就地热再生沥青混合料施工质量分析及控制策略研究

2022-04-29孙秀和

交通节能与环保 2022年2期

孙秀和

（北京城建道桥建设集团有限公司，北京 100124）

0 引言

沥青路面就地热再生技术可以完全利用原路面沥青混合料回收料（Reclaimed asphalt pavement， RAP），具有施工速度快，交通影响较传统铣刨重铺施工小的特点，可以有效地处理路面轻、中度表层病害，修复沥青路面的使用功能[1-4]。然而，就地热再生沥青混合料的施工容易受材料组成、施工环境等因素的综合影响，引起压实度不足等施工问题，严重影响再生沥青混合料的耐久性。从控制就地热再生施工质量方面国内外已经积累了较多的研究成果。仰建岗等[5]研究发现碾压温度显著影响就地热再生沥青混合料的空隙率及水稳定性；程培峰等[6]发现就地热再生基质沥青混合料在145℃的碾压温度时，再生沥青混合料路用性能满足规范要求；Farooq等[7]研究发现再生沥青混合料的空隙率与再生剂/温拌剂用量呈正比，可通过添加再生剂/温拌剂的形式改善再生沥青混合料的压实质量；顾海荣等[8]提出采用多步法加热方式充分加热就地热再生施工沥青路面，保障加热温度从而确保再生沥青混合料施工性能。此外，为保障就地热再生施工质量，及时监控就地热再生现场施工温度，高杰等[9]提出采用红外热成像仪采集现场施工温度数据，通过发现断面图像温度的薄弱点及时调整碾压、加热工艺，保障施工质量；蓝庆红等[10]采用无核密度仪无损、快速检测现场压实度，分析了压实度分布的均匀性，并针对压实度的分布特性针对性提出了压实工艺的改良方案。可见，现有研究在材料组成、现场检测方面均做了较多的研究来保障就地热再生施工质量。然而，现有研究在就地热再生施工质量的跟踪监测、质量评估方面研究较少，且在就地热再生施工质量的保障策略方面总结较少。

为此，本研究依托某高速沥青路面预防性养护工程，采用室内试验、无核密度仪分别连续监测就地热再生施工过程中再生沥青混合料的材料组成、断面压实度，并对数据进行统计分析。此外，论证了施工过程中调控措施对就地热再生施工压实度的影响规律。在此基础上，总结了就地热再生施工过程中质量控制策略。研究可为就地热再生施工质量控制方式提供参考依据。

1 施工概况

1.1 就地热再生施工流程

现场就地热再生施工采用SY3900型热风加热施工机组，主要包括3台加热机、1台加热铣刨机、1台复拌机，工作流程如图1所示。此外，为保障就地热再生压实质量，采用静压、振动碾压和揉搓碾压相结合的方式对摊铺后的再生沥青混合料路面进行压实，压实设备的功能与质量见表1。采用上述设备与施工流程开展现场就地热再生施工。

图1 就地热再生施工工作流程Fig.1 Hot in-place recycling construction workflow

表1 压实设备的功能及其质量Tab.1 Function and weight of compaction equipment

1.2 再生沥青混合料配合比

就地热再生配合比设计时，原路面RAP完全利用，新沥青混合料添加量为10%。此外，再生沥青混合料配合比设计采用SBS改性沥青，设计再生沥青混合料类型为SMA-13，设计就地热再生沥青混合料级配如图2所示。

图2 设计级配Fig.2 Design gradation

根据设计再生沥青混合料级配，采用马歇尔试验测定再生沥青混合料最佳沥青含量为7.1%，再生剂用量为RAP质量比的4‰。最佳沥青含量下的再生沥青混合料马歇尔试验结果见表2。

表2 再生沥青混合料马歇尔试验结果Tab.2 Marshall test results of recycled asphalt mixes

1.3 就地热再生施工设计温度控制标准

设计就地热再生施工各环节温度控制标准见表3。

表3 施工各环节温度控制标准Tab.3 Temperature control standards for each part of construction

2 检测方案

2.1 施工温度检测方案

采用红外线测温设备测试不同施工阶段的沥青路面/再生沥青混合料的施工温度，测温环节的划分见表4。根据表4施工环节，分别测试不同施工时间下的温度，分析温度的变化趋势。此外，为保障测温的合理性，每个测温环节分别测试不同位置的5个温度，并以温度的均值表示该测点的温度。

