就地熱再生技術在公路改擴建工程中的應用

麻繼敏

摘要：瀝青路面再生技術是資源可循環(huán)技術理念的重要組成部分，文章以廣西某二級公路改擴建工程為依托，介紹了就地熱再生瀝青混合料的原材料與配合比設計方案，分析了熱再生瀝青混合料的路用性能，并闡述了就地熱再生技術應用的經(jīng)濟效益。

關鍵詞：就地熱再生;路用性能;舊料摻量;不同級配

中圖分類號：U415.6 文獻標識碼：A 130I：10.13282/j.cnki.wccst.2019.07.016

文章編號：1673-4874（2019）07-0049-04

0引言

瀝青路面以較好的行駛舒適性被廣泛應用于道路的改擴建工程中，瀝青路面具有較好的彈塑性變形能力，能夠緩解行車荷載對道路結構的損傷破壞。但隨著瀝青路面使用年限的增長，瀝青混凝土的老化會降低路面的使用功能，車轍、裂縫、坑槽等病害問題會愈加明顯。隨著瀝青路面再生技術的推廣，國內(nèi)改擴建工程中產(chǎn)生的廢棄混凝土都會以不同的再生技術進行再生利用。吳超凡等以地方公路修建為基礎，采用瀝青溫拌再生技術對路面回收的銑創(chuàng)料進行綜合再生，取得了較好的應用效果。顧萬等在銑創(chuàng)料中添加外摻劑提升了再生瀝青混凝土的使用質量，同時也認為銑刨料應用于水穩(wěn)碎石基層中可提升材料收縮性能。但是相關研究針對就地熱再生的應用案例較少，適用的道路結構和級配選擇也相對不全面。本文以廣西某二級公路改擴建工程案例為依托，采用就地熱再生技術對道路回收的銑刨料進行再生利用。

1原路面技術狀況

廣西田陽一巴馬公路段于2006年通車，建設時采用的路面結構為5cm普通瀝青輝綠巖AC-13+1cm乳化瀝青封層+水穩(wěn)層。通過對路面進行實地調(diào)查，經(jīng)過多年的使用發(fā)現(xiàn)存在很多路面病害問題，在車輛荷載、空氣、水、紫外線等多種因素的影響下，目前路面出現(xiàn)裂縫、麻面、泛油及局部填方路段路基沉降造成的沉陷、裂縫等。調(diào)查結果見下頁表1。

根據(jù)表1統(tǒng)計結果，得出田陽一巴馬公路路面破損狀況評定為“良”，該段落主要以龜裂病害為主。全線路面病害以裂縫類病害為主，龜裂現(xiàn)象和縱橫縫現(xiàn)象明顯。原道路路面結構如下頁圖1（a）所示，對上面層進行銑創(chuàng)重新鋪筑，再生路面結構分別選擇AC一13和SMA-13兩種級配進行室內(nèi)研究驗證以確定合適的舊料摻量。再生設計的路面結構如下頁圖1（b）和（c）所示。

2原材料及配合比設計

2.1銑刨料

銑刨料是路面廢舊瀝青混合料經(jīng)銑創(chuàng)、破碎產(chǎn)生的舊料。本文選用的銑創(chuàng)料來源于廣西田陽一巴馬公路改造產(chǎn)生的廢舊料，該路段瀝青路面已服役6年。將銑創(chuàng)料抽提篩分，測定老化瀝青的老化等級為中度老化，篩分舊料得到的級配曲線與建造設計級配曲線對比如圖2所示。

2.2新集料和填料

本文試驗中所用新集料為田陽產(chǎn)石灰?guī)r，填料為石灰?guī)r礦粉。其表觀相對密度和毛體積相對密度測定結果如表2所示。

2.3瀝青

本研究試驗用瀝青為sBS改性瀝青，其性能滿足《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》中各項技術指標要求，瀝青的技術指標如表3所示。

2.4配合比設計

本文采用AC-13和SMA-13兩種級配進行瀝青混合料的室內(nèi)配合比設計和性能驗證。為研究不同銑創(chuàng)料摻量對再生瀝青混合料性能的影響差異，研究分別采用了15%、25%、35%、45%等不同銑刨料摻量進行試驗研究，并與不摻銑創(chuàng)料的全新瀝青混合料進行對比研究，采用4.5%的再生劑進行混合料的再生。以AC-13級配為例，其再生混合料級配曲線如圖3所示。

兩種不同級配不同舊料摻量下的油石比如表4所示。

3熱再生瀝青混合料路用性能

3.1高溫穩(wěn)定性

試驗采用300mm×300m×50mm試件，選用HDCZ-01-09A車轍試驗機測試，用動穩(wěn)定度評價溫拌再生瀝青混合料的高溫性能。測試結果如表5和圖4所示。

