广东省高速公路就地热再生路面长期性能调查与评价

陈楚鹏 李善强 许新权 罗雪平 刘 锋

(广东华路交通科技有限公司1) 广州 510420) (广东交科技术研发有限公司2) 广州 510420)

0 引 言

就地热再生路面具有施工效率高、开放交通快和100%利用原路面材料等技术特点,可以提高路面的抗滑性能,修复原路面车辙、裂缝等病害,作为一种环保型技术已逐渐成为公路路面养护的一个重要发展方向[1-3].

JTG 5421—2018《公路沥青路面养护设计规范》[4]针对高速公路功能性修复提出了5～8年的预期寿命,但我国不同地区气候和交通条件会导致就地热再生技术的预期寿命存在一定差异.此外,随着2020年广东省高速公路通车里程突破1万km,未来大量的高速公路需要进行功能性养护,亟须总结广东省高速公路就地热再生技术应用情况,调查和评价广东省高速公路就地热再生路面长期性能,有利于进一步推广和应用就地热再生技术.

针对此类问题,李俊等[5]采用现场芯样评价了再生前后路面材料的性能,结果表明:再生路面与铣刨重铺路面相比,其级配偏细,马歇尔稳定度相当,抗开裂性能较差.曲妍[6]研究了再生对路面技术状况的改善效果,结果表明:原路面再生后提高了行驶质量和抗滑性能及密水性,SFC>50,构造深度提高,渗水系数下降.姚宏达等[7]针对就地热再生混合料级配变异性大、不确定因素多等特点,采用室内试验研究了就地热再生混合料的配合比设计及性能评价体系,结果表明:就地热再生混合料新料可通过析漏指标控制沥青用量,就地热再生混合料具有良好的高温性能和水稳定性,但低温抗裂性能较差.

综上所述,现有研究集中在就地热再生混合料性能评价和在养护工程中的应用方面,缺乏广东省高速公路气候和交通条件下就地热再生技术的适用性和长期性能研究.广珠东高速公路、广惠高速公路、机荷高速公路和广州绕城高速南环段于2009—2018年铺筑了就地热再生试验段,文中对四个试验段的路面结构形式、配合比设计、再生工艺、原路面状况和通车运营3～5年后的性能进行调查和评价.

1 就地热再生路段项目概况

1.1 项目概况

对广东省部分高速公路就地热再生路段的地理位置、气候特点、交通情况、应用规模和养护时间进行调查,其结果见表1.

表1 广东省部分高速公路就地热路段项目概况

调查路段均位于珠三角地区,高温季节路表温度可达60℃以上,年降水量1 500～2 500 mm,因此,就地热再生试验段面临的高温多雨的气候考验.此外,四条路段历年来一类和二类小车数量所占比例均在80%左右,三类～五类重载车所占比例约为20%,因此,试验段还面临重载交通荷载考验.

1.2 再生方式

根据文献[8]规定,就地热再生可分为复拌再生法和加铺再生法两种工艺,试验段施工选取了不同的再生工艺,广惠高速公路、机荷高速公路、广珠东高速公路和广州绕城高速南环段试验段选择的再生方式见表2.

1.3 路面结构

分别选取了路基段和桥面段实施了就地热再生试验段,各试验段的路面结构见表3.

表3 广东省部分高速公路就地热再生路面结构

2 配合比设计

2.1 再生层配合比设计

无论是复拌再生法还是加铺再生法,均需根据原路面的材料状况添加一定量的新沥青、再生剂或新沥青混合料,以提高再生沥青混合料性能,延长就地热再生路面的使用寿命,各试验段的再生层材料添加比例见表4,再生沥青混合料性能见表5.

表4 再生层配合比设计

表5 再生沥青混合料性能试验结果

由表4可知:为恢复老化沥青的性能,试验段均添加了不同掺量的再生剂,但不同项目添加新沥青或新沥青混合料有差异,广惠和广州绕城高速公路南环段试验段未添加新沥青或新沥青混合料,广珠东添加了新沥青混合料,机荷高速添加了新沥青;分析再生沥青混合料的性能可知,试验段再生沥青混合料设计空隙率在3%～6%,且均具有较好的力学性能和水稳定性能.

2.2 加铺层配合比设计

采用马歇尔设计方法进行了加铺层混合料配合比设计,混合料性能试验结果见表6.

由表6可知:加铺层均具有较好的高温抗车辙、水稳定性和密水性能.

表6 加铺层沥青混合料马歇尔及性能试验结果

3 路面状况调查

3.1 再生前路面状况

1) 原路面的材料状况 依据规范要求对原路面沥青混合料进行沥青回收,得到其沥青含量及老化沥青针入度、软化点及延度,试验结果见表7.

