瀝青路面就地熱再生效果與經濟效益分析

王玉潔

（山西交通控股集團有限公司 運城北高速公路分公司，山西 運城 044000）

高速公路在經過一段時間的運營使用后，路面結構會產生大量病害，直接降低路面使用性能。就地熱再生技術不僅可以節(jié)約原材料，降低工程造價，還可以減少舊瀝青混合料對環(huán)境造成的污染，具有良好的經濟效益和社會效益[1]。結合侯禹高速公路瀝青路面上面層就地熱再生施工實踐，通過調查確定路面結構的損壞情況，對路面結構瀝青混合料進行取樣分析舊瀝青路面混合料組成，為下一步確定新拌瀝青混合料和再生添加劑的摻入量做好準備[2-3]。選取測段對就地熱再生后的瀝青路面平整度、構造深度、摩擦系數等指標開展試驗檢測，分析再生效果。計算就地熱再生施工過程中所產生的人工、材料和機械等費用，分析其經濟效益。

1 就地熱再生施工方案

1.1 工程項目概況

侯禹高速公路于2006年底建成通車，經過多年的運營使用，在車輛荷載和自然因素的綜合作用下，路面結構出現大量病害。通過對侯禹高速公路基本狀況進行調查，發(fā)現瀝青路面存在裂縫、車轍、沉陷等病害，其中以車轍最為嚴重。路面裂縫形式主要為縱向裂縫和橫向裂縫，局部分布有塊狀裂縫。車轍病害較嚴重，結合調查結果，車轍最大深度達到15.5 mm，已嚴重影響路面行車安全。為了徹底修復車轍、裂縫等路面病害，快速恢復高速公路路面使用性能，擬采用就地熱再生技術進行養(yǎng)護維修。

1.2 瀝青路面就地熱再生方案

結合侯禹高速公路路面病害調查結果，確定對瀝青路面上面層采用就地熱再生技術對瀝青路面車轍、裂縫等病害進行修補。就地熱再生層設計采用SBS改性AC-131細粒式瀝青混合料，厚度為4 cm。就地熱再生采用復拌就地熱再生工藝，選用就地熱再生機組對舊路面進行加熱、翻松，并按照比例加入再生添加劑和新拌瀝青混合料，拌和均勻后攤鋪碾壓形成一個穩(wěn)定的再生層。舊路面加熱深度為5 cm，耙松4 cm，以保證上下面層結合牢固。新舊路面材料拌和均勻后，攤鋪施工應保證瀝青路面的橫坡度。

2 再生瀝青混合料配合比設計

2.1 再生混合料級配設計

再生混合料主要采用舊路面材料，并按照比例在就地再生施工過程中加入再生添加劑和新拌瀝青混合料。通過對原路面瀝青材料進行鉆芯取樣，為確定再生劑和新集料添加量提供參考依據[4]。鉆芯取樣后，在芯樣中將上面層分離出來，通過抽提篩分后確定級配和油石比。分析確定原路面上面層瀝青含量為5.2%，新集料采用石灰?guī)r碎石，粒徑為0～3 mm，5～10 mm和10～19 mm。

通過對原路面芯樣進行分析，得出路面結構上面層混合料級配偏細，細集料含量較多，粗集料含量較少。為了提高上面層的使用性能，對原路面混合料級配進行調整，加入適量的新拌瀝青混合料。所選用的新料粗集料含量較高，骨架結構穩(wěn)定，可以彌補原路面混合料級配偏細造成的穩(wěn)定性不足問題。同時，路面調查結果表明路面結構存在較為嚴重的車轍，說明原路面上面層結構高溫穩(wěn)定性不足。結合路面病害和就地熱再生施工要求，確定新料的添加量為再生混合料質量的12%。新拌瀝青混合料選用重交普通瀝青，油石比為4.7%。新拌瀝青混合料和再生混合料的最終合成級配如表1所示。

表1 新拌瀝青混合料及再生混合料的級配組成表

2.2 原路面舊瀝青性能檢測

為了確定原路面上面層舊瀝青的各項性能指標，對芯樣中瀝青進行抽提，開展試驗進行性能檢測。舊瀝青的檢測項目主要包括針入度、軟化點、延度和車轍因子G*/sinδ，各項指標檢測結果如表2所示。

表2 舊瀝青各項性能指標檢測結果

分析表2舊瀝青各項性能指標的檢測結果，在高速公路運營施工過程中，瀝青的各項性能產生了較大的衰減，其中延度衰減幅度最大，針入度、軟化點衰減幅度相對較小，已不能滿足瀝青路面正常運行的要求。76℃車轍因子G*/sinδ檢測值也超過了3.0，說明舊瀝青各項性能已經產生了較大的衰減，就地熱再生過程中必須加入一定量的再生添加劑進行再生。

2.3 確定再生添加劑摻量

本養(yǎng)護維修項目再生添加劑選用美國進口再生劑，技術指標達到ASTM D4552標準要求。由于現場取樣的舊瀝青數量較少，為了保證再生添加劑摻量的準確性，還需要對瀝青開展室內模擬老化試驗和再生試驗。通過對比室內模擬老化試驗結果與現場取樣舊瀝青的性能衰減情況，二者數值比較接近，可以采用模擬老化瀝青代替舊瀝青進行試驗。分別選取再生劑摻量為2%和4%，開展SBS改性瀝青再生試驗，試驗結果如表3所示。

