就地热再生SMA-13路面在高速公路预防性养护中的应用

陈 元

(广西交投宏冠工程咨询有限公司,广西 南宁 530022)

0 引言

在国家当前推行“双碳”发展目标的战略背景下,公路交通领域也愈发强调绿色低碳的发展思路,许多能够促进资源能源节约集约利用的新技术也开始得到更多的关注。就地热再生技术作为高速公路预防性养护技术,不仅可以实现对原沥青路面材料的全部再生利用,在节约能源及环境保护等方面也极具优势,更重要的是其施工速度较快,能够实现占道施工对交通影响的最小化。因此,愈来愈多的高速公路养护从业单位开始推进这一技术的普及应用[1-2]。

就地热再生技术机械化集约程度较高,主要是将加热、铣刨、拌和及压实等多个机组联合开展施工作业,通过对原路面加热、翻松后获得铣刨料,再通过加入一定量的新材料与铣刨料进行拌和、加铺及压实[3-4]。目前从业者主要关注机械设备及再生剂材料研发等方面,对施工过程中涉及的配合比设计及施工质量控制等方面则关注较少。为探究就地热再生SMA-13路面作为预防性养护技术的实施应用效果,本文依托广西某高速公路预防性养护工程开展应用总结分析,为养护行业从业者应用该技术时提供借鉴思路。

1 工程概况

广西某双向四车道高速公路K1002+000～K1025+300段于2016年通车运营,全线设计行车速度为100 km/h。随着区域经济的不断发展,该路段的通行车辆不断增加,尤其是重车所占比例增加明显,较重的通行压力导致该路段出现较多如车辙、坑槽等早期病害。从检测指标来看,该路段整体结构强度良好,其PSSI指数达到90,满足PSSI>80的就地热再生技术适用要求,而该路段最主要问题的是RDI指数不达标,路段最大车辙深度达到26 mm。就地热再生技术作为以修复车辙及其他非结构承载力不足引起的表层病害为主的预防性养护技术,其作用效果与该路段的病害处治需求较为吻合。在充分比选预防性养护方案的基础上,项目方拟采用就地热再生SMA-13路面技术对该路段进行4 cm的预防性养护处治。

2 就地热再生SMA-13原材料

2.1 原路面铣刨料

2.1.1 集料级配

就地热再生沥青混合料是以铣刨料为主体进行制备的,所以必须充分了解铣刨料的级配组成及其旧沥青性能。如图1所示,铣刨料级配整体在SMA-13的规范控制范围内,但2.36 mm、4.75 mm及9.5 mm等筛孔的通过率已接近规范上限值,这表示原路面铣刨料的级配在车辆荷载反复碾压及铣刨破碎作用下变细。

图1 铣刨料级配曲线图

2.1.2 旧沥青性能

通过离心分离法测定原路面铣刨料的油石比为4.1%,对抽提后的旧沥青进行三大指标测试并与新沥青指标进行对比(见表1)。旧沥青在经过多年使用后老化明显,其针入度及延度出现较大衰减,软化点则显著增加,虽然高温稳定性有所增强,但低温抗裂性出现明显损害,后续必须利用再生剂对其进行性能恢复。

表1 新旧沥青三大指标对比表

2.2 集料及填料

粗集料采用粒径为4.75～9.5 mm、9.5～13.2 mm两档规格的玄武岩;细集料采用粒径为0～4.75 mm规格石灰岩;填料采用石灰岩矿粉。相关物理测试结果如表2所示。

表2 各粒径集料物理测试结果表

2.3 沥青及再生剂

新沥青为成品SBS改性沥青,沥青及再生剂的性能检测指标如表3、表4所示。

表3 SBS改性沥青指标表

表4 再生剂性能检测结果表

2.4 纤维

新掺纤维为絮状木质素纤维(掺量为沥青混合料质量的0.4%),其性能检测结果如表5所示。

表5 木质素纤维测试结果表

3 就地热再生SMA-13配合比设计

3.1 矿料级配设计

考虑铣刨料级配偏细,在进行矿料级配设计时需要掺入适量粗集料来恢复级配。在SMA-13级配范围内,根据原路面的级配及原路面车辙深度的计算,确定铣刨料与新集料的掺配比例为8∶2,确定的合成级配如图2所示。

图2 合成矿料级配曲线图

3.2 再生剂掺量的确定

从前述分析可知原路面铣刨料中旧沥青性能出现了明显衰减,旧沥青需要通过掺入再生剂对其进行性能恢复。为确定再生剂最佳掺量,在厂家推荐掺量范围内选择3个不同掺量制备再生沥青进行性能试验,具体试验结果如表6所示。

