基于路面芯样的就地热再生工程应用效果评价

李 俊，李明亮，武 昊

(交通运输部公路科学研究院，北京 100088)

0 引 言

沥青路面在通车运营过程中，由于受到交通荷载和气候环境的持续作用，路面材料性能会不断衰减，导致路面产生车辙、裂缝和破损等病害，从而影响路面的正常使用。当路面性能衰减到一定程度时，需要及时养护，以免病害大规模出现而缩短路面的使用年限。

就地热再生是一种连续的现场作业方式，可以100%利用现有旧料，不需要使用新的砂、石和沥青等原材料，也不会产生废旧沥青混合料。与传统的铣刨重铺相比，就地热再生具有显著的节能减排效益，而且成本上仅占传统铣刨重铺方式的30%～40%。就地热再生维修时只需封闭1个车道，最大限度地减少了路面维修给交通带来的干扰和影响。就地热再生作为一种绿色养护技术，近年来在沥青路面养护工程中得到大量应用[1]。

根据再生工艺的不同，就地热再生可以分为整形再生、复拌再生和加铺再生。无论采用哪种再生工艺，再生沥青混合料的材料组成均会对其路用性能和施工质量产生显著的影响[2]。新沥青混合料掺量对再生沥青混合料级配产生的影响较大，掺量的选择受到机械状况、原路面状况等影响，而且再生混合料合成级配越偏离RAP级配，掺量变化产生的影响就越显著，因此控制级配变异性是提高就地热再生施工质量的有效做法[3-5]。再生剂在整个再生沥青混合料中的用量很少，但是其对再生沥青混合料水稳定性和低温抗裂性的影响十分显著[6-7]。就地热再生的加热、铣刨、拌和摊铺等现场施工工艺亦会对就地热再生路面的施工质量产生极大的影响，尤其是再生混合料的拌和均匀性，是路面施工质量影响因素的重中之重[8-10]。采用就地热再生技术对路面进行养护，可能会对路面的水稳定性和低温抗裂性产生不利影响，但是可以一定程度提高路面的抗车辙能力，这从路面通车后的车辙发展状况可以得到验证[11-12]。SMA作为一种骨架密实结构的沥青混合料，其“三多一少”的材料组成特性给再生利用带来了难度，胡宗文等、杨彦海等、赵博等分别对SMA再生沥青混合料的路用性能进行了研究[13-15]。于玲等则采用层次分析法通过路面破损状况指数、路面行驶质量指数、路面车辙深度指数以及路面抗滑性能指数对就地热再生路面使用性能进行后评估[16]。

由以上分析可知，关于就地热再生路面的材料组成设计、混合料性能、施工质量控制以及特殊沥青混合料再生等方面已有较多的研究成果，也有学者从路面使用性能指数的角度对就地热再生工程应用效果进行后评估。但是针对就地热再生路面材料性能的研究，目前主要采用再生沥青混合料室内成型试件的方式，基于成品路面通过取芯对其实施效果进行评价的研究仍较少。

1 试验设计

1.1 工程概况

本文分别在G233国道扬州段和S264省道扬州段2条干线公路上取芯，通过路面芯样对就地热再生工程的应用效果进行评价。

2017年10月底，在G233国道上、下行超车道(K57+436～K58+100)及上行行车道(K63+250～K65+350)车辙发展严重的路段进行就地热再生专项处治。2016年11月底，在S264省道双向K113+100～K113+725进行就地热再生专项处治。取芯时G233国道为再生后1年，S264省道再生后2年。2条干线公路均为2层面层结构，下层混合料类型为AC-20。

1.2 试验方案

以相邻路段铣刨重铺方案作为对比，分别在就地热再生段落内挑选浅车辙和深车辙断面钻取芯样，开展抽提筛分试验、马歇尔稳定度试验以及劈裂试验，对就地热再生路面的混合料材料组成、高温稳定性以及抗开裂性能等材料性能进行评价。

取芯情况见表1，其中马歇尔稳定度试验经历了高温水浴养生的过程，可以一定程度上评价路面的高温稳定性和抵抗水损坏能力。劈裂试验属于间接拉伸试验，可以一定程度上评价路面的常温抗裂性。表1中HIR(Hot In-place Recycling)代表就地热再生，MR(Milling-Repaving)代表铣刨重铺，Deep代表深车辙，Shallow代表浅车辙。

2 试验结果与分析

2.1 抽提筛分试验

抽提筛分试验结果见表2，《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)推荐的SMA-13和AC-13矿料级配范围见表3。

