冷再生瀝青路面結構設計方法研究

收稿日期：2024-01-18

作者簡介：韓璐玉（1990—），女，本科，工程師，從事路橋設計工作。

摘要 文章從冷再生瀝青混凝土施工和生產過程出發(fā)，提出了冷再生瀝青路面的結構設計方法，主要從冷再生瀝青路面結構設計、路面破損狀況評定、瀝青混合料配合比設計等方面出發(fā)，對材料選擇、配比設計、結構層設計等進行了詳細探討，重點介紹了冷再生瀝青路面的設計方法和設計原則，最后通過工程實例翔實介紹了冷再生瀝青混合料的集料、乳化瀝青、水設計配合比，為冷再生瀝青路面的結構設計提供了理論依據和實踐指導，有助于推動該技術的廣泛應用和發(fā)展。

關鍵詞 冷再生瀝青路面；結構設計；方法研究；性能優(yōu)化

中圖分類號 U416.217文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）09-0071-03

0 引言

隨著路面使用壽命的延長和交通量荷載的反復作用，瀝青路面的老化損壞問題無法避免。傳統(tǒng)瀝青路面新建施工需耗費大量的瀝青混凝土材料，不僅浪費人力和資源，瀝青路面挖除廢料還對環(huán)境造成污染。為了更好地利用現(xiàn)有資源，減少浪費，冷再生瀝青混凝土成為一種高效、環(huán)保的瀝青路面修復方式。該文通過對冷再生瀝青混凝土修復技術進行系統(tǒng)分析，采用冷再生瀝青進行全過程設計施工，得出冷再生瀝青路面的結構設計方法[1]。

1 冷再生瀝青路面結構設計

冷再生瀝青路面結構設計主要包括路面狀況評估、設計參數(shù)確定、材料選擇與配比設計、結構組合設計與優(yōu)化等方面。這些方面相互關聯(lián)，共同決定了路面結構的性能和使用壽命。冷再生瀝青路面結構設計方法研究需要綜合考慮諸多因素，主要包括路面結構的破損程度、交通量多少、材料力學性能、環(huán)保要求等。

1.1 冷再生瀝青路面結構設計的方法和步驟

（1）路面病害情況調查和分析對于路面養(yǎng)護修復方案的制定非常重要，原有路面破壞情況調查主要聚焦在路面的損壞程度、材料性能、交通量等方面。這些評價信息對于確定合適的設計參數(shù)和選擇適當?shù)穆访娼Y構再生技術起著決定性作用。

（2）瀝青路面結構設計參數(shù)和混合料設計參數(shù)的確定需要考慮調查結果。冷再生瀝青混合料路面的設計參數(shù)主要包括路面銑刨厚度、冷再生路面厚度、路面結構強度、路面穩(wěn)定性等。這些參數(shù)需要滿足道路的相關設計規(guī)范和使用要求。

（3）冷再生瀝青混合料根據所用瀝青再生料的性能進行配合比設計。根據路面性能要求選擇摻配比例和適合的骨料及添加劑，最重要的是選擇合適的乳化瀝青材料和摻配比例，進行配比設計中需要綜合考慮材料的性能、成本和環(huán)境因素等。

（4）結合瀝青銑刨料特點和性能，設計確定冷再生瀝青混合料的參數(shù)和材料配比，完成結構組合設計需要重點確定各層的壓實厚度、材料參數(shù)和施工工藝。

（5）瀝青混合料設計配比確定后需要對混合料進行驗證和優(yōu)化。通過混合料的實驗室試驗和現(xiàn)場試驗，驗證設計混合料的整體性能及優(yōu)化設計的重要性，這可以確保設計方案在實際應用中的有效性和經濟性。

1.2 冷再生瀝青路面結構設計注意事項

（1）路面設計滿足排水設計要求，優(yōu)化路面排水方案，以便在提高路面結構的耐久性和承載能力的同時優(yōu)化路面排水性能。通常情況下可以通過合理設置排水邊溝設施和增加路面坡度實現(xiàn)。

（2）路面結構層的功能性設計應重點考慮。在設計瀝青路面的結構層時應充分考慮其功能性要求，如瀝青路面性能要求抗滑性、耐磨性、抗剪性和抗拉能力等。通過選擇合適的路面結構材料、優(yōu)化材料結構配比實現(xiàn)。

