沥青路面复拌就地热再生施工过程控制分析

2022-04-14黄海锋吴大军王荣舜陈业兴朱华阳

山西建筑 2022年8期

黄海锋，吴大军，王荣舜，陈业兴，朱华阳

(1.广西路建工程集团有限公司，广西南宁 530000； 2.重庆交通大学，重庆 400074)

0 引言

截至2020年底，我国公路总里程已达519.81万km，公路养护里程514.40万km，占到公路总里程的99%。我国公路行业近几年已经从大建设期向大养护期迅速转变，大多数公路路面需要进行养护。就地热再生技术是目前较为适用的一种预防性养护技术，由于其可充分再生利用原路面沥青混合料，不会产生铣刨废弃材料，具有经济、高效、绿色环保、快速和交通干扰小等优点，在沥青路面的修复中广泛应用[1]。桂林市灵三高速公路全长41.71 km，双向四车道，主线为半刚性基层沥青路面，上、中、下面层分别为4 cm AC-13C，6 cm AC-20C和6 cm AC-25C。该高速公路于2003年开工建设，2008年3月建成通车，运营已经12 a，路面、结构物及附属设施已出现了不同程度的病害，通过对原路面进行调查与分析，该项目采用复拌就地热再生技术具有良好的适用性，其中路面就地热再生厚度为上面层4 cm，工程量为595 400 m2。

依托桂林市灵三高速公路复拌就地热再生项目，对沥青路面复拌就地热再生施工过程控制进行分析。首先分析了沥青路面就地热再生加热方式、加热工况及热物性参数、施工加热控制要点等因素对就地热再生加热效率的影响，并从配合比设计、施工工艺控制、试验路质量检测3个方面详细介绍了就地热再生的具体实施过程。从而为后续复拌就地热再生施工项目提供经验，能够在施工过程中保证沥青路面施工质量的同时提高就地热再生施工速度，实现项目效益的最大化。

1 影响沥青路面复拌就地热再生施工过程加热效率因素分析

通过对沥青路面复拌就地热再生加热方式、加热工况及热物性参数、施工加热控制要点等3个方面对沥青路面就地热再生施工加热效率研究分析。

1.1 沥青路面就地热再生加热方式

沥青路面就地热再生过程中，根据就地热再生机组加热设备不同，常用的加热方式为：明火加热方式、热风循环加热方式、红外线辐射加热方式、间歇式热辐射加热方式等[2]。

1)明火加热方式。明火加热方式是指燃料经过燃烧产生明火，直接连续加热沥青路面。这种加热方式在加热过程中容易造成沥青路面局部过热、焦碳化等，导致回收的RAP料质量出现问题，进而严重影响后续施工质量。此外，该方式施工现场烟雾大，污染环境严重，明火加热方式逐渐被淘汰。

2)热风循环加热方式。热风循环加热方式进行加热时，沥青路面中温差分布相对较小且较均匀，一般不会因为加热温度过高导致沥青路面表层老化，但这种加热方式以热传导为主，达到沥青软化条件需要的时间相对较长，施工效率较低。

3)红外线辐射加热方式。红外线辐射加热方式是目前较为广泛使用的加热方式。在加热过程中，由于具有一定的穿透能力，加热效率高，但加热时只能连续散发热量进而对旧沥青路面连续加热，也易出现局部过热、焦化、碳化。

4)间歇式热辐射加热方式。间歇式热辐射加热方式是根据原路面材料的性质设定加热温度上下限，然后进行加热。在加热过程中，热量可逐渐渗透到路面表层，能保证施工温度，也能满足加热深度要求，最大限度地减少原路面的沥青在加热过程中的二次老化。

其中明火加热方式、热风循环加热方式、红外线辐射加热方式均为连续加热方式，连续式加热方式存在热能不能足够时间渗透，导致路面表面烧焦和深层沥青混合料温度不足，会打碎集料，破坏原路面的级配两大问题，然而间歇式热辐射加热方式能做到将深层沥青混合料加热至所需温度，路面表面不会过热，集料不会被打碎，级配相对可控，具有较好的加热效果，同时还可以降低能源消耗[3]。因此，通过四种加热方式的对比分析，桂林灵三高速公路复拌就地热再生项目施工采用的间歇式热辐射加热方式能够提高施工加热效率，保证再生沥青路面施工质量。

1.2 加热工况及热物性参数对复拌就地热再生加热效率的影响

就地热再生施工过程中，无论采用何种加热方式，影响加热效率的因素主要包括两个部分，一部分是外部因素，其中就包括加热工况；另一部分来自沥青路面内部沥青混合料的热物性参数的影响[4]。

1.2.1 加热工况对就地热再生加热效率的影响

加热工况对就地热再生加热效率的影响因素主要包括环境温度、风速、太阳辐射等，不同的加热方式，由于其加热机理不同，各因素对其影响也存在一定的差异。

1)环境温度对加热效率影响较大。当环境温度较高时，沥青路面的初始温度相对就较高，温差相对较小。在进行热量传递时，4 cm深沥青混合料能更快的满足就地热再生温度要求，缩短加热时间，提高加热效率。对于就地热再生施工，环境温度基本相当于原沥青路面的初始温度，这对提高加热效率具有极其重要的意义。因此，环境温度较低时，应停止就地热再生施工。2)风速对本依托项目采用的间歇式热辐射加热方式影响较大。不同的风速对它有不同的影响，在同等条件下，随着深度增加，风速对其影响逐渐减小。因此，在对沥青路面进行加热时，根据风速及时调整加热设备的功率，并尽可能在风速较低的环境下进行加热。3)在所有的加热工况中，太阳辐射对加热效率的影响不是太大。太阳辐射从50 W/m2增加到1 000 W/m2时，沥青结构层中心温度变化不超过2 ℃[5]。于是在某些情况下我们是可以忽略太阳辐射对其加热效率的影响。

