浅谈沥青路面就地热再生

2017-01-11宁夏交通科学研究所

大陆桥视野 2016年22期

关键词：车辙面层集料

谢韬/宁夏交通科学研究所

浅谈沥青路面就地热再生

谢韬/宁夏交通科学研究所

本文主要介绍了就地热再生再对沥青路面处理前各种路面病害的调查分析，原材料选用，沥青用量，再生混合料的设计。

集料要求；沥青标号及用量；混合料设计

一、前言

就地热再生简称HIR，是一种预防性养护技术，具有可实现沥青路面材料100％的再生利用、施工速度快、对交通影响小、节约能源、利于环保、坑槽和车辙得以填充，集料集配和沥青含量得到合理调整性能提高、运输成本低等优点。它利用专用的就地热再生设备对沥青路面进行现场加热、翻松，掺入一定数量的新集料，新沥青、再生剂等，经混拌、摊铺、碾压等工序，一次性实现对表面一定深度范围内的旧沥青混凝土路面再生。通过沥青路面的就地热再生，可以修复沥青路面表面层病害，恢复沥青表面层物理力学性能，恢复沥青路面平整度，修复沥青路面车辙，实现旧路沥青材料的就地再利用。

二、路面病害调查，原因分析

京藏高速G6线K1332+000-K1351+300段自修建以来，由于交通量的不断增加，尤其重载汽车的快速增加，使得路面承载能力显著下降，路面龟网裂、纵横裂缝、车辙、拥包、坑槽等面层病害明显。

1.裂缝成因分析

沥青路面上的裂缝有多种，其形成的原因也是多样，有时是多种原因共同作用造成的，裂缝有横向、纵向、网裂和龟裂。裂缝的危害在于从裂缝处渗入的水分使基层甚至路基软化，导致路面承载能力下降，引发相关病害，加速路面破坏。

现场调查发现，横向裂缝每隔12～20m一道，局部路段横向裂缝6～10m一道，裂缝最大宽度为1cm。横向裂缝可分为荷载性裂缝和非荷载性裂缝两大类；荷载性裂缝主要是由于基底弯拉破坏引起的路面反射裂缝；非荷载性裂缝主要是由于温缩或干缩引起的。

纵向裂缝可分为两种情况：一种是由于路基压实度不均匀，产生不均匀沉降或冻涨作用所造成的。另一种是沥青面层分幅摊铺时，摊铺时间过长，或接缝处理不当，接缝处压实度未达到要求，在形成荷载作用下形成的。

当路面结构强度不均匀，局部范围的路基路面整体强度不足或基层失稳以及沥青面层老化，就会形成荷载型裂缝。这种裂缝一般表现为网裂，并在行车作用下发展为块状龟裂。因路面强度和稳定性引起的网裂和龟裂，通常还伴随有路面沉陷变形。

裂缝的产生破坏了沥青路面的整体性和连续性，水分通过裂缝渗入基层，侵蚀路基，导致路面承载力降低，为冻融提供了条件。路面荷载日渐加大，路面老化、路面雨水作用，是产生纵向裂缝、龟裂破坏的主要原因。

2．坑槽成因分析

（1）表面层沥青混凝土施工空隙率过大，级配控制不严，沥青混合料拌和不均匀，碾压不够密室，局部压实不足，增大了表面空隙，当雨水通过沥青面层空隙侵入到路面结构内部不能及时排出，滞留在沥青混凝土的空隙中时，水分湿润沥青和集料，使沥青剥落而导致坑槽。

（2）在行车荷载作用下，进入结构层的水会成为动力水，冲刷材料，使各结构层变形增加，强度降低，沥青面层材料产生唧浆现象，出现剥落、松散等病害，最后行车坑槽。沥青材料与骨料的粘结力不足，在行车荷载作用下将导致细集料剥落，增大了路表面的空隙，引起沥青混合料的抗水损坏的能力降低，形成坑槽。

（3）由于沥青面层和基层之间封层施工质量差，未能有效阻止雨水的继续下渗，而渗入水无法排出，长期浸泡基层，在冬季冻涨春季融化和车辆荷载的作用下，致使基层强度丧失，路面基层和面层产生唧浆、坑槽。

