现场热再生技术在二级公路大修工程中的应用

覃丽梅，禤炜安

(1.广西交科集团有限公司，广西 南宁 530007；2.广西道路结构与材料重点实验室，广西 南宁 530007)

0 引言

我国公路建设发展迅速，截至2019年年末，全国二级及以上等级公路里程达到67.20万 km，其中二级公路约占60.4%[1]，作为公路网格系统里的骨架，二级公路推动着社会的交流和发展，给人民生活和国家面貌带来了巨大变化，沥青路面作为其主要的路面结构形式，及时高效对其进行养护管理成为公路安全运行的关键。目前，我国前期修建的大量二级公路已进入了大修期，沥青路面的路用性能已远远不能满足现有的行车要求。随着交通量的逐渐上升，原二级公路沥青路面长期在行车荷载、自然环境的交互作用下，出现了裂缝、车辙、坑槽等病害，亟须对路面进行维修养护[2]。

我国对沥青路面的大修工程中，往往采用翻新重建的方式，翻挖、刨除原有旧沥青路面后填铺新沥青混合料，这致使大量旧沥青混合料(RAP)的产生及废弃，在浪费资源的同时也对环境造成了较大的损害。相比于传统的养护手段，能对旧料进行有效回收利用的再生技术，正在逐步地被倡导。通过对旧料的回收利用，可节省绝大部分的集料和约30%的沥青，且再生沥青混合料的路用性能与新沥青混合料的路用性能相差较小，有效地减少了新材料的使用，降低了养护维修的成本，同时解决了旧料堆放处理困难的问题，在节约经济、资源和环境保护等方面有着突出作用。沥青路面再生技术根据其工艺上的区别，可分为厂拌冷再生、厂拌热再生、现场冷再生、现场热再生四种再生技术[3]，其中，现场热再生技术因其优良的维修养护效果、节能环保、养护维修费用少和对交通影响小等优点，而逐步被广泛应用于沥青路面的养护工程中。本文将结合室内试验与现场应用情况对现场热再生技术展开研究。

1 原材料及试验方法

1.1 试验材料

1.1.1 RAP

采用切割法对原二级公路面层进行随机切割取样，对RAP进行抽提试验，测得其沥青含量平均值为3.96%，将抽提后的集料烘干冷却后进行筛分，测得RAP的级配如表1所示。

表1 RAP级配表

1.1.2 新集料

集料选用河南某地石灰岩，集料粒径范围为0～3 mm、3～5 mm、5～10 mm、10～15 mm四种，集料的相关参数如表2所示。

表2 集料性能指标表

1.1.3 新沥青与再生剂

新沥青选用SBS改性沥青，按照《沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)对其性能进行检测，均满足规范要求。再生剂选用某RA102型沥青再生剂，再生剂相关技术指标如表3所示。

表3 RA102型沥青再生剂性能检测结果表

1.2 试验方法

1.2.1 车辙试验

依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)(以下简称试验规程)中T 0719-2011车辙试验对再生沥青混合料高温性能进行评价，以动稳定度DS为评价指标，试验温度选取60 ℃。

1.2.2 小梁弯曲试验

依据试验规程中T 0715-2011弯曲试验对再生沥青混合料低温性能进行评价，试验温度选取-10 ℃，加载速率选取50 mm/min，以试件破坏时的最大弯拉应变为评价指标。

1.2.3 冻融劈裂试验

依据试验规程中T0729-2000冻融劈裂试验对再生沥青混合料试件的水稳定性能进行测定，以破坏前后的强度比来进行评价。

2 再生沥青混合料室内路用性能评价

为确定再生剂最佳掺量，通过试配法，选取不同的再生剂掺量(占RAP中沥青质量的4%、6%、8%)，以新集料20%的掺比进行再生沥青混合料的级配合成，合成级配如表4所示，并根据工程经验估算再生沥青混合料油石比为5.3%，初拟5个油石比后通过成型马歇尔试件确定再生沥青混合料最佳油石比为5.0%，以确定的各材料掺量成型相应的试件，检测不同再生剂掺量下再生沥青混合料性能。

表4 再生沥青混合料级配设计表

不同再生剂掺量下再生沥青混合料的路用性能如表5所示。

表5 不同再生剂掺量下沥青混合料路用性能测试结果表

由表5试验结果可知，在三种再生剂掺量下(4%、6%、8%)，再生沥青混合料高温性能、低温性能、水稳定性均符合要求，其动稳定度在4 500～6 000次/mm范围内，最大弯拉应变在2 500～3 000με范围内，冻融劈裂残留强度比在86%～94%范围内，均满足规范要求。

