二次就地热再生在重度老化沥青路面养护中的研究与应用

苗宁宁 张武兴 康爱红 傅勇

摘要 如何对重度老化高速路段进行有效二次热再生，确保其路用性能和服役质量，已成为二次就地热再生技术的重点关注问题。文章以江苏省G30连徐高速公路二次就地热再生养护工程为例，通过级配优化设计和强韧化玄武岩纤维新材料的掺入，探究了重度老化沥青路面的二次再生效果。结果表明，由于再生剂难以恢复重度老化沥青性能，需掺入更多的新沥青，确定了再生级配中新料与旧料参配比例为35%和65%；掺入0.3%的强韧化玄武岩纤维后，二次热再生混合料的路用性能得到了大幅提升，其中低温抗裂性能提升了120.5%。试验路段检测结果表明，压实度、渗水系数、抗滑指标（构造深度、摆值）均满足设计要求，重度老化沥青路面的二次再生取得了良好效果。

关键词 沥青路面；重度老化；二次就地热再生；配合比设计；强韧化玄武岩纤维

中图分类号 U414文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）05-0129-03

0 引言

高速公路沥青路面就地热再生作为一种经济、环保的道路养护技术，能够实现原路面材料的高效再利用，已在道路养护中得到越来越广泛的应用[1]。早期经过一次再生的高速路面多年服役后，路面逐渐接近或达到了使用寿命，开始出现车辙和裂缝等病害[2-3]，其性能因老化和级配变异而进一步降低[4]。因此，二次就地热再生技术面临着比一次再生路面更苛刻的条件，如何有效对重度老化沥青路面进行二次再生利用，已经成为我国公路养护中再生技术发展的迫切需要，对促进我国公路养护技术的发展和实现可持续再生具有重要的意义。该文以江苏省G30连徐高速公路二次就地热再生养护工程为例，探究了重度老化沥青路面的二次再生性能提升措施，成果可为相关工程的应用提供参考和借鉴。

1 工程概况

江苏省G30连徐高速公路于2001年开通运行，上面层采用了AK-13沥青混合料。其中K18+008

～K19+028路段已于2018年进行了一次就地热再生。在行车荷载和自然因素等反复作用下，该路段的车辙、坑槽、裂缝等路面表层病害突出，其抗滑性能也衰减较快，其轮迹带的摆值和构造深度已经分别下降至58～61 dBPN20和0.48～0.79 mm。基于“环保、节能、安全”的发展理念，决定采用二次就地热再生技术对该路段进行养护。

2 原材料

2.1 RAP料中沥青与集料性能分析

通过热铣刨方式从试验路段取回RAP料，根据JTG E20—2011中旋转蒸发器法（T 0727—2011）和离心分离法（T 0722—1993）对其进行抽提等处理。而后，对抽提得到的旧沥青和旧集料进行性能检测，结果见表1。由表1可知，RAP中旧沥青的针入度仅为16.4（0.1 mm），软化点为80.3 ℃，延度为2.2 cm（15 ℃），135 ℃布氏旋转黏度为10.44 Pa·s。基于卢晶晶[5]的研究成果，判定其老化程度为Ⅵ级重度老化。如何对该重度老化沥青进行二次再生，需重点考虑。此外，RAP粗集料的针片状含量和磨光值分别为2.7%和58%，细集料的砂当量和棱角性分别为83.8%和41.6 s，均满足规范要求，无需特别处理即可用于二次再生。

2.2 再生剂

该文采用的再生剂为苏博特公司的RA-102型再生剂，具体技术指标均满足《公路沥青路面再生技术规范》（JTG/T 5521—2019）规范要求。

2.3 新集料及新沥青

该文的粗、细新集料均选用玄武岩集料，填料为石灰岩矿粉，沥青选用PG76-22SBS改性沥青，根据《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2005）相关规定对其进行性能检测，均符合相应规范要求。

3 二次再生AK-13沥青混合料配合比设计

3.1 再生剂掺量确定

将RA-102型再生剂按照2%和4%的掺量（旧沥青质量占比）掺入旧沥青中，按照要求进行剪切20 min，充分混合均匀后测试其性能。此外，还将SBS改性沥青以30%和40%的比例与再生剂一起掺入旧沥青中测试其性能，各样品性能检测试验结果见表2。

由表2可知，在舊沥青中掺加2%和4%的再生剂后，再生沥青针入度、软化点和延度均有一定的恢复，但针入度仍低于30（0.1 mm）。在掺入4%再生剂的基础上加入30%新沥青后，再生沥青的针入度仍低于40（0.1 mm）；在掺入4%再生剂的基础上加入40%新沥青后，再生沥青针入度和延度指标得到较好的恢复。综合各项性能指标，拟定再生剂的掺量为RAP料中旧沥青含量的4%，新沥青占比为40%。