（3）道路建設和養(yǎng)護均需要考慮環(huán)保和可持續(xù)性設計要求。在路面材料選擇和施工工藝控制過程中，應充分考慮環(huán)境保護的要求。選擇環(huán)保材料、減少廢棄物排放、降低能耗等都是實現(xiàn)環(huán)境保護目標的有效措施。

2 路面損壞程度評估

路面狀況評估對于冷再生瀝青路面結構設計起著決定性作用。舊瀝青路面評估內容包括路面的損壞程度、材料性能、交通量等影響道路壽命的指標。通過深入分析這些因素，有助于根據路面狀況確定路面結構設計的基本要求和限制條件[2]。

2.1 評估路面的損壞程度

根據路面不同情況選擇適用不同路面的檢查方法。路面可直觀判斷損壞的，如損壞類型為裂縫、坑槽、車轍、泛油等，可以采用外觀檢查。通過測量路面彎沉值檢測評估路面的承載力和變形情況，路面彎沉越大，變形越大，承載能力越低。采用摩擦系數(shù)檢測評估路面的抗滑性能，摩擦系數(shù)越小，說明路面的抗滑性能越差。路面內部結構完整性，是否有空洞等情況可以采用雷達探測，雷達探測是一種無損檢測方法，能夠很好保護現(xiàn)狀路面不受破壞。

2.2 評估路面的材料性能

評估路面材料性能是冷再生瀝青路面結構設計的重要方面之一。路面結構設計依據可以根據對路面材料性能的評估結果確定。評估結果對于指導路面結構的選用和配合比優(yōu)化非常重要，有助于提高路面的使用壽命和行車安全性[3]。常用的路面的材料性能評估方法主要有實驗室檢測、現(xiàn)場檢測、老化試驗等。

2.3 評估路面的交通量

根據路面交通量的評估，為路面結構設計提供可靠依據。評估結果也可以指導路面養(yǎng)護和維修工作，提高路面的使用壽命和安全性[4]。交通量的評估方法主要包括交通量調查、交通量預測、路面應力分析、交通量仿真模擬等。通過調查路面的交通量，了解該路段的車輛數(shù)量、車型、車速等參數(shù)，對比歷史交通量數(shù)據和未來交通規(guī)劃，可以預測未來一定時期的交通量。

3 材料選擇與配比設計

3.1 瀝青、骨料和添加劑的選擇

選擇瀝青拌和料應符合針入度、延度、軟化點等相關要求，確保瀝青混合料滿足設計壽命。可以選擇添加適量的抗剝落劑或再生劑，確保冷再生瀝青混合料的穩(wěn)定性滿足要求。冷再生瀝青路面的性能受混合料中骨料的質地、粒徑、級配等參數(shù)的影響。因此骨料選擇應滿足質地堅硬、表面粗糙、耐磨性等相關要求，同時需要嚴格控制骨料的含泥量。提高路面表面的抗車轍、抗裂、耐久等性能一般需要增加添加劑，這能夠有效改善冷再生瀝青混合料的性能。添加劑的選擇要首先考慮質量穩(wěn)定、性能可靠，應嚴格控制其添加劑的摻入量，以避免對瀝青混合料的性能產生不良影響[5]。

3.2 最佳配比設計與優(yōu)化

按照具有代表性水平的配合比試驗，選擇正交試驗并快速確定各影響因素之間的主次關系，通過試驗得出最佳配合比稱為正交試驗設計。通過建立數(shù)學模型，根據混合料之間各參數(shù)分析對比各響應值之間的主次關系，通過不斷優(yōu)化主次影響配比建立響應曲線，找到各因素之間的最佳配合比點，這種方法可以基于多因素、多水平進行優(yōu)化設計，其設計精準度、可靠性較高。基于生物進化原理，用于求解復雜的非線性優(yōu)化問題的方法稱為遺傳算法，遺傳算法是可以模擬生物進化和變異的一種計算方法，通過這種模擬方法能夠在大規(guī)模空間中獲得最優(yōu)解值，不斷計算和優(yōu)化搜索最優(yōu)解，最終找到最合適的配合比。