由圖4可知，隨著舊料摻量的增加，再生瀝青混合料的動穩(wěn)定度也逐漸上升。高溫穩(wěn)定性是表征瀝青混合料在高溫環(huán)境下抵抗車轍變形的能力，動穩(wěn)定度數(shù)值越大說明混合料高溫穩(wěn)定性越好，抵抗路面車轍病害能力越強。銑創(chuàng)料中老化瀝青部分變得更加堅硬，老化瀝青包裹老化集料形成“黑色集料”，使得混合料整體的強度提升。以AC-13級配再生瀝青混合料為例，舊料摻量從0%～45%變化時，動穩(wěn)定度分別提升了0.00%、7.97%、20.04%、28.83%、36.97%。這說明舊料的變化對混合料的動穩(wěn)定度變化影響較大。AC-13與SMA-13兩種級配對比分析可知，AC-13級配的混合料抗車轍水平要優(yōu)于SMA-13級配，但SMA-13級配再生瀝青混合料的抗車轍能力隨摻量增加提升速率較快。

3.2水穩(wěn)定性

采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗來評價瀝青混合料的水穩(wěn)定性。試驗結果如表6～7和下頁圖5所示。

由圖5可知，隨著舊料摻量的增加，再生瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強度比都不斷下降，但均滿足瀝青混合料規(guī)范中對水穩(wěn)定性能的技術要求。銑刨料整體表面凹凸不平易形成多孔狀態(tài)，吸水率較高;而再生瀝青混合料在水浴養(yǎng)護階段會吸收較大的水分，水分子的滲透會對銑刨料結構產(chǎn)生影響，一定程度上會降低混合料的密實程度。兩種不同級配的水穩(wěn)定性能相比，AC-13級配的再生瀝青混合料在殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強度比測試結果方面要優(yōu)于SMA-13級配。

3.3低溫抗裂性

本試驗在UTM-25試驗機上進行低溫彎曲試驗，試驗溫度為-10℃±0.5℃，加載速率為50mm/min，試驗所用試件尺寸為250mm×30mm×35m棱柱體瀝青混合料小梁。試驗結果如表8所示。

由表8可知，隨著舊料摻量的增加，再生瀝青混合料的強度提升，破壞應變下降，符合材料的斷裂力學理論。銑創(chuàng)量的增加會使得材料變得更加硬脆，在外力作用下材料更易折斷。參照瀝青混合料設計要求，AC-13級配瀝青混合料，舊料摻量在15%、25%、35%和45%時對應的破壞應變均符合規(guī)范要求。而SMA-13級配在舊料摻量達到45%以上時，破壞應變已超出規(guī)范要求。

4就地熱再生瀝青路面應用案例

研究對田陽一巴馬公路上面層瀝青混合料進行就地熱再生，采用澳新科技生產(chǎn)的熱再生機組進行再生瀝青路面的鋪筑。熱再生機組通常是系列車組，分別承擔路面預熱、路面振搗及材料破碎、回收、加熱、拌合、攤鋪等不同功能，因此，對熱再生機組進行日常的保修養(yǎng)護就顯得十分重要，實際工程中選擇了上面層AC-13級配結構，舊料的摻量控制在35%。

攤鋪機溫度應≥120℃。在攤鋪過程中，攤鋪率和供料率應相等。碾壓設備至少對再生瀝青路面進行3次碾壓，為了保證混合料的壓實效果，需要遵循“高溫后緩慢，高頻低振幅”的碾壓原理，碾壓速度≤5km/min，壓實后的空隙率應當控制在6%以內(nèi)。

與傳統(tǒng)工藝相比，就地熱再生瀝青路面具有較為簡單的施工工藝，能夠快速高效地進行道路改擴建再生，大大縮短了工期。其次，對廢舊材料的再生應用彰顯了“綠色低碳”持續(xù)發(fā)展的理念，降低了筑路成本。對就地熱再生瀝青路面和路面銑創(chuàng)重新鋪筑兩種方案進行成本計算，如表9所示。

從計算結果來看，就地熱再生成本費用要比道路銑刨重新鋪筑大大降低，可節(jié)省23元/m。如果換算成兩車道的路面來看，每就地熱再生1 km酋路可節(jié)約近20萬元左右的成本費用。所以，就地熱再生瀝青路面具備較好的經(jīng)濟效益。

5結語

就地熱再生作為一種新型的道路再生技術，將原瀝青路面結構進行原位再生鋪筑，不僅實現(xiàn)了資源可持續(xù)利用、低碳環(huán)保的理念，還大大簡化了再生瀝青混合料的技術環(huán)節(jié)，具有較好的經(jīng)濟效益和應用效果，在未來道路日常養(yǎng)護技術創(chuàng)新發(fā)展方面前景廣闊。