沥青路面就地热再生技术适用性分析

刘 兴,向 烨

(长沙理工大学交通运输工程学院)

1 就地热再生技术

1.1 就地热再生技术类型

根据施工工艺不同,就地热再生主要分为复拌再生、加铺再生两种。

复拌再生:将旧沥青路面加热、铣刨,就地掺加一定数量的再生剂、新沥青、新沥青混合料,经热态拌和、摊铺、压实成型。掺加新沥青混合料比例一般控制在 30%以内。

加铺再生:将旧沥青路面加热、铣刨,就地掺加一定数量的新沥青、新沥青混合料、再生剂,拌和形成再生混合料,利用再生复拌机的第一熨平板摊铺再生沥青混合料,利用再生复拌机的第二熨平板同时将新沥青混合料摊铺于再生沥青混合料之上,两层一起压实成型。

除了上述两种工艺外,还有表面再生——先用加热机加热并软化旧沥青路面,然后用耙齿或铣刨滚筒翻松达一定处理厚度,按需要添加再生剂,充分拌和松散的再生混合料,然后摊铺压实的工艺。表面再生工艺是最基础、技术最简单的,不加入任何新集料或新沥青混合料,因此工艺仅局限于对老化沥青的再生。

1.2 就地热再生技术特点和优势

沥青就地热再生技术与其他路面维修方式相比,具有其无法比拟的优势,阐述主要如下。

(1)环保优势:环保功能为就地热再生技术的显著优势——采用此技术,不仅不需要从自然界开采大量的砂、石、沥青等原材料,而且也不向自然界遗弃大量的废旧沥青混合料;众所周知,沥青混合料是有毒物质,靠自然分解时间比较长,将对环境造成极大影响;此外施工中产生的振动、噪音等比其他施工方式小。

(2)经济优势:就地热再生工艺与其它面层维修方式相比,直接节约了以下费用——旧路面铣刨及外运费用、面层碎石的原材料费用、原材料的运输费用、缩短施工周期的费用和对交通影响的费用;同时,与厂拌热再生相比,就地热再生百分之百利用旧沥青混合料。根据某工程实际情况,其施工方案变更为就地热再生后 4km大约节约 400万,其经济效益显著。而且新技术的合理运用可保证再生沥青混料的生命周期,国内外研究表明,再生路面的高温稳定性和抗车辙性能优于相同等级和相同集料组成的新沥青混合料路面。

(3)技术优势。

有利于沥青混凝土路面层间连接:沥青混凝土路面的设计理论是弹性层状连续体系,如果层间不连接或连接不好,层间剪应力将显著增大,极容易造成面层的剪切破坏。采用就地热再生技术,再生层与旧路面热连接,几乎成为一体,杜绝了层间连接不良的问题。如果是在旧路面上直接摊铺新沥青混凝土或者将旧沥青混凝土路面冷铣刨后再铺筑新沥青混凝土路面,其层间连接都不如就地热再生方式。特别是传统的冷铣刨,往往会在新路面和旧路面之间形成一个松散夹层而导致路面过早破坏。

改善路面级配,延长路面寿命:路面级配不良或者孔隙率过大,路面易早期损坏严重;而就地热再生可以根据旧路面的级配情况有针对性的优化,使再生后的路面级配得以改善,延缓路面老化,延长其使用寿命。

恢复沥青的性能和沥青混凝土路面的柔韧性:沥青混凝土路面经过多年的使用,在荷载、光照、热、雨水等各种因素作用下,沥青逐渐老化,延度显著降低;同时沥青混凝土的韧性越来越差,抗变形能力下降,极易开裂。就地热再生技术可同时实现调整集料级配、恢复老化沥青性能、改善路面路用性能等,延长路面使用寿命。

有利于沥青混凝土路面深层裂纹治愈:沥青混凝土路面就地热再生时,在路表以下 5 cm处的温度约有 100℃,经路面碾压后,再生路面以下的原有的细小裂纹可以愈合,从而延长路面使用寿命。

可以消除 weissenberg效应及其病害:粘弹力学中,剪切应力产生法向应力,而法向应力将导致粘弹性材料沿着法向方向流动而产生爬竿现象,称为 weissenberg效应。在夏季高温季节,高速公路沥青路面中沥青结合料发生一定程度的软化,粘度降低;同时由于重载在沥青路面中产生快速、强大剪切力作用,使沥青在 weissenberg效应作用下沿着混合料空隙即骨料表面“爬”出路面,从而形成向路表层的迁移运动,即泛油。而就地热再生由于重新拌和旧沥青混合料,可避免泛油——面层上部由于沥青含量大易产生油斑、车辙等,而下部又由于沥青不足导致粘结力降低,沥青混合料松散易产生水损坏等破坏。

