沥青路面就地热再生配合比优化设计及其性能研究

刘芳 周薇 吴聪 黄志钢

摘要：为提高沥青路面就地热再生技术的处理效果，文章以广西河池地区某高速公路为实际工程案例，对就地热再生混合料级配进行优化设计，并通过水稳定性试验、车辙试验和路面铺筑质量检测，研究了沥青中添加再生剂的不同含量、不同集料配比用量对沥青混合料路面就地热再生性能的影响。结果表明：RAP料的级配正常，回收沥青的老化程度偏高，但仍满足再生要求;新添加沥青混合料AC-13的级配为3#级配，再生剂的掺量为RAP瀝青的5%时，路面铺筑质量检测的压实度、渗水系数、抗剪强度和构造深度等都满足规范要求，具有良好的施工质量和路用性能。

关键词：道路工程;旧路改造;就地热再生技术;级配设计;性能研究

0 引言

就地热再生技术是一项新兴的预防性养护沥青路面的措施，在路面养护维修当中被广泛应用，还取得了很不错的成效。养护维修方式与传统高等级沥青路面相比较，该项技术降低了沥青、集料等有限资源的消耗，而且传统的养护措施中RAP料造成的土地浪费以及环境污染问题得到了有效解决，该技术是一种绿色环保型再生技术，具有较好的经济效益，有利于生态资源的节约和对环境的保护[1]。

就地热再生技术的混合料在施工后的路用性能会出现一定的问题，因此很有必要进行新的混合料配合比优化设计。游金梅等研究的结论表明再生混合料的级配设计应该考虑施工当地的交通情况，以及考虑天气状况等一些因素[2]。尤江等研究结论显示了再生混合料的各性能和集料的级配有着很密切的联系，设计合理的混合料配合比时，混合料的各项性能均能满足相对应规范要求[3]。林翔等研究不同沥青路面施工的工艺、再生方式的特性和适用的范围，探讨如何选择适合的再生方法进行实际路面改造，并提出适合我国的再生方式选择方法及原则[4]。

本研究以广西河池市某高速公路为实际案例，研究了沥青中添加再生剂的不同含量、不同集料配比用量对沥青混合料路面就地热再生性能产生的影响，对实际施工的路段进行了取样和试验分析，结果显示该施工路段具有很好的路用性能。

1 试验原材料

旧的沥青路面回收材料（AC-13）、新沥青混合料AC-13、某品牌高性能再生剂等所用原材料均满足规范要求[5]。

为了解原始路面材料的状态，对该道路进行了随机取样，采用专用仪器对RAP进行提取，再进行分离筛分，通过对该试验的分析检测，得出的数据如表1所示。

根据表1的数据，绘制了级配曲线（见图1）。从图1可以知道，原路面的沥青混合料为AC-13，其中混合料中沥青的含量占4.5%，且原路面级配仍然满足相应规范的要求，不需要再次调整。

对原路面沥青进行了沥青的三大指标（针入度、延度、软化点）及沥青混合料的试验，得出原路面沥青混合料的性能及其老化程度数据，结果如表2所示。

由表中试验数据可以清晰知道，原沥青的针入度值为12.3 mm，延度值为3.1 cm，软化点值为65.7 ℃，和规范要求偏离较大，这表明原路面道路经过长时间严重的荷载，长时间天气环境等因素的共同作用下，使得沥青的硬度变硬，脆性强度变强，试验结果说明该路段原路面沥青老化很严重，但是按照相关规范，该老化后的沥青可以满足就地热再生技术的再生要求[6]。

2 就地热再生施工工艺

就地热再生是先将原始路面进行加热，添加一定的再生剂，翻松拌和均匀，最后进行再生混合料的摊平铺匀。与此同时，将新混合料直接摊铺于再生料上面，两层混合料通过碾压机一次碾压成型。本实验方案所添加的新沥青混合料厚度为3 cm，施工工艺图如图2所示。

3 就地热再生沥青混合料的级配控制

3.1 再生剂的添加量

为了使原来路面沥青及沥青混合料性能可以得到一定复原，本实验分别添加了3.0%、5.0%、8.0%的再生剂进行沥青三大指标（针入度、延度、软化点）和一些相关联的试验，相关的数据结果如图3～6和表3所示，该数据结果可以得出最佳的再生剂添加使用量。

根据以上图表可以知道，随着再生剂添加量的不断增大，沥青的针入度值逐渐变大，延度逐渐变大，软化点逐渐变小，说明该沥青三大指标均得到一定的复原;空隙率随着再生剂使用量的增加而变小，当添加8%再生剂时，其空隙率为2.7%，不能满足要求，且沥青恢复情况和添加5.0%再生剂时的情况相差不大，因此根据试验结果和以往的工程经验，可以知道再生剂添加使用量确定为5.0%最为合适。

