SMA路面复拌就地热再生施工质量控制技术

2018-06-14刘飞跃

西部交通科技 2018年2期

刘飞跃，刘宇，李聪，高磊，李健

(1.广西桂海高速公路有限公司，广西南宁 530000；2.广西交投科技有限公司，广西南宁 530000；3.广州大学，广东广州 510000；4.英达热再生有限公司，江苏南京 210000)

0 引言

据2016年交通运输行业发展统计公报显示，截至2016年年底我国公路总里程469.63万公里，其中高速公路里程13.1万公里。SMA路面因其优异的综合路用性能得到广泛的推广应用，尤其在我国，近年来建设的高速公路一半以上都使用了SMA路面[1]。但是由于我国公路建设相对起步较晚，技术基础薄弱，造成了技术发展程度低于建设速度的局面，加之我国复杂的气候条件和急剧增长的交通量，导致路面在实际通车后，短至2～3年、长至8～10年就会发生不同程度损坏[2]。如何高效、经济地处理这些路面损坏，已经成为我国现阶段公路养护维修的主要内容。鉴于我国资源严重匮乏的实际情况，旧沥青路面的再生利用作为一种经济节能绿色环保的技术越来越受人们青睐。

旧沥青路面的再生利用，是通过某种特定工艺方式将旧沥青路面材料(RAP)和新组分材料混在一起以得到符合相关规定要求的新沥青路面材料，并将得到的再生混合料铺筑在路面上形成新路面。按照工艺的不同，美国沥青再生协会将再生技术分为五大类[3]，包括我们所熟悉的厂拌热再生、就地热再生、厂拌冷再生、就地冷再生以及全深式再生。其中就地热再生作为再生技术，有其特有的优点，即就地热再生可100%利用旧料、施工进度快、周期短、开放交通早、节约运输费、对交通干扰小[4]。就地热再生虽有其独特的优势，但是对施工设备要求较高，所以在我国起步较晚。自2002年[5]我国第一次从国外引进就地热再生机组后，先后分别从德国、芬兰、加拿大、日本等国引进十几套就地热再生机组，开始了我国的就地热再生应用之旅。期间各地开展现场就地热再生的试验，如2003年沪宁高速在上海段运用维特根就地热再生机组完成了路面的维修工作[6]。2006年沈海高速福州到泉州区间采取了就地热再生方法进行道路修复工作。至今虽有近二十年的就地热再生经验，但是之前的就地热再生研究大多关注于普通沥青混合料和改性沥青混合料，SMA改性沥青混合料就地热再生技术在我国研究相对较少。究其原因，一是SMA路面推广相对较晚，二是SMA路面有着复杂的骨架结构级配，且对施工工艺的要求更高。SMA路面使用高质量集料和高油石比改性沥青，两者价格昂贵，对其进行回收利用有着巨大的经济效益和社会效益。本文以SMA路面就地热再生为对象，研究SMA路面复拌就地热再生的施工质量控制要点，提出SMA路面就地热再生的质量控制指标，为类似工程提供参考借鉴。

1 复拌就地热再生技术

就地热再生有三种不同的施工工艺，分别是：表面再生、复拌再生和加铺再生。其中复拌再生是目前就地热再生中使用最为普遍的一种工艺。它的工艺步骤是：首先利用加热器对设计深度范围内的路面进行加热，待路面软化后将其翻松并收集，将新料、再生剂与旧料一起放入搅拌锅里拌合，形成高品质的再生沥青混合料，随后将其摊铺在路面上，最后采用有效的碾压工艺将其碾压成为新路面。复拌再生可适用于刚通车不久的路面施工缺陷，也可适用于通车稍久路面病害较多的路段。复拌再生可以改善原路面级配，但是添加新料一般不超过30%，且再生后的路面高程可以不变。

2 SMA路面就地热再生质量控制

在SMA沥青路面就地热再生技术研究中，施工质量对成型后的路面质量有着很大影响，故在施工时必须严格控制施工要点，确保再生混合料的使用性能满足要求。SMA复拌就地热再生按以下流程进行质量控制。

2.1 原路面加热

加热作业必须满足两个要求：(1)要达到满足施工要求的深度；(2)路表面不被过热、碳化。只有路面加热充分，才能保障翻松路面时不打碎骨料，进而保证就地热再生施工质量。

加热作业施工控制要点：

(1)施工过程中采用直尺随时测量路面加热深度，采用温枪和插入式温度计测量路面温度和上面层底面加热温度。

(2)根据温度测量结果，通过调整加热设备数量、施工速度、设备间距以及加热墙内液化气流量等手段，控制加热深度和表面温度。

(3)在施工时应保持加热机组的匀速行进，注意观察各加热设备加热工作是否正常、稳定，出现异常及时处理。

2.2 原路面翻松

翻松原路面的关键是保证原路面混合料中集料不被破坏。在施工时只有维持旧混合料级配稳定，才能够保证再生后混合料的级配可控。

耙松作业施工控制要点：

(1)采用直尺测量耙松深度；(2)调节耙齿高度，将耙松深度控制在原路面上面层厚度范围内，保证不翻起规定深度外的大石子，不改变规定深度内混合料级配；(3)如果耙松深度不理想，应立即将疏松耙的高度进行调整以满足设计要求，同时可适当调低加热车的行进速度、调整加热墙加热功率、增加加热车等，以提高原路面旧混合料的温度，并且保证热量能顺利渗透进去，使得耙松厚度也满足规定值；(4)局部耙松深度不足的路段，可相应减小收集混合料的厚度，确保不打碎石料；(5)如果耙松厚度太深，可以通过调节疏松耙的高度来满足规定耙松厚度的要求；(6)如果出现中面层大石子被翻起来，应抬高疏松耙高度，减小耙松深度，同时，人工拣出个别大石子，减少级配变异。

