就地热再生SMA路面路用性能试验研究

周志刚 刘宇 段跃华 李聪

摘要：为了充分利用既有SMA沥青路面，文章通过就地热再生技术，在研究既有SMA路面的原材料组成、沥青老化现状的基础上，添加新材料确定再生混合料级配，并基于骨架最紧密状态，优化设计了SMA-13沥青混合料配合比。研究结果表明：SMA再生沥青混合料各项路用性能均满足相关规范要求，且有更好的高温稳定性。

关键词：SMA-13;就地热再生;最紧密状态;路用性能

中图分类号：U416.26 文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.08.001

文章编号：1673-4874（2019）08-0001-04

0引言

我国目前拥有高速公路总里程已超过13万km，居世界第一位。经过近30年的快速发展，我国高速公路已进入大规模的维修养护时期。随着资源不断枯竭，充分利用废旧沥青路面材料的再生技术，已成为公路养护工作的重要研究方向。SMA沥青路面以较好的表面抗滑性能、优良的耐久性和高温抗车辙能力成为国内外普遍使用的高速公路路面层结构。钟瑞文等在沈大高速公路预防性养护中，应用就地热再生技术处理了既有SMA路面的车辙问题。赵博等在连徐高速公路实体工程应用中，采用就地热再生技术处理SMA路面，提高了路面的行车舒适性和安全性。由于SMA沥青路面结构和材料的特殊性，在就地热再生时，其技术难度远远高于普通热拌沥青混合料路面的就地热再生技术。对性能退化的SMA沥青路面进行就地热再生具有良好的社会效益和经济效益，符合绿色公路的发展理念。

本文以柳州（鹿寨）至南宁段高速公路改扩建工程作为依托，优化了SMA-13沥青混合料配合比，并成功用于就地热再生实际工程中，取得了良好的效果。

1旧路材料分析

1.1原路面沥青及沥青混合料性能分析

本文试验所使用的原路面沥青混合料为柳南高速现场取样材料，混合料类型为SMA-13，混合料粗集料为英安岩，英安岩密度较小。依据相关规范，分别对其级配、油石比、沥青老化现状以及混合料体积指标四个方面进行试验并对其性能进行评价。原路面沥青混合料的级配试验结果见表1、沥青试验结果见表2、混合料试验结果见表3。

通过表1抽提筛分试验得出，沥青混合料油石比为6.0%，含量稍低于原设计值6.2%。粗集料9.5mm、4.75mm筛孔的通过率偏高，即比设计值偏细，主要是由于经过多年的运营，路面经过反复的重载碾压，集料被压碎，导致路面级配细化。2.36mm及以下筛孔通过率偏高，也与路面集料细化相关。因此，若要恢复路面性能，就需要通过添加新沥青和新集料来优化原路面沥青混合料的油石比和级配。

从表2中沥青老化试验结果可以看出，沥青的针入度由原来的55下降到21，软化点由原来的78下降到68.5，延度由原来的56.5下降到0。由于经过10年左右的运营，路面在阳光、空气、雨水以及车辆荷载作用下，沥青出现严重的老化，导致路面针入度降低、延度严重下降。此外，沥青软化点也降低，这是因为原沥青为SBS改性沥青，在运营过程中改性沥青中的SBS出现老化降解，降低了沥青黏性。表3可以看到，将原沥青混合料重新成型后得到的马歇尔试件空隙率偏大，这也说明原路面沥青混合料老化较为严重，需要通过添加再生剂还原老化沥青的性能，改善原路面沥青混合料的力学性能。

1.2再生试验分析

将回收后的沥青分别加入不同比例的再生剂，分析沥青性能恢复情况，结果见表4。

由表4可以看出，添加再生剂后，沥青的性能得到了恢复。当添加3%的再生剂时，沥青性能恢复得较差，针入度只有32（0.1mm）;添加8%再生剂后，虽然针入度指标符合规范标准，但是软化点只有49℃，不能满足重载交通道路的需求;添加5%再生剂的沥青针入度为45（0.1mm），软化点为55.5℃，得到的沥青指标适合路面再生。

