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，國內改擴建工程中產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料進行綜合再生，取得了較好的應用效果。顧萬等在銑創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+水穩層。通過對路面進行實地調查，經過多年的使用發現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。調查結果見下頁表1。

根據表1統計結果，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，龜裂現象和縱橫縫現象明顯。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銑創、破碎產生的舊料。本文選用的銑創料來源于廣西田陽一巴馬公路改造產生的廢舊料，該路段瀝青路面已服役6年。將銑創料抽提篩分，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石灰巖，填料為石灰巖礦粉。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配合比設計和性能驗證。為研究不同銑創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定度也逐漸上升。高溫穩定性是表征瀝青混合料在高溫環境下抵抗車轍變形的能力，動穩定度數值越大說明混合料高溫穩定性越好，抵抗路面車轍病害能力越強。銑創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范中對水穩定性能的技術要求。銑刨料整體表面凹凸不平易形成多孔狀態，吸水率較高;而再生瀝青混合料在水浴養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定性能相比，AC-13級配的再生瀝青混合料在殘留穩定度和凍融劈裂強度比測試結果方面要優于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。

與傳統工藝相比，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”持續發展的理念，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，不僅實現了資源可持續利用、低碳環保的理念，還大大簡化了再生瀝青混合料的技術環節，具有較好的經濟效益和應用效果，在未來道路日常養護技術創新發展方面前景廣闊。