2.3 喷洒再生剂

再生剂用于恢复原路面老化沥青性能，再生剂的添加方式以及喷洒量的准确控制对于充分发挥其恢复老化沥青性能的作用具有直接的影响。

再生剂的喷洒控制要点：

(1)施工时再生剂的喷洒是使用盘式撒布装置来完成，保证再生剂能够均匀地洒在耙松之后的旧料上；(2)为保证再生剂喷洒均匀且准确，需在正式施工前标定盘式撒布装置和电脑控制装备；(3)根据施工前试验确定的比例喷洒再生剂，再生剂喷洒量通过电脑控制，其与作业速度、设计厚度、再生剂比例等参数相关联，要确保均匀准确；(4)将选定的再生剂按设计剂量喷洒在翻松后的旧路面上，不和新混合料直接接触，让再生剂和旧路面混合料两者有足够的时间进行反应，从而保证混合料的再生效果，保证再生之后的路用性能也满足规范要求；(5)施工时应时刻关注再生剂的喷洒效果，如有异常应立即调节装置，改变再生剂的喷洒量；(6)施工时如发现旧路面混合料太干或者太油、与试验室的结果有很大差别，需尽快在相近路面取回旧料，做相关试验检测沥青含量，根据试验结果分析、判断问题所在，进而重新调整再生剂的喷洒量。

2.4 收集耙松后混合料

在原路面进行一系列工作获得再生混合料后，机械自动将再生混合料集中在作业车道中间位置。这时原路面混合料在机械的作用下和再生剂充分搅拌在一起，在没进拌锅之前由于旧料和再生剂的接触使得老化沥青的性能也得以部分修复。集料作业施工控制要点：

(1)采用螺旋收集器收集再生混合料，收集过程中不打碎骨料；(2)集料过程中应观察再生混合料性状，如出现干涩、松散现象，可考虑适当提高再生剂的添加比例；(3)采用专用保温盖给料带加热，用保温篷布遮盖料带，减少再生混合料温度散失。

2.5 原路面下承层加热

在摊铺再生沥青混合料前，应提高下承层，即原路面中面层顶面的温度，只有这样才能实现两层的热粘结。

原路面中面层顶面加热作业施工的控制要点：

(1)实时观察专用于加热中面层顶面的加热墙的工作状态，确保其正常工作；(2)检测摊铺机前原路面的温度，根据该温度的高低来调节加热墙的液化气流量。

2.6 摊铺、碾压作业

再生之后的混合料在工艺方面类似于新建道路，其摊铺、碾压的要求需符合相关规范要求。

3 SMA路面就地热再生关键技术

经过多年的发展应用，就地热再生技术已经得到了很大的推广，但是就地热再生恢复SMA路面性能的研究则较少。本项技术有两个难点：(1)再生过程中保证原路面沥青混合料级配不改变；(2)颗粒纤维施工现场添加，且拌合均匀，计量准确。

3.1 保证SMA原路面旧料级配不变

3.1.1 间歇式热辐射加热技术

在短暂时间内，将旧沥青混合料加热到工作温度(140 ℃～170 ℃)，同时又要能够渗透到一定的深度(4～6 cm)，施工中需采用间歇式热辐射加热方式，在保证路面材料不因温度过高而老化的情况下，使其能达到理想的加热温度和要求的渗透深度。

间歇式热辐射加热系统工作原理是利用某种特殊的微孔陶瓷材料，通过燃料在其表面燃烧瞬间产生极大的热能来对路面进行脉冲式辐射加热，即瞬间产生的高热能对路面进行短时间的加热。该脉冲式辐射加热系统可以根据需要设置温度的上下限。在路面温度达到规定温度上限前，瞬间停止系统对其加热。停止加热期间实际上是一个保温过程，这个保温过程能使热能向路面的深层渗透。保温期间路面温度慢慢下降，当温度降低到某个设置的下限时，控制系统自动启动加热系统再次进行加热。这样周而复始反复几个循环，使得路面沥青混合料的温度上升到理想摊铺温度，同时渗透深度也能达到设定值。

3.1.2 平行耙松技术

在就地热再生施工过程中，如果热能无法充分渗透到路面中，原路面沥青混合料会因温度过低、黏度大而很难耙松。这时只有采取旋转切削的铣刨工艺将原路面翻松，这样必然有部分集料会被打碎，特别是粒径较大的集料，势必会造成混合料级配的变化，而且变化的幅度也不可控。在间歇式热辐射加热技术的保证下，对路面采用平行耙松而非旋转切削的铣刨方式，保证路面级配的稳定性。平行耙松使用纵向多排、横向多组液压、气动式平行疏松耙系统，利用疏松耙可把已经充分受热软化的旧路混合料耙松。

3.2 颗粒纤维现场添加

为实现颗粒纤维添加，且保证拌合均匀，计量准确，需要对热再生设备进行改装，增加纤维添加装置。现场根据添加比例、再生深度、再生宽度等参数进行参数设定，且现场添加量与再生施工速度相关联。为了避免加热对纤维的影响，纤维添加设备设置在就地热再生加热后、路面翻松前面。将喷洒在旧路上的纤维和再生混合料用双轴式拌合机进行充分拌合，从而保证纤维的均匀性。