沥青路面热再生技术探讨

2021-09-16陈萍

中华建设 2021年9期

陈萍

为了提高公路工程建设水平，总结了沥青混合料路面的老化和再生机理，分析了再生剂的技术要求和再生剂用量计算方法，并从现场热再生技术和厂拌热再生技术两个方面，研究了路面热再生施工工艺特点、关键技术及摊铺质量控制原则。

目前，基础交通设施网络不断完善，公路工程建设规模也在逐年增加，且国内路面结构层大概80%以上均为沥青混合料路面。随着交通量和运营时间的增长、外部环境的变化，沥青混合料路面容易出现老化，干扰车辆行驶舒适度及安全。当公路里程数达到一定规模，必然会从扩张建设慢慢转变至大中修，而路面热再生是提高路面性能的重要措施。由于沥青路面老化再生机理复杂，影响因素多，计算理论不成熟，国内外学者和工程技术人员通过数值计算、室内试验等手段分析了再生沥青混合料配合比设计、性能变化等，并取得了一些有价值的成果，但是仍没有形成系统性的理论来指导沥青再生路面建设。因此，研究沥青路面热再生技术十分必要。

一、沥青混合料路面老化再生机理分析

1.沥青路面老化机理

在反复车辆荷载和外界环境（如温度、湿度、降雨等）影响下，沥青混合料会出现老化，使得路面柔性和使用出现一定程度的降低，导致各种病害的产生。沥青路面的老化体现在物理性能和化学组成两个方面，前者表现在沥青混合料针入度、延度、脆点降低，软化点提高；后者表现在沥青混合料中芳香分转化成胶质，胶质转化成沥青质，从而引起沥青质含量大幅提高。

沥青混合料在运输储存、拌和、摊铺、运营期间均可能出现老化现象，其中运营期间的老化机理分析对于沥青路面是至关重要的。随着通车时间的增加，沥青老化速率逐渐变缓。同时，在路面不同位置和不同深度，沥青老化程度也有较大的差异。在路面使用年限和行车荷载相同的前提下，行车道的沥青路面老化要比硬路肩严重，距路面0～1cm范围内的沥青混合料老化速度比其它深度快。

2.沥青路面再生机理

为了提高旧沥青路面的使用性能，一般可将原路面铣刨破碎后加入新沥青混合料、再生剂等进行调配，形成再生沥青，以确保沥青黏度、针入度、延度、稳定度、流值等参数满足规范要求。从化学组分转化原理来看，再生剂的加入可以调节旧沥青中的化学组分，使沥青混合料的胶体结构出现变化，达到一种新的化学平衡，以确保旧沥青混合料使用性能能够部分或完全恢复。

再生沥青混合料可以视为沥青老化的逆过程，有着新的胶体结构与流变性质。再生沥青流变指数RC计算可按下式：

式中：K—再生系数；x—再生剂掺配比例，%；bC—新沥青流变指数；0C—旧沥青流变指数。

二、再生剂技术要求及用量

1.再生剂技术要求

再生剂用于旧沥青再生时应满足以下技术要求：第一，粘度适中。再生剂粘度过大，渗透能力差。再生剂粘度过小，拌和期间易挥发。再生剂粘度可取0.01～20Pa s；第二，良好的流变性，低粘度油料可视作单组分材料，沥青质含量极少，流变指数可接近1；第三，能溶解沥青质。再生剂应含有一定的芳香分，并控制饱和分的含量，以高效地分散旧沥青混合料中的沥青质；第四，耐热性好。再生沥青混合料在热拌摊铺期间，环境温度较高。如果再生剂耐热性差，将会对调和沥青的物理力学性能产生严重影响，可将薄膜烘箱试验粘度比作为评价指标来衡量再生剂的耐热性。

根据再生剂技术要求，其指标选取可参考表1：

表1 沥青混凝土徐变影响因素

2.再生剂用量确定

再生剂用量确定方法有计算法和试验法两种。其中试验法是先确定再生沥青针入度，然后改变再生剂含量，使其恰好满足针入度要求。该方法得到的再生剂剂量更容易满足沥青路面的使用性能，但试验量大。计算法确定再生剂用量较简单，但是需要测定再生剂粘度，如下式：

式中：Rη、bη—设计粘度和实际粘度，Pa s；X—再生剂含量，%；a—偏离指数，可取1.2；0η—旧沥青粘度，Pa s。

三、沥青混合料路面热再生技术

1.现场热再生技术

（1）现场热再生特点

沥青混合料路面现场热再生是就地加热软化、铣刨旧路面，再重新加入沥青、骨料、再生剂等拌和均匀，其主要特点有：第一，减少旧沥青混合料的运输成本及运输途中的损耗；第二，以面层为施工对象。如果面层因裂缝、车辙等损伤到基层，应当先处理基层病害；第三，沥青混合料现场热再生受气温影响程度大，温度较低的环境下（＜5℃）不宜施工；第四，在沥青混合料拌和期间可及时调整其矿料级配。

（2）现场热再生工艺

根据处治深度和施工方法的不同，现场热再生技术主要有整形热再生、重铺热再生、复拌热再生，各施工方法施工工艺见表2：

表2 现场热再生施工工艺

2.厂拌热再生技术

（1）厂拌热再生工艺要点

厂拌热再生技术是将原路面铣刨后运回搅拌场地重新加入沥青、骨料、再生剂等拌和均匀，得到符合路面适用性能的再生混合料。旧沥青混合料在厂拌之前，应先对旧料成分进行检验，根据沥青老化程度选择合适的添加剂。再生沥青混合料拌和期间，应根据不同面层技术要求对各种添加剂的比例进行动态调整。

（2）厂拌热再生方案设计

厂拌热再生方案设计的关键是确定旧沥青混合料掺量。如果旧沥青掺量低，其对再生混合料性能的影响不大；如果旧沥青掺量高，会主导再生混合料的路用性能。鉴于此，以旧沥青指标、级配控制为原则，提出了厂拌热再生方案的设计流程，如见图1所示。

图1 沥青厂拌热再生方案确定

3.再生沥青路面的摊铺

在进行再生沥青路面摊铺时，应当在保障路面摊铺质量的条件下，最大限度地减少纵向接缝数量、提高摊铺宽度，尽量做到一次全幅摊铺。同时，如果沥青路面的纵向接缝无法避免，摊铺时应在接缝两侧重叠至少2～5cm，且上下接缝错开间距必须大于20cm。接缝应尽可能设在距离路肩较近位置，以改善行车道的平整度。为了改善再生沥青路面建设质量和使用性能，分幅施工时应当遵循以下几个原则：

供料：再生沥青供料应及时，确保面层摊铺连续，且混合料的搅拌温度、出厂温度、拌和均匀性等满足规范要求。

摊铺速度：为了避免再生沥青混合料产生离析现象，摊铺速度应稳定在2～5m/min范围内。

预压：下层再生沥青的预压实度宜在90%。压实度太小,下层结构层不稳定,上层摊铺时容易出现推移等现象；压实度太大,下层结构层刚度大，不利于沥青压实时混合料颗粒之间咬合嵌锁形成密实结构。

养护：再生沥青混合料路面摊铺完工后,为了确保路面不发生变形，应养护24h以上才能开放交通。