3.3 材料的經濟性與環(huán)境影響分析

冷再生技術與傳統(tǒng)的路面修復方法相比，材料和運輸成本得到降低，進而顯著節(jié)省成本。由于舊瀝青路面銑刨料、石料等材料在再生過程中被重復使用，可以節(jié)約新增加購買材料和運輸成本，極大程度減少工程造價，從而降低了成本，一般可以節(jié)約30%～50%的成本。冷再生技術只需要通過銑刨機械將路面銑刨后重新拌和使用，既可以很大程度節(jié)約施工時間，也可以減少阻斷交通時間。

4 案例分析與實踐

該項目依托某地方公路路面維修工程進行研究。近年來，隨著當?shù)亟洕l(fā)展，由于氣候等多方面原因導致部分路段出現(xiàn)輕微車轍、網裂、縱縫、橫縫等病害，路面總體平整度良好，須對路段路面病害進行處治。該項目采用冷再生瀝青路面工藝進行病害修復。

4.1 維修方案

通過現(xiàn)場調查、路面取芯、使用專業(yè)設備評估路面結果，確定具體的維修方案，對路面的損壞程度、破損類型、破損位置等進行評估。結合路面損壞情況制定合適的修復方案，若路面破損嚴重應選擇將現(xiàn)有結構層挖除后新建路面結構層，即重新鋪筑路面結構層；若路面局部破損嚴重，通常采用局部挖除重鋪方法進行修復，可減少資源浪費，比如坑槽修補、裂縫填縫等。

4.2 混合料配合比設計

項目根據委托單位所送道路銑刨料進行了冷再生混合料乳化瀝青的目標配合比設計，設計完成后對冷再生瀝青混合料相關指標進行實驗室檢測，選取該項目中銑刨料進行配合比試驗研究。該試驗選取的為網裂瀝青面銑刨后瀝青混合料級配曲線，如圖1所示。

根據舊瀝青的配合比設計冷再生瀝青混凝土，經過對主要材料乳化瀝青摻量不同配比進行擊實實驗確定最佳含水率范圍，采用土工擊實試驗確定最佳函數(shù)論曲線。經過對比乳化瀝青摻量3%和4%中的含水率，確定最大干密度對應的最佳含水率，最佳含水率曲線如圖2所示。

通過驗證試驗進行配比，獲得表1中的設計配合比，均滿足乳化瀝青冷再生混合料的抗水損害性能和高溫性能等設計要求，室內目標配合比設計的所得結果可用于生產配合比的調試。冷再生瀝青混合料礦料、乳化瀝青、用水量設計配合比如表1所示。

根據工程實例中瀝青再生混合料研究，為保證施工過程中的配合比滿足不同的銑刨料要求，可對現(xiàn)場實際的混合料施工提出以下建議：

（1）施工時用水量應根據銑刨料含水率進行調整，以達到根據不同瀝青廢料產生最佳裹附和最佳工作性。

（2）銑刨料級配應在施工時提高檢測頻率，提高瀝青混合料生產質量。

（3）施工氣溫的高低會影響乳化瀝青混合料的破乳速度，施工時應進行相應的試驗。

5 結語

該文深入研究了冷再生瀝青路面的結構設計基本原理和主要設計方法，從冷再生瀝青路面結構設計方法、路面破損程度評估及恢復、冷再生瀝青混合料配合比設計等方面，綜合系統(tǒng)地分析了冷再生瀝青路面設計全過程，同時還根據相關研究提出了設計步驟和原則。最后，選用工程實例為研究對象，通過對冷再生瀝青混凝土中主要添加劑乳化瀝青含量和含水率進行研究，確定了最佳配合比，可對冷再生瀝青路面的推廣和應用具有重要意義。

參考文獻

[1]王鵬， 胡曉. 瀝青路面冷再生技術的研究與應用[J]. 公路交通科技（應用技術版）， 2011（1）： 30-10.

[2]武良根. 市政道路建設中冷再生瀝青路面施工工藝探討[J]. 科技展望， 2015（24）： 20-34.

[3]王松. 冷再生技術在瀝青路面改造工程中的應用[D]. 廣州：華南理工大學， 2012.

[4]趙瑞. 瀝青路面冷再生技術應用研究[D]. 西安：西安建筑科技大學， 2019.

[5]張亞麗. 基于全壽命周期的瀝青路面再生技術研究[D]. 南京：南京林業(yè)大學， 2020.