3.2 新料掺量确定

该次二次就地热再生不提高原路面标高，结合历年相关工程的施工经验、旧沥青性能、原再生路面性能等，采用《公路沥青路面再生技术规范》（JTG/T 5521—2019）附录E中E.3的要求，确定新沥青混合料的内掺比例为35%（对应新沥青占比为40%）。

3.3 设计级配

将RAP与新料添加量按65∶35调制级配，以原路面AK-13级配为目标，基于前期研究结果，在满足规范前提下，沥青混合料空隙率越大，其初始抗滑性能以及抗滑衰减性能均越好。因此，基于抗滑性能提升需求，设计再生料合成级配，见表3。按照马歇尔试验设计方法，确定最终合成油石比为4.85%（对应新料油石比为5.2%）。此外，为改善再生料的抗滑和抗裂性能，还掺加了HIRBF-D13强韧化玄武岩纤维制品，掺量为再生混合料总质量的0.3%。

3.4 二次再生混合料性能检验

以确定的二次再生混合料为对象，开展了高温、低温、水稳定性等性能试验，其结果见表4。

由4可知，与100%RAP料相比，经过级配优化和添加玄武岩纤维后，二次再生料的高温性能提升12.7%，表明添加玄武岩纤维能明显增强再生沥青混合料的高温抗变形能力。低温性能提升120.5%，中温性能提升1 094%，这主要是由于玄武岩纤维具备高强度、高模量的特征，与沥青融合后带来大量的新界面，在混合料中形成的网状结构更是在一定程度上能起到耗散应力集中的作用，从而提高混合料的抗中、低温开裂性能。

4 二次再生路面质量检测

将二次再生沥青混合料于2023年8月30日应用于G30连徐K18+008～K19+028路段，其中强韧化纤维掺量为再生混合料总质量的0.3%，纤维的添加方式：将全部纤维在拌和楼中加入新料中，将新料运至现场后再与旧料复拌混合。施工结束后，检测了压实度、渗水、厚度和摆值等路面质量指标。结果表明，压实度达99.8%、渗水为24 ml·min?1，构造和摆值分别为0.69 mm、85BPN20，均满足设计要求，重度老化沥青路面的二次再生取得了良好效果。

4.1 压实度

依据《公路路基路面现场测试规程》（JTG E60—2008）中压实度的试验方法，对二次再生路面热再生施工过程后的路面进行钻芯，测定路面厚度和计算压实度，结果见表5。

4.2 渗水系数、构造深度和摆值

二次就地热再生施工路段渗水系数、构造深度和摆值检测结果汇总，见表6。

5 结论

综上所述，基于抗滑性能提升需求，对江苏省G30连徐高速公路二次就地热再生项目进行配合比优化设计，研究了其路用性能，得出主要结论如下：

（1）旧沥青的针入度16.4 mm、软化点80.3 ℃、15 ℃延度2.2 cm，旋转黏度10.44，属于Ⅵ级重度老化；旧粗集料的针片状2.7%、磨光值58、旧细集料的砂当量83.8%、棱角性41.6，均满足规范要求，无须特殊处理可直接用于二次再生。

（2）原再生路面RAP料级配较为完整，仍采用AK-13级配对原路面进行二次再生。为改善其性能，将新料参配比例提高至35%（对应新沥青占比为40%），可将旧沥青的性能恢复至合适状态。

（3）为改善路表抗滑性能，设计的级配其对应混合料的空隙率约5.3%，靠近规范要求上限值（偏大）。

（4）掺入强韧化玄武岩纤维，重度老化的二次再生沥青混合料性能得到大幅提升，低温抗裂性能提升120.5%，中温抗裂提升1 094%，提升至江苏交通控股集团《江苏省高速公路沥青路面养护设计指南》要求A级以上。

（5）工程试验段的压实度、渗水、厚度、摆值等路面质量检测结果均满足设计要求，经过级配优化和添加新材料等方式处理，重度老化沥青路面也能够进行有效二次再生。

参考文献

[1]李佳慧， 刘辉， 刘耀坤. 基于工程量清单的市政道路工程碳排放研究[J]. 公路与汽运， 2023（4）： 153-158.

[2]王旭东， 张蕾， 周兴业. 沥青路面的双向疲劳损伤[J]. 中国公路学报， 2023（5）： 21-37.

[3]劉亚敏， 汪磊， 杨振. 沥青路面抗滑性能衰减规律及预测模型[J]. 长安大学学报（自然科学版）， 2023（5）： 1-10.

[4]吴志勇， 岳建洪， 陈金蓉， 等. 基于沥青路面检测指标的服役性能衰变规律研究[J]. 公路与汽运， 2022（3）： 162-166.

[5]卢晶晶. 基于旧沥青分类分级方法的再生沥青混合料性能研究[D]. 扬州：扬州大学， 2016.