(1)由图1可知，再生沥青混合料动稳定度随再生剂掺量的增加而减小，由不掺时的7 953次/mm下降到了8%掺量时的4 533次/mm，虽然三种掺量下的再生沥青混合料动稳定度均远远大于规范要求，但再生剂的加入一定程度下降低了再生沥青混合料的高温性能。这是因为RAP中的老化沥青软化点较高，而经过再生剂还原性能后，沥青软化，从而出现沥青混合料动稳定度下降、高温性能劣化的现象。

图1 不同再生剂掺量下动稳定度曲线图

(2)由图2可知，再生剂可对再生沥青混合料低温性能进行增强，这是由于再生剂的加入可有效改善沥青的延性，从而恢复再生沥青混合料的低温性能；但随着再生剂掺量的增加，对再生沥青混合料的低温性能提升效果并不明显，最大弯拉应变从0%到4%增加了1 081με，从6%到8%只增加了4με。

图2 不同再生剂掺量下最大弯拉应变曲线图

(3)再生剂可以改善再生沥青混合料的水稳定性。由图3可知，再生沥青混合料冻融劈裂残留强度比随再生剂掺量增加而增大，在8%再生剂掺量下，其水稳定性最好。这是因为再生剂恢复了RAP中老化沥青的粘结力，改善了沥青与集料的粘附效果，从而提高了混合料水稳定性能。

图3 不同再生剂掺量下冻融劈裂残留强度比曲线图

(4)4%～8%再生剂掺量下的再生沥青混合料均有较好的路用性能，但过低掺量(4%)对再生沥青混合料的低温性能改善效果不足，过高掺量(8%)又会一定程度上劣化高温性能，因此选取6%的再生剂掺量应用于实际工程。

3 工程应用

3.1 工程概况

某一双向四车道沥青路面二级公路试验路段，经过五年时间的运营，由于长时间重交通荷载及环境因素的影响，以及设计和施工不合理等问题，路面出现了裂缝、车辙、坑槽等病害，使得二级公路沥青路面路用性能不断下降，进入大修期。为延缓其破坏，增加原有道路的使用寿命，对原二级公路沥青路面采用现场热再生技术进行养护，提高路面的技术指标，恢复其原有功能。本文主要研究对该二级公路大修工程中桩号K5+520～K6+520段采用现场热再生技术进行养护后的效果和评价。

3.2 现场施工

现场热再生施工的主要流程为：路面加热、路面耙松、喷洒再生剂、混合料搅拌、摊铺与碾压、开放交通[4]。采用现场热再生技术可有效消除路表病害，恢复原路面的路用性能，延长其使用寿命。施工质量的好坏对修补后的路面性能影响巨大，应该提升现场施工质量，从而提高现场热再生技术的养护水平，推广现场热再生技术在二级公路大修工程中的应用。

3.3 施工质量控制

对原二级公路沥青路面进行现场热再生技术养护处理前后，参照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2017)，对其平整度、压实度、渗水系数进行检测，平整度采用三米直尺法；压实度采用核子密度仪法；渗水系数采用渗水仪测算。所测得结果如表6所示。

表6 现场热再生技术养护前后沥青路面性能测试结果表

施工完成后，对原二级公路沥青路面现场进行验收，发现路面外观良好，对原有裂缝、车辙等病害进行了有效处置，由表6检测结果可知：路面平整度养护后在1.4～2.2 mm范围内，均<2.5 mm，满足相应规范的要求；压实度经现场热再生技术养护后基本在96%～97%之间，均>93%(基于理论最大相对密度)的规范要求；渗水系数经养护后大幅下降，在10～80 ml/min范围内，均满足规范要求。

与养护前相比，三项参数性能均有了较大提升，说明经现场热再生技术养护后沥青路面路用性能得到较好提升，6%再生剂掺量下现场热再生应用效果良好，现场热再生技术在二级公路养护工程中应用前景广阔。

4 结语

现场热再生技术作为一种路面预防性养护技术，可用于各等级沥青路面的维修养护，能有效处置裂缝、坑槽、车辙等病害，大幅提升原沥青路面抗渗水性能和行车舒适度。与其他养护维修技术相比，现场热再生技术具有养护维修效果优良、环保、费用少、交通影响小等特点。现场热再生技术在二级公路大修工程施工过程中，应该根据实际的工程情况，包括原路面所用材料、路面状况、所处环境等，选择合适的施工方法，在保证施工效率的同时，严格控制施工质量，进一步完善施工工艺，扩宽现场热再生技术在沥青路面养护工程中的使用范围，挖掘其改善沥青路面路用性能的广泛应用前景，推动其实际的应用。