沥青路面混合料热再生试验结果及分析

刘忠根，柏丽敏，谢玉田，刘星园, 苑剑光，孙立斌

(1.吉林建筑大学，长春 130118； 2.吉林省高速公路管理局； 3.吉林省交通科学研究所，长春 130021)



沥青路面混合料热再生试验结果及分析

刘忠根1，柏丽敏2，谢玉田2，刘星园1, 苑剑光2，孙立斌3

(1.吉林建筑大学，长春 130118； 2.吉林省高速公路管理局； 3.吉林省交通科学研究所，长春 130021)

摘要：在分析旧沥青路面材料应用的基础上，对长吉高速公路路面旧料进行了试验，检验了旧料中的沥青指标：针入度严重衰减，仅为39(0.1 mm)，软化点和延度也有很大变化，不能达到90号沥青标准。对旧路面材料中的碎石进行了磨耗值试验，试验结果满足规范要求。调整了旧料中的骨料级配，对AC-16、AC-20掺加不同含量旧路面材料沥青混合料，进行马歇尔试验、劈裂试验和车辙等路用性能试验，试验结果表明，掺加一定数量旧料的沥青混合料能够满足性能要求，尤其高温性能有很大提高，可以在高速公路养护维修中进行使用。

关键词：沥青混合料；热再生；试验

1概述

旧路面材料沥青再生是将旧沥青混凝土路面经过处理后，重新拌制形成具有设想性能的沥青混合料，能够满足规范要求，然后重新摊铺、碾压成新路面的各种结构层(包括基层、面层)。沥青再生技术通过重新使用旧的沥青混合料，达到降低工程造价、保护环境、节约资源的目的。在国外已经广泛应用沥青路面材料再生技术，经过多年养护工程建设，包括英、美、德等发达国家已经形成完整的标准、规范的体系，进行再生使用旧沥青路面材料。在沥青再生技术中，由于场拌热再生技术能够较好地控制混合料的品质，成为应用较为成熟和广泛的再生技术，重新生产的混合料，能够满足高速公路等高级路面的使用要求。旧沥青路面场拌再生技术是先将需要养护破损的沥青路面铣刨、粉碎，然后进行收集，通过分析旧料的性能(沥青性能、骨料级配等)，再重新拌制沥青混合料中，掺入一定量的新集料、沥青以及沥青还原剂等，进行拌和、运输、摊铺、碾压、通车使用，使混合料的高温、低温、水稳定性等各项指标达到要求。[1]

20世纪70年代，我国一些养护部门认为旧沥青路面材料重新利用，可以降低成本，自发地在路面养护工作中进行废旧沥青材料的利用。2001年在广东省广佛高速公路的路面养护工作中，通过大量试验研究和慎重分析，开始在该高速公路路面养护工程中使用热再生技术，使用结果表明，热再生技术可以明显降低养护工程造价、保护环境。[1]

在1999年9月建成竣工通车的福州至泉州高速公路，是我国“九五”重点工程项目，在2007年交通量已经达到39 000辆/日，路面使用品质下降，公路管理部门组织多次专家会议论证和公路路面使用状况考察，最后决定采用沥青路面就地热再生技术，进行福州至泉州高速公路路面养护工程的大修工作。[2]

京津塘高速公路是我国最早建成通车的高速公路之一，到2002年已经通车使用11 a，路面性能检测结果表明，需要进行路面中修，经过论证，决定采用沥青就地热再生技术进行维修。[3]

安徽省管理部门在芜宣高速公路路面养护工作中，经过研究也采用就地热再生技术，对芜宣高速公路沥青路路面开裂坑槽等病害进行修复，达到降低工程造价的目的，并取得较好的社会效益。[4]

根据查阅的技术资料可知，目前国内大部分养护工程项目，对于旧路面材料应用，采用现场热再生或者现场冷再生技术。实践经验证明，采用场拌热再生技术可以更好地控制再生混合料级配，由于能够较好地控制各种材料比例，也可以获得性能更好的混合料。场拌热再生技术有着广阔的前景，在吉林省高速公路养护工程中，使用本项技术具有较大的实用意义。

