ECA-10路面就地热再生技术研究

夏冬冬， 尘福涛， 王鹏越， 李小洪， 巢钟月

(1.广东省路桥建设发展有限公司， 广东 深圳 518024； 2.中路交建(北京)材料工程技术有限公司， 北京 102199)

ECA-10路面是一种细粒式路面，结合料采用高黏沥青，具有较高的回弹模量。就地热再生技术可节约大量的新材料，具有显著的经济[1-2]、社会和环保效益。与此同时，通过将ECA-10路面层和原上面层沥青混合料充分分散，再与部分新沥青混合料混合均匀、重新铺筑，可以解决ECA-10路面层和原上面层性能不匹配的问题，而且，直至再生后沥青路面出现较严重的病害时，可以采用铣刨重铺或罩面技术再次进行处治，有利于减少沥青路面全寿命周期内的养护成本[3-7]。因此本文针对淮徐高速公路ECA-10路面展开就地热再生技术研究，通过室内试验，对就地热再生的同时掺入部分新料(加厚热再生)和原路面就地热再生(等厚热再生)两种不同的再生形式进行对比研究，以期为该类型路面的大中修工程提供指导依据。

1 高速公路工程概况

宁宿徐高速公路由新扬高速公路(S49)新沂至盱眙段、宿迁支线(S96)和淮徐高速公路(G2513)宿迁至徐州段组成，全长约305 km，其中通过对淮徐高速公路实地勘测，发现路面存在以下问题：

1)由于运营超过15年，部分路段出现连续车辙病害，长度达到100 m以上，且平均车辙深度已超过15 mm。

2)横向裂缝是ECA-10路面主要病害之一，根据现场实地勘测，主要集中在行车道，有部分裂缝由上往下扩散至原上面层，其中贯穿型裂缝占比为19.2%。除横向裂缝外，存在少数纵向裂缝纵缝。

根据以上调查，淮徐高速需采用合理的养护手段，抑制现有路面病害的进一下发展。

2 再生剂掺量

路面随着运营年限的增长，必然会产生沥青的老化，需要掺入再生剂对老化沥青指标进行一定程度的还原。掺加再生剂前后旧沥青的技术指标检测结果见表1。

表1 沥青技术指标检测结果

由表1可知，随着再生剂用量的增加，针入度和软化点两项指标呈现上升趋势，软化点呈现下降趋势，说明该再生剂对老化沥青起到了软化和性能提升的作用，综合考虑经济性，最终选择采用3%再生剂添加剂量。

3 加厚热再生沥青混合料配合比设计

3.1 加厚热再生新料沥青混合料矿料集配选择

3.1.1 新沥青混合料掺量确定

根据相关研究结果[8-12]，同时结合本项目的特点，用式(1)计算新沥青混合料的添加量，最终确定结果为22%。

(1)

式中：P为新沥青混合料掺量，%；h1为压实度(新沥青混合料)，cm；ρ1为毛体积相对密度(新沥青混合料)；h2为旧路面再生厚度，cm；ρ2为毛体积相对密度(旧沥青混合料)。

3.1.2 加厚热再生新料沥青混合料矿料级配选择

以无限接近SMA-13级配中值为原则[8]，进行级配的调整，再生沥青混合料矿料合成级配见表2。再生沥青混合料室内检测体积指标见表3。

由表2可知，所选级配基本接近SMA配合比中值[9]。

表2 加厚热再生沥青混合料矿料合成级配

表3 再生沥青混合料体积指标

3.2 加厚热再生沥青混合料最佳油石比确定

采用表2中的合成级配，分别以4%～6%，间隔0.5%油石比各成型4组马歇尔试件，分别测试马歇尔试件最大理论密度、毛体积相对密度、空隙率、马歇尔稳定度4项指标[13-16]，检测结果如表4、图1所示。

图1 加厚热再生沥青混合料油石比与各指标的关系

为了保证运输途中不产生严重的析漏现象，以析漏损失指标来确定最佳油石比，析漏损失检测结果见表5。图2显示析漏损失和油石比之间的关系，在曲线的拐点处进行最佳油石比的选择[17-20]。

表5 加厚热再生沥青混合料不同油石比的析漏损失率 %

图2 加厚热再生沥青混合料析漏损失率

由图1可知，随着油石比的递增，毛体积相对密度和理论最大密度变化相对较小，无明显趋势变化。空隙率逐渐递减，主要是沥青对集料开口空隙的填充作用，稳定度先略微增大后逐渐减小，在5.0%左右油石比时达到最大23.1 kN。

