就地熱再生技術在高速公路瀝青路面養護中的應用

■吳麗娜

（閩南理工學院，泉州 362700）

據交通運輸部交通運輸行業發展統計公報，截至2022 年底，全國公路里程535.48 萬km，公路養護里程535.03 萬km，占公路里程比重為99.9%。 根據統計數據，我國的公路行業大建設期已由放緩趨于結束，轉而進入大養護期，較大比例的市政、高速路面正在或亟需進行路面養護[1]。 為了處理瀝青路面車轍、龜裂和坑槽等病害，修復和提升路面的表面功能和使用性能，通常采取路面再生這種預防性養護方法[2]。 銑刨和鋪設是傳統瀝青道路養護常用方法，產生的問題十分顯著，包括工期長易對交通產生不利影響，工程成本高，存在大量工程廢料，極大增重環境負擔等。 我國每年僅大中修的干線公路工程就會產生1.6 億t 的路面廢棄瀝青料， 且回收利用率不足30%， 發達國家的這一比例甚至高達90%[3]。 可有效解決舊料回收利用問題的就地熱再生技術被廣泛地推廣應用， 該技術可以100%利用廢路面瀝青混合料回收料，修復瀝青路面的使用性能，同時可降低40%以上的施工成本，具有良好的經濟、環境及社會效益[4]。

1 就地熱再生原理及特點

就地熱再生技術主要是采用特定的設備，對舊瀝青路面進行現場加熱和翻松，根據項目特點，設計并摻入一定數量和一定比例的新瀝青、 集料和再生劑等，通過拌合、攤鋪和碾壓等施工工序，使得舊瀝青路面在一定厚度內（2～7 cm）一次性實現就地再生[5]。

與其他的預養護技術相比，就地熱再生技術具有施工便捷、高效、交通干擾小、節能環保和性價比高等顯著優點。 對于路面的一系列淺層病害，不僅可完全修復，且經該處理而達到使用年限后的路面，還能繼續采用再生手段來循環利用。 但就地熱再生施工技術并不是完美的，因其本身的工藝特點，具有一定的局限性，無法適用于所有的瀝青路面病害處理，現主要用于損害程度還未由路面波及基層的養護。 此外，該技術還存在對氣候的依賴性強、對再生機械的要求高、施工控制難等缺點。

2 就地熱再生適用性

我國采用就地熱再生技術進行道路養護的工程在2010 年之后急劇增加， 該技術在不同的路面結構中均運用效果良好，可有效處理原瀝青路面的淺層病害，包括滲水系數、摩擦系數、構造深度、平整度、壓實度等方面的修復，可顯著提升路面性能，延長使用壽命，市場前景廣闊。

就地熱再生技術主要分為表面再生、復拌再生和重鋪再生（圖1），其中表面再生技術適用于道路損壞小、受損面積小的道路修復，可以消除原路面的裂縫和車轍；重鋪再生復拌再生技術適用于中等損壞的路面修復，可以改善舊瀝青路面的材料性能，修復老化和不穩定磨損層，提高路面強度；重鋪再生技術適用于嚴重受損道路的修繕改造和舊路改造，采用該方法修復的瀝青混合料路面具有更好的抗滑性及路面平整度，改善路面橫坡，提高瀝青路面的強度。

圖1 三類就地熱再生技術

3 工程概況

本次路面維修路段為泉州某高速主線，全長57.044 km，病害主要集中在上面層。 為了降低施工過程對生產生活和交通運輸的影響，響應國家綠色低碳環保的可持續發展理念，經前期方案的綜合比選，最終確定本高速瀝青路面養護工程采用復拌就地熱再生施工工藝。

3.1 路面結構狀況

本高速于2012 年通車以來，路面結構主要有：（1）主線路基結構：4.5 cm AC-16＋5.5 cm AC-20C＋16 cm ATB-25＋16 cm 級配碎石＋30 cm 3%水泥穩定碎石＋土基；（2）橋面結構：4.5cm AC-16＋5.5 cm AC-20C＋橋面鋪裝層；（3）隧道結構：4.5cm AC-16＋5＋5 cm AC-20C＋24 cm 水泥混凝土；（4）匝道的路面結構：4.5 cm AC-16 ＋5.5 cm AC-20C ＋12 cm ATB-25＋12 cm 級配碎石＋20 cm 3%水泥穩定碎石＋土基。