吉林省国、省干线公路中，沥青路面在里程上占有绝对优势，绝大部分高速公路路面结构为沥青路面，每年在养护工程中，沥青路面铣刨产生的旧沥青路面材料要达到4万t以上，充分利用这些旧路面材料，已经成为管理部门关注的工作，使用这些材料可以降低高速公路路面养护工程成本、保护环境，将会取得较好的经济社会效益。早在2006年，长春至营城子高速公路，沥青路面需要进行维修养护，通过对该高速公路左幅K53+000～K56+000之间的路面性能状况进行弯沉检测、破损调查、路面钻孔取芯分析，在大量论证的基础上，提出了就地热再生维修方案，进行试验路修筑，取得了较好的效果，结合工程实践总结了就地热再生的施工方法。

根据吉林省公路建设发展历程，随着公路网中道路路面状况及技术等级提高、交通量逐渐增大，公路路面养护工作越来越大，对养护材料(集料、填料、粘结材料)数量需求也越来越大。国家对于工程建设项目环保要求却越来越严，由于各种规定开采养护的集料难度越来越大。此时，高速公路养护清理旧路面得到的旧沥青材料数量越来越多，材料质量也很好，完全能在养护中使用，即加强了环保又节约了养护造价。

2再生沥青混合料室内试验及分析

2.1长春至营城子高速公路旧沥青路面材料试验及结果

2.1.1简况

根据课题需要，2008年5月22日，在吉林省高速公路管理局沥青拌合场，将长春至营城子高速公路的路面铣刨得到的旧路面材料进行取样，在试验室开展试验，取样路段为1997年修建的路面，经过11 a的运营，通过路面检测，根据使用状况评价结果，该路段需要进行维修养护，经过分析论证开展旧料重新利用研究，提出场拌热再生维修方案。

2.1.2铣刨得到的旧路面材料性能评价

为了评价旧沥青路面材料的使用性能，对旧料取样进行沥青抽提试验，使用回流式抽提仪法进行沥青抽提，按照阿布森法回收沥青，得到的试样进行3组试验，试验结果见表1。

表1　沥青试验结果

注：抽提中的沥青25 ℃时的延度，能够达到105 cm。

旧沥青路面中石料洛杉矶磨耗值为13.4%，旧沥青混合料筛分级配见表2，筛分结果如图1所示。

表2　旧沥青混合料筛分级配　%

注：表中“AC-20”下限等为规范中规定的集料级配下限，下同。

图1　旧沥青路面集料筛分结果

抽提试验得到的结果分析：1)旧沥青：沥青路面经过11年行车荷载、自然力作用，沥青老化明显，针入度为3.94 mm，延度65.4 cm，软化点60.1度，不能满足90号沥青标准。使用的新沥青能够满足90号沥青标准。2)旧路面集料级配：筛分结果表明，旧路面中集料级配接近规范AC-20级配的下限，说明在使用过程中，路面的细集料、填料损失较大，进行旧材料再生利用，如果不加入新矿料改善级配，拌制的混合料不能满足使用要求。3)石料洛杉矶磨耗试验中，旧混合料中的石料没有因为行车使碾压强度降低，可以在场拌热再生中利用。

2.1.3场拌热再生混合料试验结果

1)确定再生沥青混合料集料级配。2008年6月2日，将吉林省高速公路管理局回收的旧沥青铣刨原材料取回，进行筛分及密度试验，为了便于控制级配，将回收旧材料用19～26.5 mm、9.5～16 mm、4.75～9.5 mm、4.75 mm的方孔筛进行震动筛分，见表3，然后分别进行抽提试验，确定集料级配。

表3　各级石料筛分通过率　 %

根据长营高速公路沥青路面养护工程现场情况，经过研究，配合比试验用材料，采用吉林省高管局沥青混合料搅拌厂的粗细集料和填料，旧路面材料从养护工地现场取样，进行旧料不同含量AC-25、AC-20、AC-16合成级配设计，见表4。混合料级配图如图2所示。

图2　混合料级配图

%

注：表中括号内的数字为旧路面材料含量，例如：AC-25(20%)，表示在AC-25中含有20%的旧路面材料。

2)再生沥青混合料马歇尔试验结果见表5。

表5　再生混合料马歇尔试验结果

3)混合料劈裂试验结果见表6。

注：由于-10℃时试件脆性大，突然破坏，读数误差大，因此，劈裂模量与破坏拉应变未在文中列出。

4)再生混合料车辙试验结果见表7。

表7　再生混合料车辙试验结果

2.2混合料试验结果分析

1)旧料性能及马歇尔试验结果分析：根据旧路面材料抽提后进行石料筛分可知，完全使用旧沥青路面材料拌制混合料不能满足路用性能要求，而且会产生稳定度小、空隙率大等问题，旧料再生使用时，必须添加新的集料和粘结材料才能满足规范要求。根据马歇尔试验结果，新拌制再生沥青混合料空隙率在3%～6%之间，不透水，抗水损害能力强。

