沥青路面就地热再生工程调查分析与配合比设计

（招商局公路网络科技控股股份有限公司，北京 100022）

就地热再生是近年来国内发展较快，且在实际工程中应用较多的再生施工技术、原路面废旧材料在不打碎骨料和破坏原有级配的基础上得以充分利用，机械化施工简单，有利于生态环境保护和碳排放量降低。

一、项目简介

南方地区某公路最初设计结构类型为水泥混凝土路面，于2009年改建为时速40km沥青混凝土路面的二级公路。路线全长10.73km(k381+200～k391+930），宽度12m，土路肩0.5m，硬路肩2m，局部路段有加宽。改建至今，沥青混凝土路面在重载作用下出现纵横向裂缝、网裂和坑槽等病害，造成公路通行能力降低，路面行驶质量和服务水平下降。

二、路况调查

（一）调查取样

为了直观分析路面的典型病害特征，并判断病害在路面结构中所处范围和深度，调查人员需在热再生施工路段调查取样，取样方式为钻心取样，并作病害统计，如表1所示。

由表1可知，调查路段病害主要有车辙、龟裂、松散、坑槽、沉陷、横纵向裂缝，但并未发现波浪拥包、泛油和修补。路面病害中以车辙、龟裂和块状裂缝为主，分别占全路面积的6.3%、8.5%、4.0%。初步分析结果为沥青路面在长期重交通荷载的作用下，产生疲劳破坏，疲劳应力超过沥青面层的抗拉强度，裂缝间彼此互相贯通形成龟裂和块状裂缝，伴随着路面老化和外部气候环境作用，病害不断发展扩大。车辙的产生主要为超载和重载所致。

表1 沥青路面病害统计

（二）路面弯沉检测

为了保证路面结构的基本功能，保持原有路面结构层的强度与稳定性，并满足再生技术应用的要求，检测人员应通过落锤式弯沉仪测试施工路段的路面结构强度，得出旧沥青路面的代表弯沉值与等级符合《公路技术状况评定标准》中的相关要求，路面结构强度指数（PSSI）92.97，对应等级为优。表明原路面在动态车辆荷载作用下，结构强度和整体刚度并未发生较大变化。

（三）施工方案

根据原路面现场病害观测，结合芯样和多功能检测车所得结果分析，所调查路段整体结构强度满足要求，基层并未发生破坏，考虑到施工路段整体变形过大，路面病害出现多处坑槽，建议采用热再生工艺中的复拌型就地热再生工艺。施工工艺示意图，如图1所示。施工流程为：加热机组路面加热翻松，喷洒再生剂、热沥青与新沥青混合料，提升至拌和机内充分拌和，摊铺碾压成型，路面温度低于50℃即可开放交通。

图1 复拌就地热再生施工工艺示意图

三、原路面沥青混合料性能分析

复拌再生沥青混合料中大部分为原路面旧料，旧料的相关性能对复拌混合料有十分重要的影响。相关研究表明，旧料中的级配矿料其性能指标并未发生过多变化，仍能满足粗细集料的规范要求，所以原路面沥青混合料的性能分析主要集中在老化沥青的性能分析。严格按照现行规范JTG E60-2008取样，并对试样展开抽提及筛分试验，确定原路面级配和油石比。

（一）抽提筛分试验

将现场采集样品加热，使其松散，按照四分法取其中一部分抽提试验，抽提剩余集料烘干后筛分。试验中采用的设备为全自动式沥青抽提仪。由抽提筛分计算得到油石比：4.7%，沥青含量：4.5%，表明沥青发生了一定程度的老化。原路面集料仍然在规范级配范围内，集料多集中于2.36mm～4.75mm和9.5mm～13.2mm，通过率分别为80.8%和96.2%，级配曲线偏向上限，表明9.5mm以上的粗集料含量较少，集料产生了细化。