由抽提筛分试验结果可知，对于铣刨重铺断面，除了0.075 mm筛孔通过率偏大之外，整体矿料级配曲线良好，基本处在AC-13级配范围之内。对于就地热再生断面，从矿料级配组成来看，混合料级配更接近于AC-13，但是其细集料含量较多，接近或超过上限，尤其是0.075 mm筛孔通过率明显超过上限。此外，就地热再生混合料的油石比大于AC-13的经验值。就地热再生路面富油和多细集料的配合比对路面的长期高温稳定性不利，这从路面通车1～2年后局部位置即发生了严重的车辙病害可以得到验证。

表1 典型断面路面芯样信息

注：Φ100 mm芯样6个，其中3个用于马歇尔稳定度试验，3个用于劈裂试验；Φ300 mm芯样2个，用于抽提筛分试验。

表2 不同断面芯样抽提筛分试验结果

表3 规范推荐的矿料级配范围

2.2 马歇尔稳定度试验

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)中“T 0710—2011 沥青路面芯样马歇尔试验”的相关规定，进行路面芯样的马歇尔试验，并对试验结果进行修正。修正后的马歇尔稳定度试验结果见表4，以及如图1～3所示。

由图1～3可知，铣刨重铺和就地热再生路面芯样的马歇尔稳定度均大于8 kN，满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)相关的技术要求。对于不同车辙深度的路面芯样，虽然气候条件和交通量状况均差异不大，但是深车辙断面的马歇尔稳定度要明显小于浅车辙断面，表明路面结构的材料性能对抗车辙性能影响显著。

表4 不同断面芯样马歇尔稳定度试验结果

图1 G233铣刨重铺断面马歇尔稳定度

图2 G233就地热再生断面马歇尔稳定度

图3 S264就地热再生断面马歇尔稳定度

对于G233国道，铣刨重铺上面层的马歇尔稳定度要大于就地热再生上面层，这与铣刨重铺采用新沥青混合料，而就地热再生采用再生沥青混合料有关。但是现场测试表明所取铣刨重铺断面的车辙深度要大于就地热再生断面，通过对比不同养护措施下断面下面层的马歇尔稳定度可知，铣刨重铺断面下面层的马歇尔稳定度要小于就地热再生断面，表明下承层高温性能不良同样能对路面结构的抗车辙性产生不利影响。因此在旧路面病害处治时，除了对病害发生层位进行处治之外，需对下承层性能进行评价，必要时也对下承层进行处治。

此外，通过对比G233国道和S264省道就地热再生路面芯样的马歇尔稳定度可知，S264路面芯样要明显好于G233国道，与G233国道铣刨重铺的马歇尔稳定度相当。这与S264省道就地热再生路面通车2年，但是车辙深度小于G233国道就地热再生路面通车1年的实际状况吻合。

2条干线公路就地热再生路面的使用状况表明，设计、施工良好的就地热再生路面可以改善路面的抗车辙性能，达到与铣刨重铺路面相当的水平。

2.3 劈裂试验

按照中国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)中“T 0716—2011 沥青混合料劈裂试验”相关规定，进行路面芯样的劈裂试验，试验结果见表5，以及图4～6所示。

表5 不同断面芯样劈裂强度试验结果

图4 G233铣刨重铺断面劈裂强度

图5 G233就地热再生断面劈裂强度

图6 S264就地热再生断面劈裂强度

由图4～6可知，铣刨重铺和就地热再生路面芯样的劈裂强度均大于1.2 MPa，即《公路沥青路面设计规范》(JTG D50—2006)附录E推荐范围的下限。铣刨重铺路面芯样的劈裂强度整体上要大于就地热再生路面，尤其是浅车辙断面，铣刨重铺路面芯样明显优于就地热再生路面。这与再生路面沥青老化较严重，抗开裂性能衰减程度较大有关。

3 结 语

(1)取芯断面的再生路面矿料级配偏细，细集料含量偏多，尤其是0.075 mm筛孔通过率超出AC-13沥青混合料的级配上限，并且再生混合料的油石比偏大，导致再生路面通车1～2年后即产生较严重的车辙。

(2)采用就地热再生技术对车辙严重路段进行处治，可以改善旧路面的高温稳定性。设计、施工良好的就地热再生路面的马歇尔稳定度与铣刨重铺路面相当。但是下承层的高温性能对路面结构的整体抗车辙能力影响显著，高温性能不良的下承层，即便上面层性能良好，仍会产生较大的车辙。

(3)再生路面的沥青老化程度较铣刨重铺路面严重，矿料级配组成也不如铣刨重铺路面良好，因此再生路面的劈裂强度小于铣刨重铺路面，导致其抗开裂性能差于后者。