表6 不同再生沥青性能指标表

如表6所示,再生剂掺量增多会导致再生沥青的针入度和延度增加,软化点则随之下降。这说明旧沥青因为再生剂的加入很好地补充了自身流失的轻质组分,沥青整体从硬稠变软,其整体流动性能得以提升,所以针入度及延度指标会有所提高。但再生剂的轻质组分是以低黏度油分为主的,沥青在掺入后的黏性成分较弹性成分所占比例更高,所以其高温抗车辙性能会有所降低,直接体现在软化点指标的下降。综合考虑,选择4%的再生剂掺量作为最佳掺量,该掺量条件下可以使旧沥青恢复接近至新沥青性能水平。

3.3 最佳油石比确定及路用性能验证

在确定合成级配与再生剂掺量条件下,参考同类型施工经验设立3组不同油石比进行马歇尔试验,以确定最佳油石比。各油石比下马歇尔试验结果如表7所示。

表7 不同油石比条件下再生沥青混合料马歇尔试验结果表

从表7可看出,各油石比条件下的马歇尔试验结果均符合规范要求,按照预估目标4%的空隙率及施工经验,选取5.8%为最佳油石比并对该油石比下的再生沥青混合料进行路用性能试验,测试结果如表8所示。

表8 就地热再生SMA-13性能验证结果表

如表8所示,该油石比条件下的就地热再生SMA-13沥青混合料路用性能满足规范要求,可将其作为下一步路面实体铺设的依据。

4 就地热再生施工控制要点及质量检测

4.1 就地热再生施工控制要点

依据设计的矿料级配及最佳油石比,项目在K1002+000～K1025+300段开展就地热再生SMA-13路面施工,其主要施工工艺流程如图3所示。

图3 就地热再生施工工艺图

通过对养护路段施工进行总结,就地热再生的主要施工控制点总结如下:

(1)原路面处理除了路面清扫、防护桥梁伸缩缝及清除路面标线等工序外,更重要的是对原路面的严重病害如深车辙、深坑槽及裂缝进行处理,这将直接影响到成型路面的平整度质量。对车辙深度超过就地热再生处理深度的路段,要先对车辙两侧隆起部位进行铣刨,以确保就地热再生处理深度一致。对深坑槽要进行单独修补,修补深度要达到损伤深度;对宽度>0.6 cm且深度>4 cm的裂缝,要进行开槽处理,先用改性乳化沥青灌满槽底,待改性乳化沥青破乳干燥后再用SBS改性沥青灌满缝;对宽度<0.6 cm的裂缝,直接用改性乳化沥青分2～3次进行灌缝处理。

(2)就地热再生机组对原路面进行加热时要严格做好温度控制,既要对原路面进行充分均匀加热,也要防止过度加热导致其老化。通过总结施工经验,路表面的加热温度应控制在<200 ℃,底部的温度应保证在>90 ℃,经翻松拌匀后的铣刨料综合温度应保持在140 ℃～160 ℃。

(3)原路面的翻松厚度是影响再生沥青混合料级配与成型路面平整度的关键因素,在施工过程中应安排施工人员做好一定频次的翻松深度检测,同时应重点观测再生混合料温度、级配及油石比是否均匀一致。

(4)再生沥青混合料的温度偏低,这也是压实质量难以控制的主要原因,所以在压实过程中应控制好熨平板振捣强度以提高混合料的初始压实度。沥青混合料摊铺后,碾压机械要趁沥青混合料在较高温度条件下对其进行充分碾压以保证压实度满足控制要求。接缝处的施工质量要着重控制,避免出现新旧路面连接不平顺的情况。

4.2 就地热再生施工质量检测

从就地热再生SMA-13路面的外观来看,路面整体施工质量较好,未出现推移、离析等病害。对其进行性能检测,结果如表9所示。

表9 就地热再生SMA-13路面性能检测结果表

从表9现场观测及检测数据来看,原路面在经过就地热再生SMA-13路面处治后,其各项检测指标均满足规范要求,尤其是车辙病害得到了有效处治,整个路面恢复到了良好的路用水平。这说明就地热再生SMA-13路面技术可以作为一种有效的预防性养护技术来恢复路面性能,对消除路面原有病害并延长路面使用寿命有促进作用。

5 结语

本文通过就地热再生SMA-13路面在广西某高速公路预防性养护项目的实施,对其涉及的应用条件、原材料、配合比设计及施工控制与质量检测要点等进行了全面总结分析,结果显示就地热再生SMA-13路面对旧路面原有车辙病害能够进行有效处治,路面整体使用性能得到有效恢复,在高速公路预防性养护工程中的应用效果良好。但需要强调的是,就地热再生机型设备、原路面材料性能及相关再生剂性能等因素均会对就地热再生相关技术的实施效果造成显著影响,在具体应用该技术时要结合养护工程实际情况进行综合运用才能保障其施工效果。