（4）大量超载车辆行驶造成路面坑槽破坏。

3．车辙成因分析

车辙是沥青路面的一种主要损坏形式，多半是发生在实行渠化交通的等级公路上。经过分析，总结车辙形成有几方面原因：

（1）沥青与集料的粘结力不强，骨料骨架作用减弱、沥青用量较大，是车辙产生的主要原因。因此增强沥青与集料的粘结力，采用强度较高的碎石，提高骨料的骨架作用，控制沥青含量。

（2）由于高温季节车辆反复碾压沥青面层形成的塑性流动变形和永久变形，主要是高温时的车辆荷载应力超过沥青面层混合料自身的稳定应力的极限原因。

（3）纵坡、车速的影响，有些路段由于纵坡较长而且连续出现时，对行车尤其是超载重车，降低了车速，延长了荷载作用时间，沥青混合料内部的剪应力逐渐增加，剪应力作用的深度也将逐渐增加，从而产生车辙。

三、集料技术要求

1.粗集料技术要求

面层骨料应该洁净、干燥、表面粗糙、形状接近立方体，且无风化、无杂质，并具有足够的强度、耐磨耗性、抗冻性、耐腐蚀性、抗冲击性以及沥青的良好粘附性。不得使用筛选砾石、矿渣及软质集料。其技术指标应符合《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004要求。

2.细集料技术要求

细集料可采用由制砂机专门生产的优质机制砂。细集料应干净、坚硬、干燥、无风化、无杂质和其他有害物质，并有良好的颗粒形状和级配。其技术指标应符合《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004要求。

3.矿粉技术要求

沥青混合料的矿粉必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉，原石料中的泥土杂质应清楚干净。矿粉必须干燥、洁净，其技术指标应符合《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004要求。当上面层粗集料与沥青粘附性达不到5级时，除应添加抗剥落剂外，还应掺加干燥的石灰或水泥作为填料的一部分替代矿粉，其用量不超过矿料总量的3％。

四、沥青再生剂

再生剂是指掺加到再生混合料中用于恢复已老化沥青性能的添加剂。是否掺加再生剂，主要取决于回收沥青路面材料（RAP）中沥青老化程度、沥青含量、回收沥青路面材料（RAP）掺配比例、再生剂与沥青的配伍性，需综合选择。最终的判别标准为：再生混合料的马歇尔试验指标满足《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004中的相关要求。本次项目不需要掺加再生剂。

五、再生沥青标号及沥青用量

（1）沥青的选择

由于再生沥青混合料的品质要求比普通沥青混合料的品质要求更高一些，所以对再生沥青标号的选择也应该比普通沥青路面对沥青标号的选择要求更严。本次就地热再生工程所在地基本在宁夏黄河流域，夏季炎热，冬季寒冷，气候干燥少雨，属2-2-4气候分区。所以本次要求沥青使用90号A级重交道路石油沥青。

（2）再生混合料最佳沥青用量的确定

按就地热再生沥青混合料AC-16C级配设计试验结果RAP：S10：S15:矿粉=85:8:5:2的情况下，取油石比在0.4％0.7％、1.0％、1.3％的条件下分别进行马歇尔试验，以确定就地热再生最佳油石比。

检测结果：根据马歇尔试验结果，取密度最大值、稳定度最大值、目标空隙率三者均值作为OAC1，即OAC1=0.74％，OAC2=0.46％，最佳油石比OAC=（OAC1+ OAC2）/2=0.60％。最终确定最佳油石比为0.60％，换算为新沥青与新集料油石比为4.15％。

六、再生混合料设计

本次就地热再生工程路段的路面经查阅设计文件原面级配范围多为AK-16型级配，使用沥青以90号A为主，现规范对原规范AK-16级配进行了调整，并改名为AC-16C，AC-16C的级配筛孔尺寸范围为：

表1

由于热再生技术100％利用原路面旧料，因此，新料的掺加量较小，因而处理前后的混合料类型基本变化不大，级配方面可以调整的余地较小，原则上主要是针对旧料的局部细化状况，在新料的级配上予以一定弥补，所以旧路的混合料类型基本决定了再生混合料的类型，当旧料的级配符合现行规范要求时，可选取与之相同类型和最接近的级配，并使合成后的级配符合现行规范要求。如旧料级配不符合现行规范要求，或该级配导致了原路面的明显病害而需要进行大幅度调整时，可根据实际情况，采用特殊类型（如单一粒径）级配以进行有针对性的弥补。