表7 再生前路面材料状况

由根据上述结果可知:广珠东路面再生层沥青老化程度较轻,其余高速公路沥青老化程度较严重,四条高速公路再生层沥青含量均较高.原路面老化沥青针入度及再生层沥青含量符合文献[8]规定.

2) 原路面的典型病害型式 就地热再生前对试验段进行了病害调查,其典型病害描述见表8.在四条高速公路分别选取1 km就地热再生试验段,统计其路面损坏和裂缝度指标,结果见图1.

表8 再生前路面典型病害形式

图1 原路面就地热再生路段PCI及裂缝度

由表8可知:四条高速就地热再生试验段路面损坏较为严重,裂缝类病害为试验段共有的典型病害类型且裂缝主要为贯穿裂缝,但广惠及广州绕城高速南环段裂缝度较低,广珠东及机荷高速公路裂缝度较高.

3) 原路面养护历史 对四条高速试验段养护历史进行调查,统计结果见表9.

表9 再生前路面典型病害型式

由表9可知:机荷高速公路铣刨重铺一次,其余路段历年未采取预防养护,因此四条高速公路就地热再生试验段未进行反复维修,不属于反复维修路段.

3.2 再生后路面状况

1)再生后路面典型病害 对试验段典型病害进行跟踪观测,其再生后路面典型病害描述见表10.

表10 再生后路面典型病害型式

4)路面技术状况指标 对试验段抗滑性能、路面损坏、路面车辙及路面行驶质量状况进行了3～5年的连续监测,其结果见图2.

图2 就地热再生试验段统计柱状图

4 长期性能评价

由图2a)可知:四条高速公路试验段SRI值经过3～5年运营后,其SRI指数均>80,具有良好的抗滑耐久性能;此外,试验段采用了复拌再生法和加铺再生法两种再生方式,但其SRI结果无明显差异,因此,复拌再生法也具有良好的抗滑耐久性,可适用于广东省高速公路抗滑不足等病害处治.

由图2b)并结合表10及图3可知:工后1～2年,路面基本没有病害,路面PCI指数均>90,评级为“优”,工后第3年路面损坏状况指数开始呈现下降趋势,路表出现少量坑槽和裂缝,工后4～5年路面松散、纵横向裂缝及修补等病害有所增加,PCI开始有较大幅度下降,尤其是工后第5年,PCI指数<80,经实地调查发现再生处治前裂缝大部分反射至路表,因此,广东省高速公路就地热再生路面工后4年,裂缝逐渐反射至路表,PCI显著下降.此外,对比不同再生方式发现,机荷高速上部加铺了3 cm加铺层,其具有更好的抗反射裂缝能力,工后5年的机荷高速PCI>广珠东高速公路PCI.因此,为提高就地热再生路面的抗反射能力和延长就地热再生路面使用寿命,处理裂缝类病害较多路段时,应在就地热再生层与下部结构间铺设土工格栅或土工布,再生方式应尽量选择加铺再生法.

由图2c)可知:各试验段经过3～5年的运营后,路面车辙指数RDI呈下降趋势,但下降幅度较小,运营5年后,路面车辙指数RDI≥90,评级为“优”,可见,就地热再生路面可以承受广东省高速公路重载交通和高温气候的考验,具有良好的抗车辙能力.此外,对比四条试验段RDI结果及其衰减规律发现,复拌再生法和加铺再生法抗车辙能力无明显差别,桥面段和路基段抗车辙能力也无明显差别.

由图2d)可知:四条试验段经过3～5年的运营后,路面行驶质量RQI无明显变化,就地热再生路面行驶质量具有较好长期效果;此外,对比不同再生方式和路面结构类型的试验段RQI值可知,结果无明显差异,因此,路面结构类型和再生方式对就地热再生路面RQI及其长期效果无明显影响.

5 结 论

1) 广东省高速公路就地热再生试验段工后3～4年,路面状况指数依旧较好,说明就地热再生路面的耐久性可以满足重载交通和多雨地区的外界环境考验,就地热再生技术可应用于广东省高速公路桥面及路基路段,可适用于裂缝、车辙和磨光等浅层病害处治.

2) 广东省高速公路就地热再生路面工后5年,裂缝逐渐反射至路表,PCI明显下降,建议广东省高速公路就地热再生路面预期使用寿命为5年.

3) 复拌再生路面和加铺再生路面抗滑和抗车辙性能无明显差别,加铺再生路面抗反射裂缝性能更好,复拌再生法和加铺再生法均可作为广东省高速公路预防养护措施.

4) 就地热再生路面抗滑、路面车辙及路面行驶质量均具有长期耐久性能,但采用就地热再生技术处理裂缝类病害较多路段时,应采用加铺再生法或在就地热再生层与下部结构间铺设土工格栅,避免裂缝过快反射,以延长就地热再生路面的使用寿命.