3.2 新添加沥青混合料AC-13配合比的控制

3.2.1 矿料级配试验

本试验的新添加混合料采用了三种不同配比的级配，矿料的油石比、级配情况见表4。

由表4可以清楚知道，1#、2#级配的0.075 mm通过率都较高，全部在8.0%以上，比生产配合比高了2.0%以上，使得沥青混合料AC-13的胶浆偏多，3#级配的0.075 mm通过率合适。

如图7所示，采用1#、2#配比进行了就地热再生的施工，添加的3 cm新沥青混合料经压实成型后出现了问题，从图7路表效果可知，路表构造深度较大，粗集料较多，粗集料之间缺少了细集料的填充，而采用3#配比进行就地热再生混合料经压实成型后，路表的外观改善很多。

如图8所示，从采用三个配比的路面取芯试件来看，1#、2#配比下的路表外观粗集料较多，构造深度较大，空隙率较大，而3#配比路表外观有了明显改善，平整且密实。因此3#配比施工的路表效果最为合适。

3.2.2 水稳定性试验和车辙试验

由于3#配比施工的路表效果最佳，对3#配比的沥青混合料AC-13（新添加）进行高稳和水稳验证性试验，得出的数据如表5、表6所示。

由表5、表6可以明显看出，其冻融劈裂残留强度（RT）比为84.1%，浸水马歇尔残留稳定度（MS）为90.2%，动稳定度（DS）平均值为1 355次/mm，全部满足相应的技术规范要求。

4 路面质量检测

对就地热再生施工的路面（新添加为3#配比沥青混合料）进行了现场路面质量检测。

4.1 压实度

对就地热再生施工后的沥青路面进行钻取芯样，测试新添加的3 cm新沥青混合料AC-13的压实度。在测试过程中，将芯样下部的原路面沥青混合料切割掉，只测试新添加的3 cm新沥青混合料AC-13的压实度，测试数据结果如表7所示，其中取样的芯样毛体积相对密度本实验采用表干法来测定。

由表7可以很明显看出，不同桩号的三个面层芯样的压实度分别为95.3%、96.5%、95.6%，且值全部>93%，说明面层芯样试件的压实度全部符合设计时的要求。

4.2 渗水系数

用渗水仪对该施工的新沥青路面进行了渗水系数试验，测试的结果见表8。

由表8可以清楚知道，路面渗水系数在150 ml/min左右，均小于渗水系数要求，这说明该施工的路面渗水系数较小，符合要求。

4.3 构造深度

为了评价就地热再生所施工的沥青路面的抗滑性能，对该路段已经完成施工的路面进行构造深度的試验测试，测试数据见表9。

由表9可以知道，施工的路面平均构造深度为0.94 mm，根据《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）对其构造深度≥0.55 mm的要求[7]，同时考虑路表的密实性，该施工路面的构造深度最合适，符合规范要求。

4.4 抗剪强度试验

为了评价就地热再生施工过后的沥青路面和新旧沥青混合料的粘结效果，对该路面芯样开展了25 ℃的抗剪强度的试验测试，试验数据如表10所示。

由表10数据可以知道，就地热再生施工的沥青路面平均抗剪强度为0.41 MPa，大于技术要求值，符合技术规范要求，这说明新旧沥青混合料之间粘结效果良好。主要的原因是就地热再生施工机组将原路面加热耙松，导致新旧沥青混合料相互嵌挤，形成一个整体。

5 结语

（1）从抽提筛分原路面混合料的试验结果可知道，原路面混合料为AC-13，检测沥青含量是4.5%，原路面的级配满足了规范要求，不需要再次调整。

（2）通过测定沥青三大指标（针入度、延度、软化点）及空隙率，分析得出再生剂的添加使用量是5.0%时，沥青的三大指标恢复效果最佳且符合空隙率要求。

（3）沥青路面就地热再生所添加的新沥青混合料AC-13施工配合比采用3#配合比时，其动稳定度（DS）、冻融劈裂残留强度（RT）比和浸水马歇尔残留稳定度（MS）符合技术要求。

（4）路面现场质量检测数据结果显示，压实度、渗水系数、芯样抗剪强度和路面构造深度等都满足规范要求，具有良好的施工质量和路用性能。

参考文献：

[1]吴 凡，吴广文，仰建岗.沥青路面就地热再生沥青混合料配合比设计[J].公路交通科技（应用技术版），2018，14（11）：143-145.

[2]游金梅.RAP掺量对热再生混合料路用性能影响[J].公路工程，2015，40（2）：92-96.

[3]尤 江.再生沥青混合料的设计及路用性能试验研究[D].重庆：重庆交通大学，2015.

[4]林 翔.沥青路面再生利用关键技术研究[D].北京：北京工业大学，2010.

[5]JTGF40-2004，公路沥青路面施工技术规范[S].

[6]JTG/T5521-2019，公路沥青路面再生技术规范[S].

[7]公路沥青路面设计规范编写组.公路沥青路面设计规范释义手册[M].北京：人民交通出版社，2008.

收稿日期：2020-06-10