復拌就地熱再生在高速公路養(yǎng)護中的適用性分析及應用

朱華陽，張建新，蔣建輝，曾慶濤

(1.重慶交通大學，重慶 400074；2.廣西桂陽高速公路投資建設有限公司，廣西 桂林 541000；3.廣西桂興高速公路投資建設有限公司，廣西 桂林 541000)

我國的道路路面80%以上為瀝青路面，在瀝青路面的養(yǎng)護改造過程中，會產(chǎn)生大量的廢棄材料，如果將這些舊材料再生利用，不僅可以保護環(huán)境，而且可以降低材料消耗，這是實現(xiàn)我國道路運輸可持續(xù)發(fā)展的重要手段和迫切需要。就地熱再生(HIR)作為瀝青路面預防性養(yǎng)護技術于2001年進入我國，從最早的實驗階段到如今的大力推廣，在我國的發(fā)展已經(jīng)比較成熟[1]。

此外，瀝青路面就地熱再生按照工藝不同可以分為整形型、復拌型和補強型3種類型[2-3]。

(1)整形型就地熱再生。指采用一系列的預加熱機加熱、軟化舊瀝青路面，根據(jù)舊瀝青路面材料的試驗結果，確定再生劑類型及劑量，然后翻松經(jīng)加熱和噴灑再生劑的舊瀝青路面，緊接著在再生的瀝青路面上攤鋪少量的新瀝青混合料，新、舊料一次壓實成型路面。

(2)復拌型就地熱再生。指采用預加熱機組對舊瀝青路面加熱軟化、翻松，按照所需比例加入新瀝青、再生劑以及新拌瀝青混合料，最后經(jīng)拌和后攤鋪碾壓成型。復拌型就地熱再生可改善礦料級配、瀝青含量及舊瀝青針入度，修復老化和非穩(wěn)定的磨耗層，達到改善恢復路面結構綜合性能指標的目的。

(3)補強型就地熱再生。指在進行整形型或者復拌型就地熱再生時，加大新瀝青混合料的添加量，增加原路面厚度，改變原路面高程，從而提高路面承載能力。

以某高速公路就地熱再生工程為例，高速公路全長41.71 km，主線為半剛性基層瀝青路面，上、中、下面層分別為4 cm AC-13C、6 cm AC-20C和6 cm AC-25C。自2008年通車以來，運營已經(jīng)12年，路面、結構物及附屬設施已出現(xiàn)了不同程度的病害，影響其高速公路行車的舒適性及安全性。在此期間運營公司為了保證路面技術狀況指標保持良好，作了大量的資金投入，特別是自通車以來對運營公司分年度多次進行了車轍專項處治，但路面技術狀況仍然存在明顯衰減的趨勢，因此養(yǎng)護管理部門初步選擇對主線瀝青路面實施就地熱再生，通過對原路面進行調查及評價，分析就地熱再生的適用性，并首先對試驗段進行復拌型就地熱再生試驗，判斷是否加以應用。

1 就地熱再生適用性分析

1.1 路面技術狀況檢測及評價

本項目對路面破損、平整度、車轍、跳車主要采用道路智能檢測系統(tǒng)進行自動檢測，路面抗滑性能采用路面橫向力系數(shù)測試車進行自動檢測。檢測采用分車道連續(xù)測試，每10 m一個點，評定采用以1 000 m路段長度為基本評定單元，根據(jù)公路檢測路段的路面技術狀況指數(shù)(PQI)、路面損壞狀況指數(shù)(PCI)、路面行駛質量指數(shù)(RQI)、路面車轍深度指數(shù)(RDI)、路面跳車指數(shù)(PBI)、路面抗滑性能指數(shù)(SRI)檢測數(shù)據(jù)，對主線路面技術狀況相應指標進行評價。路面技術狀況見表1。

表1 路面技術狀況匯總表

根據(jù)表1路面技術狀況檢測匯總表數(shù)據(jù)可知，全車道PCI平均得分為84.50，評價為良；全車道RQI平均得分為94.97，評價為優(yōu)；車轍深度指數(shù)RDI平均得分為86.30，評價為良。較上一年路面損壞狀況指數(shù)PCI(得分為90.03)和車轍深度指數(shù)RDI(得分為93.52)得分明顯下降，評定等級均為良，其中PCI評分偏低主要與高速公路路面裂縫類病害特別是橫向裂縫的增多有關。總體而言，車轍和裂縫類病害仍是路面最為突出的病害特征。

另外，結合本次項目所做的路面病害調查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有路面雖然破損類病害較少，主要表現(xiàn)為局部路段主車道有車轍(輕、中度)、橫向裂縫和輪跡帶縱向裂縫的不斷增加、路面抗滑性能存在一定程度衰減等現(xiàn)象。結合鉆芯檢測分析，目前裂縫主要集中在上面層層位，以自上而下發(fā)展的疲勞裂縫為主，僅有少量橫向反射裂縫，滿足就地熱再生技術適用要求。

1.2 路面結構強度(彎沉)分析

路面結構強度(彎沉)采用激光動態(tài)彎沉儀進行自動檢測。檢測采用分車道連續(xù)測試，每20 m一個點，評定采用以1 000 m路段長度為基本評定單元，其中橋梁路段均剔除。根據(jù)查閱設計文件可知，高速公路原設計彎沉值為19.80(0.01 mm)。因此在進行路面結構強度指數(shù)計算時，按設計彎沉值進行計算分析評價[4]。

通過對項目每km(評定單元)彎沉代表值的計算分析，在82個評定單元中，彎沉代表值的平均值為19.43(0.01 mm)，對項目每km(評定單元)路面結構強度指數(shù)PSSI進行分析，本路段路面結構強度指數(shù)PSSI平均值為91.96，評價為優(yōu)，可以選擇采用就地熱再生技術。