解决接缝漏水:传统的冷铣刨方式,如果仅铣刨摊铺一个车道,接缝处原有路面粒料往往会有不同程度的松散导致新旧路面结合不好,极易漏水,接缝处容易过早破坏;而采用就地热再生技术其接缝为热接缝,可彻底杜绝接缝漏水及其相关病害。

(4)其他优势:与其它路面维修方式对比,就地热再生对道路交通干扰小,对沿途居民生活的影响程度小等。

2 就地热再生技术适用性分析

在四种再生技术中,厂拌热再生技术属于结构性再生,适用于各类破坏路面,能有效地用于各种条件下旧沥青混凝土路面的再生利用;沥青路面冷再生主要用于低等级公路路面和高等级公路路面基层:即就地冷再生适用于所有路面标高不受限制的道路,很少用于高等级公路和大部分城市道路,因此主要适用于一般公路、等外公路、部分城市道路及其他诸如料场、停车场等场地的维修改造,也可用于稳定土拌和施工;厂拌冷再生混合料主要用作基层或底基层。四种工艺各自适用的路面损坏类型见表 1。弱,可以采用化学稳定剂来改善路基;7)裂缝仅限于路表面层;8)如果病害是由于路基引起,这种方法也只能发挥暂时作用

表 1 不同路面损坏类型建议采用的再生技术

针对就地热再生的适用性,从四个方面展开论述。

2.1 路面要求

由于沥青混凝土路面就地热再生只对旧路面表层 3～5 cm厚的沥青混合料进行再生,所以适合就地热再生的沥青混凝土路面必须满足一定的要求。

2.2 路面破损形式

满足上述基本适用条件的基础上,原则上就地热再生可处理所有的非结构性破损路面病害形式,如松散、坑槽、泛油、摩擦系数降低、车辙、波浪、推挤、滑移裂缝、纵向裂缝、横向裂缝、反射裂缝和膨胀、拥包、凹陷和沉降引起的行驶质量差等。各种就地热再生工艺适用的道路破损类型如表 3所示。

2.3 施工条件

沥青混凝土路面就地热再生需使用大型的专用机械,进行连续机械化施工,施工时机组长达 100m左右,所以施工现场应满足以下条件。

(1)要具有发挥就地热再生特长的足够工程规模,不适合用于小型维修工程,以及难以确保连续机械化施工的工程;

(2)要确保现场的施工条件,一组施工机械通过时间约需 60～90min,还要加上养生时间,需要中断施工路段一个多车道的交通;

(3)要对实行就地热再生路段进行旧路检测评价,看该路段是否符合沥青路面就地热再生的技术条件。检测的主要内容包括:沥青路面变形类(车辙、拥包、沉陷)病害调查、路面抗滑性能调查、强度调查。按照高速公路及一级公路就地热再生使用现场要求,见表 4。

2.4 其他影响因素

由于就地热再生设备庞大,且现场对路面实施加热、铣刨、搅拌等施工操作,因此在具体实施过程中,还会受到一些客观因素影响,如表 5所示。

表 2 就地热再生适用的旧沥青混凝土路面条件

表 3 就地热再生适用的路面破损形式

续表3

表 4 就地热再生使用现场要求

表 5 就地热再生应用的其他影响因素

3 结论与建议

(1)沥青路面就地热再生技术是一项高效环保、经济、有利于沥青路面层间连接、改善路面级配、延缓路面老化、能消除weissenberg效应及其病害、避免接缝漏水、对交通干扰小的新技术;

(2)在实际就地热再生施工中,复拌再生和加铺再生可改善骨料级配、沥青含量等,达到改善路面结构综合性能的目的,应用较多;而表面再生适合维修破损不严重、破损面积较小的路面;

(3)从路面要求、路面破损形式、施工条件等方面详细分析就地热再生技术的适用性,对于推广利用此技术有一定的促进作用;

(4)由于我国地域辽阔,又是多山国家,气候和地面高程变化显著,故自然因素变化复杂;所以应结合每个省市的实际情况合理运用就地热再生技术,避免生搬硬套。

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