1.2.2 热物性参数对就地热再生加热效率的影响

沥青混合料的热物性参数是指在就地热再生加热过程中，对沥青混合料温度的传递具有一定影响的材料属性，主要包括导热系数、比热容、密度、吸收率、发射率、热扩散率等，其中起主要作用的是导热系数和比热容。

沥青混合料的导热系数是指沥青路面中热量传递的能力，导热系数越大则沥青混合料的导热速度就越快。沥青混合料的比热容大，又由于其沥青路面导热系数低，在加热过程中经常造成路面表层温度过高，而路面表层以下沥青路面温度上升缓慢的现象。因此，不同沥青混合料由于其导热系数和比热容不同，影响其加热效率。

1.3 沥青路面复拌就地热再生施工加热控制要点

施工温度的控制是沥青路面就地热再生施工的关键，施工温度反映了加热效率，为了提高沥青路面就地热再生施工的加热效率，在加热过程中应做好施工温度监测，所有加热车辆应按照设定的施工速度匀速前进，尽量缩短施工车辆之间的距离，并根据施工现场环境温度适当调整加热设备的数量等。此外，车辆底部和车辆之间的缝隙应设置保温板，避免过多的热量散失，保证加热温度和深度满足就地热再生施工要求，提高就地热再生施工沥青路面的加热效率。

2 沥青路面复拌就地热再生沥青混合料配合比设计

2.1 复拌就地热再生混合料矿料配合比的计算

灵三高速公路复拌就地热再生项目配合比设计采用的级配类型为AC-13，设计新料与原路面混合料的矿料添加比例为20%∶80%，通过矿料配合比的计算，最终确定各档矿料和原路面矿料配合比见表1。

表1 复拌就地热再生混合料矿料配合比

2.2 确定新沥青混合料最佳油石比、再生剂和热沥青掺量

新添加沥青混合料采用4.7%，5.0%，5.3%三种油石比，将新添加沥青混合料与原路面料添加3%再生剂和0.2%热沥青后的沥青混合料进行复拌，其中复拌沥青混合料的矿料配比为10 mm～15 mm∶5 mm～10 mm∶0 mm～5 mm∶矿粉∶原路面料=5.6%∶6.2%∶7.4%∶0.8%∶80%。制作马歇尔试件，进行马歇尔试验和马歇尔稳定度试验验证。

根据AC路面设计要求和实际工程情况，上面层AC-13空隙率应控制在4%～5.5%。该项目空隙率、稳定度和流值指标均满足设计要求时，新添加沥青混合料的最佳油石比为5.0%。

对掺加3%再生剂和0.2%热沥青后的原路面及添加20%新料后的再生沥青混合料进行马歇尔试验和浸水马歇尔试验验证，用来评价再生后沥青混合料的抗水损害能力；进行车辙试验验证，用来评价沥青混合料的高温稳定性。结果表明采用复拌再生后，复拌沥青混合料的各项性能指标均满足规范要求。因此复拌沥青混合料再生剂掺量为3%，热沥青掺量为0.2%。

2.3 复拌就地热再生沥青混合料配合比

根据矿料配合比的计算和通过试验对新沥青混合料最佳油石比、再生剂和热沥青掺量的确定，复拌就地热再生沥青混合料配合比见表2。

表2 复拌就地热再生沥青混合料配合比

3 沥青路面复拌就地热再生施工工艺流程

该项目1套就地热再生机组一般条件下主要包括：3台HM16路面加热机、1台RM6800耙松机、1台HM18路面加热机、1台TR165布料机、1台EM6500新旧料复拌机、摊铺机及钢、胶轮压路机等[6]。具体施工工艺流程图见图1。

1)3台HM16路面加热机对沥青路面进行加热。

第一台HM16加热后路面温度约为90 ℃～130 ℃，第二台HM16加热后路面温度约为140 ℃～170 ℃，第三台HM16加热后路面温度约为180 ℃～190 ℃。

2)经RM6800翻松后，再生剂喷嘴行进至施工开始位置，打开旋转式喷洒设备，首先调整材料要喷洒剂量，喷洒适量的再生剂和热沥青，再用收集器将被耙松的沥青混合料一次收集到路面中心，形成连续的梯形截面料带。

3)HM18路面加热机将梯形的截面料带进行分散后再次进行加热，然后再将RAP料收集成连续的梯形截面料带。

4)TR165牵引机在RAP料带上添加一定比例的新沥青混合料。

5)EM6500新旧料复拌机将已经添加新沥青混合料的料带进行提升，搅拌均匀，形成再生沥青混合料。

6)摊铺机将再生沥青混合料进行摊铺，压路机进行碾压，压实后形成再生沥青路面层。

沥青路面是一个密实的、具有一定强度的整体，其加热主要是为了保护原路面骨料级配，充分、高效地利用旧沥青路面材料[7]。在沥青路面加热过程中，沥青路面一般加热至90 ℃～190 ℃，当温度低于90 ℃时，沥青混合料之间的黏结力没有消除，会损坏骨料；当加热温度高于190 ℃时，将导致沥青路面老化，影响就地热再生沥青混合料的质量。因此，在就地热再生施工中，应严格控制施工工艺流程的加热温度，特别是路面加热机对原沥青路面的加热温度。这一环节对提高沥青路面的施工速度和加热效率，保证就地热再生沥青路面的施工质量具有比较大的作用。