表3 SBS改性瀝青再生試驗結果

分析表3試驗數據，加入再生添加劑后，瀝青的各項性能指標均得到了不同程度的提高。針入度和延度提高顯著，黏度、軟化點和車轍因子G*/sinδ都下降了。當再生劑摻量從2%增長到4%，舊瀝青各項指標的恢復幅度下降。再生劑中含有較大比例的瀝青質，隨著再生劑摻量的增加，再生混合料中瀝青的含量也會增加，進而會造成瀝青路面偏軟，降低瀝青路面使用性能。因此，確定再生添加劑摻量為2%。另外，只添加再生添加劑并不能完全恢復舊瀝青的使用性能，在就地熱再生施工過程中還要添加一定比例的新拌瀝青混合料，進一步提高再生瀝青混合料的路用性能。

2.4 再生混合料的材料組成設計

結合上述對再生混合料級配設計、原路面舊瀝青性能檢測和再生添加劑摻量的分析，確定再生混合料材料組成。再生混合料中各組成部分的比例依次為：原路面瀝青混合料88%，新拌瀝青混合料12%，再生添加劑用量為2%，其中新拌瀝青混合料的油石比為4.7%。

3 就地熱再生效果分析

3.1 平整度檢測結果分析

瀝青路面再生前和再生后，分別選取有代表性的測段進行平整度檢測。路面平整度檢測采用三米直尺法，檢測結果如表4所示。檢測結果表明，再生前路面平整度總體較好，個別測點平整度值較大是由存在較為嚴重的車轍造成的。再生后瀝青路面平整度進一步提高，瀝青路面的使用性能得到一定改善。

表4 路面平整度檢測結果統(tǒng)計表 mm

3.2 摩擦系數檢測結果分析

再生前后路面摩擦系數采用擺式摩擦系數測定儀測定，檢測結果如表5所示。檢測結果表明，再生前各測段路面摩擦系數均值低于50，而再生后各測段均超過了50，說明路面抗滑性能得到了有效提高。

表5 路面摩擦系數檢測結果統(tǒng)計表

3.3 構造深度檢測結果分析

再生前后路面構造深度檢測采用手工鋪砂法測定，檢測結果如表6所示。檢測結果表明，再生前各測段路面構造深度均值小于0.5 mm，再生后均大于0.5 mm，說明再生后有效提高了瀝青路面構造深度，變異系數也有所下降。

表6 路面構造深度檢測結果統(tǒng)計表 mm

3.4 滲水系數檢測結果分析

采用滲水儀測定法對再生前后瀝青路面滲水系數進行測定，檢測結果如表7所示。檢測結果表明，就地熱再生前后路面滲水系數均小于300 mL/min，但再生后路面滲水性能得到了進一步改善，變異系數也有所下降。

表7 路面滲水系數檢測結果統(tǒng)計表 mm

3.5 養(yǎng)護效果跟蹤檢測

侯禹高速公路路面就地熱再生養(yǎng)護于2012年11月完工，為了檢測長期養(yǎng)護效果，分別在完工后1年、1年半和2年，對路面性能指標進行檢測，檢測結果如表8所示。路面就地熱再生后經歷了兩個夏季和冬季，這兩個季節(jié)對路面使用性能影響較大。

表8 養(yǎng)護完工后路面性能跟蹤調查結果

分析路面性能指標跟蹤檢測結果，各指標在兩年中雖然有所下降，但路面總體使用狀況良好，沒有產生明顯的破損，說明就地熱再生效果明顯，達到了預期的目的。

4 就地熱再生經濟效益分析

4.1 施工費用計算

4.1.1 人工費用

本項目施工人員總數為30人，按照150元/d的單價，計算每日人工費用為4 500元。

4.1.2 機械費用

養(yǎng)護施工過程中所產生的機械費用包括再生機燃油費5600元/t×6.4 t=35840元；瀝青混凝土攤鋪機租賃費5 000元；光輪壓路機與輪胎壓路機租賃費2000元+1500元=3500元；自卸汽車使用費1000元×2=2000元；灑水車費用800元；再生機運輸費30 000元。

4.1.3 材料費用

再生添加劑費用13600元/t×1.66 t=22576元；新拌瀝青混合料680元/t×94 t=63920元；輔助材料費用1 000元。

4.1.4 其他費用

其他直接費用5 639.28元，間接費用5 524.15元，稅金5 264.39元。

以上4項為施工一天的費用，合計為185 563.82元，按養(yǎng)護5 500 m2計算，折合每平方米單價為33.74元/m2。

4.2 節(jié)約成本分析

通過對本項目施工過程中所產生的費用進行計算，折合就地熱再生每平方米單價為33.74元/m2，每公里養(yǎng)護費用大概為11.3萬元/km。按設計再生混合料材料組成設計，利用1 t原路面舊料可節(jié)約成本約350元/t。

另外，上述養(yǎng)護維修費用計算中沒有考慮機械設備的折舊費用，再綜合考慮得出每平方米養(yǎng)護造價費用為51.16元/m2。與傳統(tǒng)的養(yǎng)護維修技術相比，就地熱再生養(yǎng)護技術可明顯減少養(yǎng)護維修費用，經濟效益好。

5 結語

侯禹高速路面上面層采用就地熱再生技術養(yǎng)護，對路面裂縫、車轍等病害進行了維修，對再生效果和經濟效益進行分析，得出以下結論：

a）通過鉆芯取樣，分析原路面舊料材料組成，通過試驗確定新拌瀝青混合料和再生劑摻加量，合理確定再生混合料的材料組成設計。

b）對就地熱再生養(yǎng)護維修后的路面平整度、摩擦系數、構造深度、滲水系數進行檢測，結合完工后跟蹤調查結果，各項指標均得到了有效改善，說明養(yǎng)護維修有效恢復了瀝青路面的使用性能。

c）對就地熱再生施工過程中所產生的各項費用進行計算，得出每平方米養(yǎng)護維修費用為51.16元/m2，可有效節(jié)約養(yǎng)護成本，經濟效益良好。