对原路面沥青混合料掺加不同比例再生剂和新SBS改性沥青进行马歇尔试验，根据经验，掺加的新SBS改性沥青按油石比0.3%计，试验结果见表5。

由表5可知，在原路面沥青混合料中掺加不同比例的再生剂和新SBS沥青试验中，加入沥青用量5%的再生剂的同时添加集料质量0.3%的SBS改性沥青的旧沥青混合料马歇尔试件空隙率较为适合，其马歇尔稳定度、流值也满足规范要求，初步确定SMA-13沥青路面旧料添加的再生剂用量为原路面沥青用量的5%，添加新沥青用量为沥青混合料的0.3%。

2SMA再生沥青混合料配合比分析

2.1级配调整及优化

由于旧路面在使用过程出现集料细化现象，需要在旧路面中添加新集料，并适当增加粗集料的比例。根据经验，就地热再生选择的新集料比例一般≤30%。在选择级配结构时，根据原路面沥青混合料抽提后筛分结果，再结合实践经验，本项目新料掺配比例定为25%，原路面沥青混合料比例定为75%，以改善原路面矿料级配。新集料粗骨料为辉绿岩，细集料为石灰岩，筛分和密度如表6所示。

由表6可以看到，新集料合成级配4.75mm通过率较低，主要目的就是为再生沥青混合料创造骨架结构。

按照新集料掺量为25%、旧料为75%的合成比例，优化改善再生沥青混合料的级配。最终确认的合成级配表见表7。

由表7可知，考虑到新料的添加量有限及就地热再生的可操作性，通过级配调整，调整优化后的级配组成更合理，更能满足道路使用要求。

2.2最佳油石比的確定

2.2.1骨架最紧密状态设计

在级配基本确定并已形成骨架之后，按骨料的最紧密状态确定相应的再生沥青混合料沥青用量，骨料之间的紧密程度可以用矿料间隙（VMA）来表征。本节对不同油石比的再生沥青混合料进行了马歇尔试验，从体积指标出发选择骨架最紧密状态下的油石比，试验结果如表8所示。

由表8可以看到，当新料油石比为5.6%，即合成的再生沥青混合料的油石比为6.1%时，再生SMA-13沥青混合料的空隙率为3.7%，符合设计的3.0%～4.0%的要求。同时也可以看到，随着再生混合料油石比的增加，矿料间隙率先减小后增大。这是因为当油石比较小时增加油石比，会使沥青在一定程度上填充混合料中的空隙，导致混合料的矿料间隙率减小;但当油石为6.1%时继续增加油石比，过多的沥青在混合料中充当“润滑剂”的角色，使得原来接触的骨料被撑开，破坏了原来的骨架嵌挤结构。由此可以确认，再生混合料油石比为6.1%是为骨架最紧密状态下的油石比。

2.2.2SMA再生沥青混合料性能验证

本节对不同油石比的沥青混合料进行浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、车辙试验、小梁弯曲试验，以验证不同油石比再生沥青混合料的路用性能，试验结果见表9。

由表9可以看到，再生混合料的残留稳定度和冻融劈裂强度随着油石比的增加而增大，且都符合规范要求，这说明恰当地增加油石比可以增加混合料的抗水损害性能。另外从动稳定度的结果可以看出，随着油石比的增加，DS随之先增加后减小，这和表8中矿料间隙率的变化规律一致，可以说明在最紧密状态的油石比下再生混合料有着更好的高温稳定性。

3工程应用

按照上述的再生配合比，以柳南高速改扩建项目为工程依托，进行了SMA沥青路面就地热再生试验路铺筑，对铺筑之后路面的構造深度、渗水系数、平整度、弯沉值等指标进行检测，并钻芯取样检测压实度。检测数据见表10。

由表10可知，设计的再生SMA沥青路面各项性能满足相关规范要求，施TT艺合理，就地热再生技术可以成功应用于既有SMA沥青路面。

4结语

通过对既有SMA-13沥青路面的原材料分析，基于最紧密状态优化设计了SMA-13再生沥青混合料，并将优化后的配合比运用于实际工程，取得良好的效果。主要结论如下：

（1）既有SMA-13沥青路面在运营一段时间后，级配出现较为严重的细化现象，应添加以粗骨料为主体的新集料改善混合料级配。

（2）既有路面沥青老化严重，应在再生沥青混合料配合比设计中重点改善。

（3）对于不同油石比下的再生沥青混合料，其中最紧密状态的SMA-13沥青混合料具有更好的高温稳定性，且其他各项性能均达到了规范标准。

（4）实际工程应用表明，最紧密状态下的再生沥青混合料可以形成良好的骨架，其各项检测指标都符合相关规范标准。