有效改善瀝青的延性，從而恢復(fù)再生瀝青混合料的低溫性能；但隨著再生劑摻量的增加，對再生瀝青混合料的低溫性能提升效果并不明顯，最大彎拉應(yīng)變從0%到4%增加了1 081με，從6%到8%只增加了4με。

圖2 不同再生劑摻量下最大彎拉應(yīng)變曲線圖

(3)再生劑可以改善再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性。由圖3可知，再生瀝青混合料凍融劈裂殘留強(qiáng)度比隨再生劑摻量增加而增大，在8%再生劑摻量下，其水穩(wěn)定性最好。這是因?yàn)樵偕鷦┗謴?fù)了RAP中老化瀝青的粘結(jié)力，改善了瀝青與集料的粘附效果，從而提高了混合料水穩(wěn)定性能。

圖3 不同再生劑摻量下凍融劈裂殘留強(qiáng)度比曲線圖

(4)4%～8%再生劑摻量下的再生瀝青混合料均有較好的路用性能，但過低摻量(4%)對再生瀝青混合料的低溫性能改善效果不足，過高摻量(8%)又會一定程度上劣化高溫性能，因此選取6%的再生劑摻量應(yīng)用于實(shí)際工程。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

某一雙向四車道瀝青路面二級公路試驗(yàn)路段，經(jīng)過五年時間的運(yùn)營，由于長時間重交通荷載及環(huán)境因素的影響，以及設(shè)計和施工不合理等問題，路面出現(xiàn)了裂縫、車轍、坑槽等病害，使得二級公路瀝青路面路用性能不斷下降，進(jìn)入大修期。為延緩其破壞，增加原有道路的使用壽命，對原二級公路瀝青路面采用現(xiàn)場熱再生技術(shù)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，提高路面的技術(shù)指標(biāo)，恢復(fù)其原有功能。本文主要研究對該二級公路大修工程中樁號K5+520～K6+520段采用現(xiàn)場熱再生技術(shù)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)后的效果和評價。

3.2 現(xiàn)場施工

現(xiàn)場熱再生施工的主要流程為：路面加熱、路面耙松、噴灑再生劑、混合料攪拌、攤鋪與碾壓、開放交通[4]。采用現(xiàn)場熱再生技術(shù)可有效消除路表病害，恢復(fù)原路面的路用性能，延長其使用壽命。施工質(zhì)量的好壞對修補(bǔ)后的路面性能影響巨大，應(yīng)該提升現(xiàn)場施工質(zhì)量，從而提高現(xiàn)場熱再生技術(shù)的養(yǎng)護(hù)水平，推廣現(xiàn)場熱再生技術(shù)在二級公路大修工程中的應(yīng)用。

3.3 施工質(zhì)量控制

對原二級公路瀝青路面進(jìn)行現(xiàn)場熱再生技術(shù)養(yǎng)護(hù)處理前后，參照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40—2017)，對其平整度、壓實(shí)度、滲水系數(shù)進(jìn)行檢測，平整度采用三米直尺法；壓實(shí)度采用核子密度儀法；滲水系數(shù)采用滲水儀測算。所測得結(jié)果如表6所示。

表6 現(xiàn)場熱再生技術(shù)養(yǎng)護(hù)前后瀝青路面性能測試結(jié)果表

施工完成后，對原二級公路瀝青路面現(xiàn)場進(jìn)行驗(yàn)收，發(fā)現(xiàn)路面外觀良好，對原有裂縫、車轍等病害進(jìn)行了有效處置，由表6檢測結(jié)果可知：路面平整度養(yǎng)護(hù)后在1.4～2.2 mm范圍內(nèi)，均<2.5 mm，滿足相應(yīng)規(guī)范的要求；壓實(shí)度經(jīng)現(xiàn)場熱再生技術(shù)養(yǎng)護(hù)后基本在96%～97%之間，均>93%(基于理論最大相對密度)的規(guī)范要求；滲水系數(shù)經(jīng)養(yǎng)護(hù)后大幅下降，在10～80 ml/min范圍內(nèi)，均滿足規(guī)范要求。

與養(yǎng)護(hù)前相比，三項(xiàng)參數(shù)性能均有了較大提升，說明經(jīng)現(xiàn)場熱再生技術(shù)養(yǎng)護(hù)后瀝青路面路用性能得到較好提升，6%再生劑摻量下現(xiàn)場熱再生應(yīng)用效果良好，現(xiàn)場熱再生技術(shù)在二級公路養(yǎng)護(hù)工程中應(yīng)用前景廣闊。

4 結(jié)語

現(xiàn)場熱再生技術(shù)作為一種路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)，可用于各等級瀝青路面的維修養(yǎng)護(hù)，能有效處置裂縫、坑槽、車轍等病害，大幅提升原瀝青路面抗?jié)B水性能和行車舒適度。與其他養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)相比，現(xiàn)場熱再生技術(shù)具有養(yǎng)護(hù)維修效果優(yōu)良、環(huán)保、費(fèi)用少、交通影響小等特點(diǎn)。現(xiàn)場熱再生技術(shù)在二級公路大修工程施工過程中，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的工程情況，包括原路面所用材料、路面狀況、所處環(huán)境等，選擇合適的施工方法，在保證施工效率的同時，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，進(jìn)一步完善施工工藝，擴(kuò)寬現(xiàn)場熱再生技術(shù)在瀝青路面養(yǎng)護(hù)工程中的使用范圍，挖掘其改善瀝青路面路用性能的廣泛應(yīng)用前景，推動其實(shí)際的應(yīng)用。