曲线拐点可认为不产生析漏的最大油石比，也为最佳油石比。以表5中的数据进行绘图，通过两端切线相交方式可找出曲线拐点为5.1%， 因此，加厚热再生沥青混合料最佳油石比为5.1%。

4 等厚热再生配合比设计

4.1 等厚热再生沥青混合料矿料级配选择

4.1.1 等厚热再生沥青混合料掺量确定

根据相关研究结果[8-12]，同时结合本项目的特点，选用式(2)计算新沥青混合料的添加量，最终确定结果为8%。

(2)

4.1.2 等厚热再生沥青混合料矿料级配选择

同样以无限SMA-13级配中值为原则，得到再生沥青混合料的矿料合成级配，见表6。由表6可知，所选级配在SMA级配范围内，但由于原路面级配特点，9.5 mm和4.75 mm的通过率基本接近级配上限，即所选级配相对偏细。

表6 等厚热再生沥青混合料矿料合成级配

4.2 等厚热再生沥青混合料最佳油石比确定

与上文相同，采用表7中的合成级配，分别以4%～6%，间隔0.5%油石比各成型4组马歇尔试件，分别测试马歇尔试件最大理论密度、毛体积相对密度、空隙率、马歇尔稳定度4项指标，检测结果如表7、图3所示。

为了保证运输途中不产生严重的析漏现象，以析漏损失指标来确定最佳油石比，析漏损失检测结果见表8。图4显示析漏损失和油石比之间的关系，在曲线的拐点处进行最佳油石比的选择[17-20]。

表7 等厚热再生沥青混合料的技术指标

图3 等厚热再生沥青混合料油石比与各项指标的关系

油石比与各指标关系与图1所述分析基本一致，当油石比为4.5%时马歇尔稳定度达到最高峰值19.5 kN

表8 等厚热再生沥青混合料不同油石比的析漏损失率 %

图4 等厚热再生沥青混合料析漏损失率

根据再生沥青混合料体积指标和新沥青混合料析漏损失检测结果，最终确定采用5.3%为等厚再生沥青混合料的油石比。

5 再生沥青混合料路用性能验证

加厚热再生按照22%的内掺比例，等厚热再生按照8%的内掺比例，二者均以5.0%新沥青混合料油石比拌制再生沥青混合料，分别进行析漏试验、飞散试验、车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验，并测试车辙试件的渗水系数和构造深度，检测结果见表9。

表9 再生沥青混合料路用性能验证结果

从表9可以看出，加厚热再生和等厚热再生均能够达到SMA沥青混合料的技术要求，相比之下，加厚再生路面性能指标更佳。

6 工程应用

本项目旨在验证采用就地热再生技术对ECA罩面加以利用的可行性。考虑到旧路不同面层结构性能现状存在的差异，同时结合本文的研究成果，本项目采用直接再生和加厚再生两种ECA罩面就地热再生方案。

方案1：对于G2513淮徐高速旧路性能较好的路段，采用“2.5cmECA-10+4cmSMA-13”直接再生的养护方案，实施段落为K147+500～K147+900。

方案2：对于G2513淮徐高速中下面层性能较好，上面层车辙深度较大、路面破损较严重的路段，采用“2.5cmECA-10+4cmSMA-13+1.5cm新料”加厚再生的养护方案，实施段落为K147+900～K148+300。

本项目于2017年施工，至今已运营满4年。通过现场实地考察，方案1局部路段出现了轻微车辙病害，其他未发现明显路面病害。方案2整体较好，未出现明显路面病害。

7 结论

1)在针入度和软化点两项指标满足技术要求的前提下，选择采用3%再生剂添加剂量。

2)对加厚热再生和等厚度再生两种方案进行不同掺量和析漏试验，确定最终油石比均分别为5.1%和5.3%。

3)建议针对原路面为细粒式沥青混合料，再生合成级配选择SMA-13级配中值。

4)对加厚热再生和等厚度再生方案分别进行了配合比设计和路用性能验证。各种方案的级配可以满足SMA级配范围要求，同时再生混合料的抗高温性能、抗水损害性能、抗飞散性能等均达到了SMA的技术要求。

5)通过工程应用，本文所介绍的两种再生方案均可行，相比之下，加厚再生效果更好。