3.2 瀝青路面狀況評價

根據JTG 5210-2018《公路技術狀況評定標準》，本項目主要病害為路面泛白、抗滑系數下降，裂縫深度主要位于上面層，部分路段存在少量的縱橫向裂縫，且路段養護歷史較少，原材料比較單一。 由于部分病害可能發展至中面層，因此需提前處理后再采用熱再生工藝。

3.3 再生瀝青混合料材料組成設計

再生瀝青混合料材料組成設計首先應分析確定舊路面集料級配、瀝青老化程度和瀝青含量，進而確定最佳新瀝青摻量、各檔新礦料添加量、礦料級配和各種外加劑（主要是再生劑）摻量，使最終生成的再生料表面構造特性、平整度、損壞狀況和結構承載能力等路用性能滿足道路使用要求[6]。

3.3.1 主要材料組成

原路面瀝青混合料回收料 （Reclaimed asphalt pavement，RAP）；碎石集料（浩元碎石場）、礦粉（福建泉能石粉綜合利用有限公司）、SBS 改性瀝青（廈門鑄邦物資有限公司），用于生產外加新瀝青混合料；HRA-2 型瀝青再生劑 （西安華澤道路材料公司），用于恢復RAP 中老化瀝青性能；LM-S 型瀝青混合料改性劑（北京紫瑞天成科技有限公司），用于增強再生瀝青混合料的路用性能。

3.3.2 設計再生瀝青混合料級配與瀝青含量

根據就地熱再生配合比設計結果，再生瀝青混合料的級配如圖2 所示。

圖2 再生瀝青混合料設計級配

RAP 的油石比為4.6%，再生瀝青混合料的最佳油石比為4.8%（外加0.2%新瀝青），HRA-2 型瀝青再生劑的用量為7%（以老化瀝青的質量計），LM-S 瀝青混合料改性劑的用量為10%（按再生混合瀝青質量的百分比計，同時扣減等量瀝青）。 外加新瀝青混合料配合比為：16～22 mm∶10～16 mm∶5～10 mm∶0～5 mm∶礦粉=13∶25∶28∶33∶1， 外加新瀝青混合料的油石比為4.9%。 設計新舊瀝青混合料的比例分別為10%和90%。

3.3.3 設計再生瀝青混合料性能試驗結果

設計再生瀝青混合料的路用性能試驗結果如表1 所示。根據設計再生瀝青混合料級配與再生瀝青混合料性能試驗結果，其技術要求均滿足JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術規范》。

表1 設計再生瀝青混合料路用性能試驗結果

4 就地熱再生施工工藝流程

就地熱再生現場施工設備配置如圖3 所示，施工工藝流程如圖4 所示。

圖3 現場施工設備配置

圖4 施工工藝流程

5 就地熱再生施工過程質量控制

根據就地熱再生施工流程，其施工過程中質量控制具體內容如下。

5.1 就地熱再生溫度控制

就地熱再生溫度控制涉及原路面表層溫度控制，再生瀝青混合料攤鋪碾壓溫度控制；而再生瀝青混合料的溫度控制受就地熱再生施工各環節溫度的綜合影響。 因此，施工過程中應采用紅外溫度測定儀按照至多30 min 的時間間隔定量采集機組施工各個階段的溫度，對于環境溫度較低、路面油石比含量較低、風速較高等惡劣條件，應控制機組的施工速度與機組之間的間隔距離，采用保溫隔熱裝置將加熱裸露的路面保溫起來，同時提高爐內溫度，保障施工過程中的有效加熱。 當再生瀝青混合料施工溫度一直處于較低施工溫度時，可添加一定量的溫拌劑， 改善再生瀝青混合料的施工和易性，進而改善再生瀝青混合料的施工壓實度。 為控制就地熱再生全過程施工溫度，可采用增加加熱機的方式，充分加熱原路面，從而實現保障再生瀝青混合料溫度的目的。

5.2 就地熱再生施工深度與寬度控制

按照養護設計要求設定就地熱再生施工深度與寬度，同時在施工過程中安排專人實時測量就地熱再生實際的深度與施工寬度。 對于施工深度不達標的情況，檢查設備耙松深度傳感器，在保障正常運行的情況下，使施工深度滿足設計要求。