2)低温性能分析：采用劈裂试验(-10 ℃、15 ℃)来分析再生沥青混合料的低温性能，试验结果表明，同一温度(-10 ℃或者15 ℃)旧沥青用量(旧料含量在增加)增加,劈裂强度没有显著增大，尤其是-10 ℃时的试验结果，说明再生沥青混合料低温柔韧性没有随着旧沥青的增加而变差。

3)高温性能分析：车辙试验结果表明，再生沥青混合料的动稳定度较高，说明再生混合料具有较好的高温稳定性和抗车辙性能。

根据马歇尔、劈裂和车辙试验结果，掺加旧路面材料的再生沥青混合料能够满足规范要求，可以在长营高速公路路面养护工程中使用场拌热再生技术进行维修养护。

3结语

本次试验表明，旧沥青混合料是一种资源，具有重新利用价值，能够用于各个路面结构层，路用性能与新建沥青混合料路面相比相差无几。截至2015年末吉林省高速公路里程超过2 600 km，每年养护维修产生的旧沥青路面铣刨材料数量更加巨大，旧路面材料的再生利用，将节约道路建筑材料的用量，减少开采石料造成的环境破坏，具有环境保护作用。随着高速公路沥青路面维修数量的不断增加，可供再生使用的旧路面材料也越来越多，为了更好地利用这些旧路面材料，对沥青混合料场拌热再生技术有必要进行系统深入的研究，本项研究结果对建设环保绿色交通具有意义。

需要进一步研究的问题：1)掺加旧路面材料的沥青混合料性能评价标准，应该不同于新沥青混合料的标准，有待进一步的研究，并结合不同地区特点进行标准的制定；2)应建立掺加旧路面材料的场拌热再生路面耐久性评价标准，并进行深入研究；3)对掺加旧路面材料的沥青混合料施工工艺应进行系统总结。

参考文献

[1] 刘先淼，朱战良，王欣，等.场拌热再生沥青技术在广佛高速公路路面大修工程的应用[J]. 公路，2004, 11：131-136.

[2] 陈亨金.大型就地热再生技术在福泉高速公路的应用[J].交通世界，2007(8)：60-61.

[3] 董平如，沈国平.京津塘高速公路沥青混凝土就地热再生技术[J].公路，2004(1)：123-130.

[4] 余泳，李小红，窦维禹. 热再生技术在芜宣高速公路养护中的应用[J]. 交通世界，2006(9)：92-93.

[5] 张跃，胡长友，宋文柱，等.沥青路面就地热再生技术在吉林省长双公路上的应用[J].公路交通科技，2006(11)：16-19.

[6] 张昌波，黄远亮，刘方. 美国场拌热再生中旧沥青路面材料的回收及破碎[J].建筑机械，2006(2)： 83-85.

[7] 中华人民共和国交通运输部. JTG F41—2008公路沥青路面再生技术规范[S].北京：人民交通出版社，2008.

The Experimental Results and Analysis to the Hot Recycling of Asphalt Mixture

LIU Zhong-gen, etc.

(JilinJianzhuUniversity,Changchun130118,China)

Abstract：In this paper, on the base of analyzing the application of old asphalt pavement materials, the test to Changying Freeway old pavement material has been made to check the indexes of asphalt old material. The penetration result is only 39 (0.1 mm), softening point and ductility also varies greatly. The results can not reach No.90 asphalt standard. In the old pavement materials, the Los Angles test has been carried out, and the test results meets the requirements of the specification. Aggregate gradation in the old material also has been certainly readjusted. The asphalt mixture AC-16, AC-20 are added with different content of old material for the Marshall test, split test and rutting test. The experimental results show that adding a certain quantity of old material of asphalt mixture, can meet the performance requirements, especially high temperature performance has been improved a lot, which can be used in highway maintenance.

Key words：asphalt mixture; hot recycling; experiment

文献标志码：A

文章编号：1009-8984(2016)01-0010-05

中图分类号：U416

作者简介：刘忠根(1965-)，男(汉),吉林德惠，教授

基金项目：吉林省交通科技项目(2008-1-28)

收稿日期：2016-01-27

doi:10.3969/j.issn.1009-8984.2016.01.003

主要研究公路路面结构和材料。