基于路面使用性能衰变规律的沥再生实施时机研究＊*

曾 胜，韦 慧

(长沙理工大学交通运输工程学院，湖南 长沙 410015)

养护成功与否及其效益的好坏与实施养护的时机密切相关，养护时机选择过早或过晚，不仅达不到预期的效果，而且还可能造成养护资金的浪费［1］。对此，国内有关专家学者进行了诸多研究。姚玉玲等［2］提出了基于生命周期费用的沥青路面预防性养护时机的确定方法;董瑞琨等［3－5］则针对沥青路面老化后对其中、低温性能的影响提出基于沥青路面老化的预防性养护指标及其养护时机，但对沥再生的研究仅限于材料的再生试验上，而对其实施时机的研究几乎没有。笔者在对沥再生应用情况进行跟踪观测的基础上，建立沥青路面性能衰变方程参数修正方程，计算得到不同PCI条件下实施沥再生对路面使用性能衰变的影响规律，为确定沥再生实施时机提供理论参考。

1 沥再生的基本性质

沥再生是一种高质量的用于沥青路面的三合一维护剂，是由高纯度优质的石油溶剂，经特殊设计及多次在极高温下过滤处理的改质沥青和沥青活性再生剂构成。其中石油蒸馏液占32%～42%，煤沥青35% ～50%，再生剂15% ～40%，比重＞1.04 g/m3［6］。沥再生喷洒在沥青路面表面形成密封层可抵抗外来杂质侵蚀，同时还可渗透到沥青路面表面以下1 cm左右或更深，与原沥青结构层融为一体，补充沥青组中由于挥发或骨料吸收减少的油分，激活老化胶质，改善沥青的粘结性和内聚力，恢复老化沥青活性，基本不影响路面的抗滑性能，其材料参数见表 1［7－8］。

表1 沥再生材料参数Table 1 Material parameters of ReJuvaSeal

2 沥再生对路面使用性能影响的跟踪观测

2.1 沥再生应用概况

京港澳高速公路临长段自2002年通车以来，在交通荷载和气候条件等因素共同作用下，路面出现了裂缝、车辙等病害，尤其是经历2008年特大低温雨雪冰冻灾害后，裂缝病害较为严重。针对该情况，临长高速公路选取K150+000～K170+000双向4车道进行沥再生，以解决路面裂缝问题。

2.2 沥再生对路面使用性能的影响

2.2.1 路面使用性能评价指标的选取

《公路技术状况评定标准》(JTG H20—2007)中规定路面破损状况指数PCI是反映路面表面破损的主要评价指标，但有时不同破损状况的路面可能具有相同的PCI，PCI仅代表调查时的路况。为了综合反映路面的使用性能，在此选取路面破损状况指数 PCI、裂缝率［9］(每公里裂缝长度 m/km)作为路面使用性能的评价指标。

2.2.2 路面使用性能发展状况

对京港澳高速公路临长段裂缝类病害进行跟踪观测，路面使用性能评价指标发展情况见图3～4和表2。从图3～4及表2可见，PCI的衰变曲线呈反S形，2008年前两路段裂缝数量及路面破损状况指数PCI相当，但路段2实施沥再生后，裂缝的增长速率、PCI的衰减速率慢于路段1，这说明沥再生对于延缓路面使用性能衰变是有效的。

图1 不同路段裂缝发展情况图Fig.1 The development of crack fracture in different sections

图2 不同路段PCI变化情况图Fig.2 Changes of PCI in different sections

表2 不同路段每公里裂缝长度和PCI发展情况Table 2 Crack length(Per km)and changes of PCI in different sections

3 沥再生养护时机理论模型与实施时机的确定

3.1 基于路面使用性能衰变规律的养护时机理论模型

沥再生属于表面涂刷型预防性养护技术，短期内对路面使用性能的提高效果并不明显，如图3所示，其中曲线1为未实施沥再生的路面使用性能衰变曲线，曲线2为实施沥再生后路面使用性能的衰变曲线，假定路面性能指标PPI存在一个临界值，当路面性能指标PPI达到此临界值时路面损坏显著加速，实施沥再生应在临界值到达之前。