5.3 就地熱再生中再生劑量控制

按照設備的計量裝置量，將排出的再生劑采用人工計量的方式進行二次標定，確保設備計量的準確性。

5.4 就地熱再生拌和均勻性控制

就地熱再生施工過程中一般攪拌與加料同時進行，而對于溫度較低、瀝青黏結度較高的時候，常會出現拌和不均勻的情況。 對于這種情況，可采用降低施工速度的方式， 實現延長拌和時間的目的。同時，可采用帶有間歇性拌和裝置的復拌機，實現再生瀝青混合料的均勻拌和。

5.5 典型異常路段的質量控制

受養護時間、養護技術、材料質量差異等因素的綜合影響，一般會出現銑刨后瀝青含量非常低、集料細化非常嚴重的路段，對于這種路段，采用裝載機將該路段材料完全鏟除或者鏟除50%以上比例， 通過外摻較高比例的新料來調節該段不良集料，保障再生瀝青混合料質量。

5.6 原路面存在加鋪層的情況

一般路面經過多次預防性養護后常會出現存在微表處、霧封層、超薄罩面等表層厚度超薄的加鋪層，對于這種情況，首先根據設計要求內容，明確該種路段是否可采用就地熱再生技術進行養護施工；其次將含有加鋪層的路段進行再生瀝青混合料的配合比設計，測定再生瀝青混合料級配與性能是否滿足規范要求；最后，若滿足規范要求，則進行專家論證，決策是否直接采用就地熱再生技術一次性施工；若不滿足要求，則采用銑刨機對加鋪層銑刨去除，再采用就地熱再生技術進行施工處理。

6 就地熱再生應用效果

6.1 再生料的水穩定性

水穩定性不僅可以反饋混合料的實際級配，還具有間接評價抗水損性能的作用，可作為瀝青混合料性能的主要評價指標。 浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗是評價該指標最常見的檢測方法，本項目對再生料同時進行兩項檢測并比對驗證結果[7]。

6.1.1 浸水馬歇爾試驗

浸水馬歇爾試驗主要是檢測再生瀝青混合料標準試件的流值和穩定度等基本參數，檢測前需將試件在60℃條件下水浴加熱48 h。 檢測結果顯示，本項目取樣的馬歇爾標準試件的穩定度實測值滿足規范要求，實測值比標準值高13.58%。 本試驗可證明，本項目的再生瀝青混合料有良好的殘留穩定度和抗水損能力。

6.1.2 凍融劈裂試驗

將制作好的馬歇爾標準試件分為常溫和凍融兩組，凍融組先后將試件置于－20℃恒溫條件和60℃水浴環境下24 h， 常溫組置于室溫下48 h，完成劈裂試驗。 結果顯示，試件的實測值較標準值要高16.45%，進一步證明本項目的再生瀝青混合料具有良好的抗水損能力。

6.2 再生料的高溫穩定性

瀝青混合料若具有良好的高溫穩定性可保證材料的抗車轍能力，提升路面平整度，保障路面的行車舒適度和安全性，因而此特性也是再生瀝青混合料質量的一個重要評價指標。 車轍試驗是高溫穩定性最常用的檢測評價方法，其中衡定性能的主要參數是動穩定度指標。 結果顯示，再生瀝青混合料的動穩定度實測值較標準值要高3 957次，符合規范要求，充分證明再生料的熱穩定性良好。

6.3 再生料的低溫穩定性

在工程實踐中，一般常用小梁低溫彎曲試驗來檢測預評價再生瀝青混合料的低溫穩定性。 將再生料按要求制成車轍標準試件，根據輪壓方向進行標記，持續在室溫條件中冷卻12 h，而后將試件切割成長×寬×高為250 mm×30 mm×35 mm 的小梁，分割誤差絕對值應控制為≤2 mm。小梁低溫彎曲試驗需將試件置于恒定的-10℃環境中≥3 h，并采用試驗機進行數據的檢測和采集。 結果顯示，再生料的低溫穩定性符合規范要求，可滿足瀝青路面的施工要求。

7 結語

本高速公路瀝青路面養護項目根據路面狀況評價，選取復拌就地熱再生技術進行養護施工。 結合本項目情況， 進行再生瀝青混合料材料組成設計，并優化施工流程，嚴格進行施工過程質量控制。本項目分別檢測和評價了再生瀝青混合料的水穩定性、高溫穩定性和低溫穩定性，以上結果均達標，表明再生料具有良好的性能，就地熱再生技術在高速公路路面養護中應用效果良好。