表4 测温环节的划分Tab.4 Division of temperature measurement links

2.2 压实度检测方案

采用TransTech PQI380型无核密度仪测试路面压实度，并以测试路面的毛体积密度与最大理论密度的比值作为压实度。计算公式如式（1）所示。此外，为保障设备测试密度的准确性，采用钻心取样的方法，将实测数据与无核密度仪测试数据进行比较，并根据结果的差异进行设备标定，得到无核密度仪测试的毛体积密度的修正系数为-0.054 g/cm3。

式中：K表示压实度，%；D表示无核密度仪得到测点的毛体积密度，g/cm3；D0表示再生沥青混合料的最大理论密度，g/cm3。

设计压实度测试方案，如图3所示，断面压实度横向测点布置为6个，测点之间的横向距离为0.5 m，纵向测点距离为4或8 m，测点数量为12个。

图3 压实度测点分布Fig.3 Distribution of compaction measurement points

2.3 级配与沥青含量检测方案

就地热再生施工正常化后，于摊铺机位置取样再生沥青混合料，并采用燃烧法测定再生沥青混合料的沥青含量。此外，将燃烧后的集料采用水洗筛分的方法测试再生沥青混合料的级配。

3 结果与讨论

3.1 施工温度检测结果

通过跟踪监测22天施工期间不同施工环节的温度，得到温度变化趋势如图4所示。由图4可见，加热机在对路面加热过程中，温度离散性较铣刨后RAP温度、摊铺温度、初压温度高；加热机加热后，沥青路面路表温度散失较高；随着加热机的不断加热，沥青路面表层温度逐渐增加，且第三台加热机加热后的路面温度达到最高；再生沥青混合料的摊铺温度基本在110～140℃，初压温度基本在95～120℃，摊铺温度及初压温度较控制温度的标准低。

图4 施工温度变化趋势Fig.4 Trend of construction temperature

3.2 压实度检测结果

通过抽检连续2天施工的部分路段，分析压实度断面分布特性，得到下行施工段K55+940～K55+896段、K55+540～K55+496段压实度分布云图（图5）。由图5可见，相同施工段的再生沥青混合料施工后纵断面压实度分布不均匀，压实度差异最大达到了4%。此外，横断面压实度分布表现为两侧压实度较中心压实度低，局部位置的压实度不满足94%的控制要求。

图5 压实度分布Fig.5 Compactness distribution

通过连续监测不同施工路段的路面压实度，计算压实度的平均值、变异系数，结果如图6所示。由图6可见，施工标段的再生沥青混合料施工压实度分布范围在94.35%～95.85%，基本满足94%的控制要求；变异系数分布范围在1.6%～2.1%，变异系数较低，每个测段的压实度分布较为均匀；部分路段施工压实度的均值不满足规范要求的94%控制要求，且在满足控制要求范围的测段中，测段压实度最大值与最小值的差异最大达到了3%。

图6 数据结果变化趋势Fig.6 Trend of data results

3.3 级配与沥青含量检测结果

连续施工过程中再生沥青混合料的级配与沥青含量分布如图7、8所示。由图7可见，施工过程中的再生沥青混合料级配基本在SMA设计上下限范围内，且与设计级配基本相似。由图8可见，就地热再生施工过程中再生沥青混合料的沥青含量总体低于设计7.1%的要求，分布范围为6.0%～7.0%。

图7 再生沥青混合料级配Fig.7 Recycled asphalt mix gradation

图8 沥青含量分布Fig.8 Asphalt content distribution

综上所述，就地热再生施工过程中将会面临温度的离散及摊铺、碾压温度较设计温度低的情况。同时，施工过程中就地热再生沥青路面的压实度不均匀，表现为段落中心压实度较两侧高的情况，且不同路段的压实度均值具有显著差异。此外，就地热再生沥青混合料的沥青含量波动较大。因此，为控制就地热再生施工质量，需要切实提出就地热再生施工过程中的质量控制策略，保障施工后的路面耐久性。