图3 沥再生对路面使用性能影响计算示意图Fig.3 Diagram of ReJuvaSeal impact on pavement performance

文献［10－11］建立的路面使用性能标准衰变方程为

其中:PPI为各路面性能指标(包括 PCI，RDI，RQI和PSSI)，PPI0为路面初始性能指数;t为路龄;α和β为方程参数(其中α为寿命因子，β为形状因子)。任一沥青路面使用性能曲线都与α和β一一对应，采用某一(α和β)组合，可确定唯一的路面衰变方程。同样，沥再生实施后路面使用性能的衰变曲线也可用标准衰变方程拟合。

参数α和β受外界影响，随路龄变化。α是表征路面使用性能衰减速度的主要参数，养护措施实施必然影响参数α。文献［10－11］认为，参数β的取值在0.2～1.8之间，路面使用性能曲线形状主要受参数β控制。对于具体分析路段而言，沥再生的实施短期内对路面使用性能的提高效果并不明显，同时参数β受交通量、结构、环境等因素影响较小。本文的主旨是分析沥再生对路面使用性能衰变速率的响应，而参数β对沥再生实施后的路面使用性能影响甚小。因此，采用简化处理，可假定参数β不变，即只对α参数进行参数修正，建立路面破损状况指数PCI的参数修正方程为

式中:k为改善系数，表征沥再生对路面使用性能的改善程度。

该参数修正方程只适用于用路面破损状况指数PCI评价沥再生养护技术，对微表处、热再生、超薄磨耗层的适用性有待进一步验证。

3.2 沥再生实施时机的确定

3.2.1 参数α和β的计算

设沥再生实施前的路面使用性能衰变方程的参数为 PCI0，α1，β1，沥再生实施后的路面使用性能衰变方程的参数为 PCIt0，α2，β2。运用式(1)和路面使用性能检测数据反算参数 α1，β1，α2和 β2，但计算α2和β2的自变量时间t应从沥再生实施完毕时刻起算。

3.2.2 参数α的修正

α2受沥再生实施前路面损坏状况指数PCI，α1影响，建立参数α和PCI的函数关系式为

忽略施工质量等因素，建立改善系数k和α的函数关系为

k≥0，当k=0时，即路面未采取沥再生养护，α2=0。

3.2.3 改善系数k的计算

对京港澳高速公路临长段路面性能检测数据进行大量数值分析，同时考虑路面结构、基层类型、交通因素、路龄等因素的影响，对系数进行调整，得出改善系数k的回归方程为

以改善系数k为因变量，路面损坏状况指数PCI为自变量，建立k与PCI的关系图，如图4所示。由图4可以看出，随着PCI的增大，改善系数k呈凸函数变化，k值开始变化不大，进入一定的PCI范围内时急剧增加，随后又减少。k值越大，说明沥再生实施的效果越好，PCI在88－89分之间对路面使用性能的影响最显著，这也进一步说明了只有在最佳的时机实施养护措施，才能得到最大的效益，应用时间过早或过晚，将会降低效益。

图4 不同PCI条件下实施沥再生的改善系数k变化图Fig.4 Improvement coefficient k change chart under different PCI conditions

4 实例验算

为验证方法的有效性，选取路面结构类型、路龄、交通量以及环境因素不同的两路段进行比较，数据如表3所示，实施沥再生路段路面破损状况指数PCI衰减速度变缓。图5中实施沥再生路段路面状况指数PCI参数修正方程预测值比文献［10－11］的标准方程预测值更接近实测值。

5 结论

(1)对沥青路面性能标准衰变方程进行α参数修正，归化统一沥再生实施前后路面使用性能衰变方程。在对沥再生实施后路面使用性能衰变模式的拟合上，参数修正方程拟合效果更佳。