（二）RAP中旧沥青性能分析

老化沥青性能分析是沥青路面再生技术的重要环节和前提条件，严格按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）回收旧沥青，并开展延度、针入度和软化点试验。得出施工路段在近10年的运营过程中，沥青已发生一定程度的老化，远低于70号沥青的规范要求的结论。针入度试验结果为23mm，大于20mm满足要求，软化点试验结果为79.8℃，5℃延度试验结果为脆断，结果表明原路面沥青虽然已经严重老化，但是依然能够通过一定手段再生恢复其性能后使用。

表2 体积性能指标试验结果 注：理论密度为实测值

（三）旧料马歇尔试验

在室内试验室中，将原路面旧料进行马歇尔击实试验，对成型试样测定其密度、理论密度、空隙率、马歇尔稳定度和流值，通过对照旧料马歇尔试验结果综合分析沥青混合料体积特征，试验结果如表2所示。由表得出，空隙率结果为8.3%（规范要求4%～6%）偏大，马歇尔稳定度结果为11.93kN（规范要求≥8kN）正常，流值结果为23.8mm（规范要求15mm～40mm）正常。原路面材料再生利用具有一定价值。

四、就地热再生混合料级配设计

再生过程中再生剂添加量暂定为原路面沥青混合料中沥青含量的5%；新沥青添加量为原路面沥青混合料的0.3%，新沥青为普通沥青；为补充原路面磨损及变形，再生过程中添加平均厚度1cm新沥青混合料，新料采用普通沥青石灰岩AC-13型沥青混合料。

（一）再生剂掺量确定

经室内试验研究分析得出：当沥青中添加的再生剂含量在4.3%～5.2%之间时，旧沥青的再生效果达到规范要求，先取其中值4.75%作为再生剂的初步掺量，考虑到施工的诸多不确定性，故最终确定再生剂掺量为5%，添加5%再生剂后，再生沥青的各项性能相较未加再生剂时有了明显改善，针入度62mm满足规范要求60mm～80mm，软化点71.3℃满足规范要求≥45℃，延度23.5mm满足规范要求大于等于20mm。

表3 复拌沥青混合料级配

（二）复拌沥青混合料级配确定

复拌型就地热再生混合料掺有大量的原路面旧料，经再生后的旧料与新沥青混合料互相胶结共同作用，因此需要通过筛分确定原路面集料级配情况。通常的做法是代入级配范围曲线中，根据级配上下限观察旧料各粒径含量，以此来确定各档新集料的大致配合比例。

原路面旧料在就地热再生中达到100%利用，故新料掺量只占一小部分。复拌沥青混合料中包括：原路面混合料、新沥青混合料、再生剂和热沥青。新料掺量确定主要分两个步骤：一是根据施工经验和调查检测参数确定初始掺配比例，二是利用级配曲线选择最优级料掺量。添加的新料不仅能够改善原路面级配，而且能够修复因高温和重载导致的路面变形，特殊情况下，需要改变原有级配类型来恢复路面状况。试验中，设计三种不同新料掺量20%、25%、30%，从级配曲线看出新料掺量在25%时，目标合成级配与原路面最为贴近，并且在设计级配范围之内，为最优配合比。

（三）复拌料马歇尔试验

在室内试验室中，将复拌料热再生后开展马歇尔击实试验，测定成型试样体积参数，主要包括密度、流值、空隙率、稳定度等。

表4 体积性能指标试验结果 注：理论密度为实测值

如表4所示，空隙率为4.7%、规范要求4%～6%，流值为22.4mm满足规范要求15mm～40mm，马歇尔稳定度为11.48kN满足规范要求≥8kN。旧路面经过就地热再生工艺重新调整了集料级配，将空隙率由原来的8.3%降至4.7%，满足规范要求。

五、结语

通过调查分析，确定采用复拌型就地热再生施工方案，提高了混合料的密实度、水稳定性和耐老化性。老化沥青中加入特定的再生剂，调节沥青中比例失衡的各组分，补充老化损失的油分，从而降低黏性、提高沥青的流动性。得出复拌型就地热再生沥青混合料配合比为：在原有旧沥青混合料基础上添加0.3%的新沥青（改性沥青）及5%的再生剂，旧料与新料比为3：1，新料油石比为5.2%。