1.3 路面芯樣試驗

為充分了解原路面病害成因以及舊路面材料組成特性，采用路面取芯機進行路面芯樣鉆取，對原材料進行室內(nèi)試驗分析[5-7]。

(1)舊瀝青路面礦料級配。對原材料進行抽提試驗可知舊料瀝青含量為4.5%(油石比4.7%)，將抽提后的礦料進行篩分，級配結果如圖1所示。

圖1 舊瀝青路面上面層瀝青混合料級配曲線

由圖1可知，混合料級配中13.2 mm篩孔的通過率偏向級配上限，分析原因是長期行車荷載把大粒徑的集料碾壓碎裂，但整體級配曲線是處于級配中值附近的，對其進行調整即可。

(2)瀝青及瀝青混合料再生前后試驗。對抽提后的瀝青進行回收，然后分別進行回收瀝青及回收瀝青摻加3%、5%再生劑后的三大指標試驗，結果見表2。

表2 回收瀝青的再生劑添加量試驗結果

對舊路面混合料和添加不同比例再生劑后的混合料的性能指標進行了試驗，結果見表3。

表3 摻加不同用量再生劑和0.2%熱瀝青后性能指標試驗結果

從表3可以看出，舊瀝青路面瀝青老化嚴重，在3%再生劑和0.2%熱瀝青作用下，其性能能得到較大改善，也可以降低舊瀝青路面混合料的空隙率。

綜上所述，針對該工程項目路面病害情況及相關試驗結果等，是可以采用復拌就地熱再生工藝進行施工的，即通過復拌就地熱再生來調整舊瀝青路面礦料級配和空隙率，且施工過程中通過噴灑熱瀝青來補充舊路面瀝青含量的不足。

2 復拌就地熱再生技術應用

2.1 復拌就地熱再生瀝青混合料配合比設計

采用復拌型方式再生時，按照工藝要求，需要摻入一定比例的新拌瀝青混合料，達到改善舊瀝青路面礦料級配的目的[8]。設計采用的級配類型為AC-13，設計新料與原路面混合料的礦料添加比例為20%∶80%，通過礦料配合比的計算，最終確定復拌就地熱再生混合料礦料配合比見表4，再生混合料級配曲線如圖2所示。

表4 復拌就地熱再生混合料礦料配合比

圖2 復拌就地熱再生瀝青混合料級配曲線

對于添加的新熱拌瀝青混合料，根據(jù)AC路面設計要求和實際工程情況，上面層AC-13空隙率應控制在4%～5%。通過試驗空隙率、穩(wěn)定度和流值指標均滿足設計要求時，新添加瀝青混合料的最佳油石比為5.0%。

2.2 復拌就地熱再生瀝青混合料性能評價

對摻加3%再生劑和0.2%熱瀝青后的舊瀝青路面及添加20%新料后的再生瀝青混合料成型試件，分別做瀝青混合料的車轍試驗、低溫彎曲試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗，來評價復拌就地熱再生瀝青混合料路用性能，試驗結果見表5。

表5 復拌就地熱再生瀝青混合料路用性能試驗結果

由表5可知，該復拌就地熱再生瀝青混合料配合比設計滿足規(guī)范對AC-13瀝青混合料各項技術指標的要求，且路用性能檢測合格，進而表明復拌就地熱再生瀝青混合料的配合比設計合理可行。

3 復拌就地熱再生工程質量檢驗

采用復拌就地熱再生工藝進行瀝青路面施工時，應遵循“分階段、抓重點、強標準”原則加強工程質量控制[9]。為檢驗復拌就地熱再生技術施工質量，根據(jù)相關規(guī)范及評定標準對壓實度、厚度、滲水系數(shù)、構造深度和平整度等指標進行現(xiàn)場試驗檢測，具體檢測結果見表6。

根據(jù)表6現(xiàn)場試驗檢測數(shù)據(jù)，復拌就地熱再生瀝青路面壓實度、厚度、滲水系數(shù)、構造深度和平整度等各項指標均能滿足施工要求，表明復拌就地熱再生技術在高速公路養(yǎng)護中具有良好的施工效果。

表6 現(xiàn)場試驗檢測數(shù)據(jù)表

4 結 論

復拌就地熱再生技術憑借其環(huán)保、快速、優(yōu)質等優(yōu)點在高速公路養(yǎng)護中得到大量成功應用，但該技術適用于路面技術狀況較好、路面病害為表層病害、結構承載力足夠、瀝青老化不嚴重的瀝青路面養(yǎng)護。依托某高速公路就地熱再生工程，對其舊瀝青路面路面技術狀況進行評定，PCI和RDI均評定為良，路面病害大多為表層損害，車轍深度為輕、中度車轍，路面結構強度評定為優(yōu)，舊瀝青路面混合料級配變化不大，瀝青老化不太嚴重，加入再生劑和熱瀝青后恢復比較顯著，因此對于該養(yǎng)護工程，復拌就地熱再生技術具有良好的適用性。

適用性分析后，進行復拌就地熱再生瀝青混合料配合比的設計，通過對復拌就地熱再生瀝青混合料性能評價，各項指標均滿足要求，且路用性能檢測合格。于是進行試驗段鋪筑加以應用，對施工后再生瀝青路面質量檢驗，現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)表明，采用復拌就地熱再生施工后的路面不僅車轍病害得到治理，路面表面功能特性也得到明顯改善。為此，復拌就地熱再生技術可在同類高速公路養(yǎng)護項目中推廣應用。