(2)不同PCI条件下实施沥再生，改善系数k呈凸函数变化，开始变化不大，进入一定的PCI范围内时急剧增加，随后又减少。合理的选择沥再生养护时机可以显著提高路面抗衰变效果，改善系数k取0.14左右，即PCI在88～89分为实施沥再生的最佳时机。

表3 路面使用性能检测数据Table 3 Pavement performance test data

图5 预测值与实测值对比图Fig.5 Comparison diagram of predicted value and measured value

［1］彭海林.基于水泥混凝土路面使用性能指标的预防性养护时机研究［D］.长沙:湖南大学，2008.PENG Hai-lin.Research on preventive maintenance timing of Basing on cement concrete pavement pavement service performance［D］.Changsha:Hunan University，2008.

［2］姚玉玲，任 勇，陈拴发.沥青路面的预防性养护时机［J］.长安大学学报:自然科学版，2006，26(6):34 －38.YAO Yu-ling，REN Yong，CHEN Shuan-fa.Preventive maintenance timing of asphalt pavement［J］.Journal of Chang’an University:Natural Science Editiom，2006，26(6):34－38.

［3］董瑞琨.基于老化的沥青路面预防性养护时机［D］.上海:同济大学，2005.DONG Rui-kun.Indexes for timing of asphalt pavement preventive maintenance(PPM)based on aging［D］.Shanghai:Tongji University，2005.

［4］董瑞琨，孙立军，彭 勇，等.基于沥青路面功能性能的预防性养护时机指标［J］.地下空间与工程学报，2005，1(2):292 －295.DONG Rui-kun，SUN Li-jun，PENG Yong，et al.Indexes for timing of asphalt pavement preventive maintenance(PPM)based on pavement functional performance［J］.Chinese Journal of Underground Space and Engineering，2005，1(2):292 －295.

［5］Department of national defence1 canadian air division headquarters.Asphalt surface treatments［R］.Wing Moose Jaw，1999.

［6］罗利华.沥青路面沥再生 ＜TM＞技术和应用研究［D］.大连:大连理工大学，2007.LUO Li-hua.The technique and application of ReJu-vaSeal＜TM ＞ for asphalt pavement［D］.Dalian:Dalian University of Technology，2007.

［7］湖南省交通建设质量监督试验检测中心.［沥再生］预防性养护路段检测评价报告［R］.长沙:湖南省交通建设质量监督试验检测中心，2009.Hunan Provincial Communications Construction quality supervision test center.［ReJuvaSeal］Preventive maintenance inspection and evaluation report［R］.Changsha:Hunan Provincial Communications Construction Quality Supervision Test Center，2009.

［8］湖南省交通科学研究院.［沥再生］预防性养护使用性能评价报告［R］.长沙:湖南省交通科学研究院，2010.Hunan Provincial transportation Research Institute.［Re-JuvaSeal］Preventive Maintenance Performance Assessment Report［R］.Changsha:Hunan Provincial Transportation Research Institute，2010.

［9］曾 胜，黄雄立.SMA路面长期性能的调查分析及预测［J］.长沙理工大学学报:自然科学版，2010，7(1):12－17.ZENG Sheng，HUANG Xiong-li.Investigation and prediction research on long－term performance of SMA pavement［J］.Journal of Changsha University of Science and Technology:Natural Science，2010，7(1):12 －17.

［10］孙立军.沥青路面结构行为理论［M］.上海:同济大学出版社，2003.SUN Li-jun.Theory of structural behavior of asphalt pavement［M］.Shanghai:Tongji University Press，2003.

［11］孙立军，刘喜平.路面使用性能的标准衰变方程［J］.同济大学学报，1995，23(5):512 －517.SUN Li-jun，LIU Xi-ping.General deterioration equation for pavement performance［J］.Tongji University Journal，1995，23(5):512 －517.