复拌再生在沥青路面预防性养护中应用

程东文

安庆市公路管理服务中心农村公路管理科，安徽安庆， 246003

促进资源节约集约利用，强化节能减排和污染防治，推进公路交通资源循环利用产业发展，将生态环保理念贯穿交通基础设施规划、建设、运营和养护全过程，是新时代建设人民满意交通的新要求[1]。目前，我国公路养护运行机制还不完善，资源节约和环境友好绿色养护意识不强，预防性养护严重滞后。同时，优质沥青原材料缺乏，砂石材料供应紧俏，养护成本急速增大。因此，道路养护必须向预防性养护常态化、养护设备一体化、养护材料的节能环保化的方向发展。当前，虽然沥青路面热再生、冷再生养护技术研究得到重视和推广，但研究对象多以高速公路和铣刨重铺修复养护为主，且一般为设计、施工两阶段分开研究。

本文通过搜集、鉴别、整理沥青路面热再生技术相关文献研究结果，以安庆境内省道S233洪白线为实例，通过现场观察和询问，从设计、施工两方面，针对养护频率高、需求最大的国省干线，采用复拌再生进行预防性养护可行性入手，从技术原理、使用条件、材料设计、设备选型、施工关键点控制等方面分析了就地热再生设计要点及成套施工技术。研究成果可为后期同类项目设计、施工提供依据，促进就地热再生技术的应用。

1 就地热再生技术体系

1.1 技术原理

沥青发生老化、路用性能改变，其本质是因沥青材料的化学结构发生变化引起的。从沥青内部结构的化学能来解释，主要是沥青混合料中各组分相容性降低，组分间溶度参数差被拉大。从宏观化学组成量来分析，可认为是组分的迁移，即沥青内部芳香酚转变成胶质，胶质又转变成沥青质，导致沥青材料性能指标发生变化。主要体现在，沥青针入度变小、软化点提高、流变性能降低等。而沥青再生则是对老化沥青的一种逆向修复过程，通过再生剂调整沥青中的失衡部分，使其恢复或接近原有的性能[2]。

就地热再生(HIR)是通过专用移动式组合装备，对旧沥青路面进行现场加热、软化、翻(耙)松，就地掺入一定比例的特定外加材料(如再生剂、抗车辙剂、热沥青、新集料等)，经热态重拌、摊铺、压实，一次性实现设计深度范围内、旧沥青混合料100%原价值循环利用。工艺具有施工效率高、工期短，噪音粉尘低、污染少，交通影响小，节约成本，保护环境等优势。同时，因采用路面现场加热和耙松技术，既可以实现不打碎原路面集料、不破坏沥青膜，又可以保证再生结构层与下承层在热态下同步压实成型，使层间形成一个无缝、嵌挤状态的整体，符合层间是连续体系的假定。试验表明，路面层间抗剪强度是传统铣刨摊铺的近3倍[3]。该技术使用中应注意，对原路面使用性能的评定准确性是提出养护对策前提，加热设备性能和加热技术是就地热再生的关键，加热过程中加热深度、加热温度、加热时间的控制效果则直接影响施工的质量。其次，再生剂及其掺量、旧沥青路面材料和沥青混合料级配，又是影响再生混合料性能的主要因素。应用中可以根据路况需要，通过试验确定再生剂，用以调节老化沥青的化学组分，降低沥青质相对含量、加速沥青质的溶解，改善沥青的相容性，提高沥青的针入度和延度。同时，通过添加外加料，可调控再生混合料级配，有效改善其空隙率和稳定度，提升道路抗车辙和低温抗裂性能，恢复路面结构承载力。

1.2 分类及应用

就地热再生是热再生体系的一种，可分为整形再生、复拌再生和加铺再生三类[4]。整形再生，因只掺加再生剂而不掺加新集料，所以当沥青混合料回收料级配不佳时，再生效果不理想，目前国内外使用相对较少。整形再生适用处理厚度为2～3 cm，不适合于解决非连续裂缝或路面强度等问题。复拌再生，一般需要掺加不超过30%新沥青混合料，与沥青混合料回收料进行重新混拌，能在一定程度上改善路面混合料的级配和油石比，处理厚度为4～5 cm。复拌再生是处治车辙、松散、老化以及其他50 mm以内路面缺陷的最经济有效的解决方案。加铺再生，是在对原沥青路面进行整形再生或复拌再生的基础上，在再生层上再加铺薄层沥青罩面(补强层)，适用处理厚度为4～6 cm。施工时，可通过再生复拌机两个熨平板，将路面热再生结构层和补强层的混合料同步摊铺，一次性压实成型，形成新的沥青面层。加铺再生不仅能消除车辙拥包，调整平整度和横坡度，而且能有效解决渗水和泛油问题，提升路面强度。但需注意的是，当前，就地热再生装备多采用一级加热翻松工艺，其深度多为20～60 mm。当深度超过60 mm时，就需进行双层再生、多步法再生等二级加热翻松，才能使再生深度增加。

1.3 路况标准

就地热再生路用效果和寿命受到原路面结构强度的显著影响。因此，利用就地热再生方式的路面技术状况，应满足现行《公路沥青路面再生技术规范》要求。首先，路面结构强度指数PSSI值应≥80，原路面沥青混合料沥青含量≥ 3.8%，25 ℃针入度(0.1 mm)≥ 20。其次，路面病害波及范围主要集中在表面层，不存在反射裂缝、沉陷、网裂等基层病害；原路面沥青层厚度应满足再生层下面的沥青层厚度≥30 mm，确保耙松时不触及非沥青混凝土层；原路面矿料级配通过添加新集料调节后，可达到规范规定的级配范围要求[5]。

2 工程实例

2.1 项目概况

S233洪白路位于安庆市宜秀区境内，为2005年改建的二级公路，路面宽度12 m。2012年大修时路面结构为：上面层4 cm AC-13沥青混凝土+下面层6 cm AC-20沥青混凝土+基层20 cm水泥稳定碎石。随着运行年限的递增，沥青路面在交通荷载和自然环境因素的综合作用下，沥青材料逐渐老化，路面面层出现功能衰减，产生较为普遍的裂缝、车辙及少量的沉陷等病害。加上2020年持续特大暴雨，为防止水损害使路面病害加剧，项目列入安徽省交通运输厅2020年普通国省干线公路路面修复和预防养护计划。

2.2 设计要点

2.2.1 设计流程

路况调查→旧料检验分析→再生剂类型和用量确定→再生剂性能效果检验→新、旧混合料的比例试配→混合料用量、配合比确定→再生沥青混合料性能检测(强度、耐久性、温度稳定性、抗变形特性、水稳性等)→生产配合比确定。

2.2.2 老路状况调查

按照《公路技术状况评定标准》(JTG 5210-2018)规定，对全线4.072 km老路技术状况进行检测评定，详细数据见表1。

表1 原路面技术状况、路面强度评定表

2.2.3 路面材料试验

(1)抽提、筛分试验。严格按照现行《公路路基路面现场测试规程》要求，对现场每个车道沥青上面层材料分别取样，运用切割法并通过全自动沥青抽提仪进行抽提、筛分试验，然后进行组配，结果见表2和图1。

图1 AC-13 旧沥青混合料级配及组配曲线图

表2 AC-13旧沥青混合料抽提筛分及组配试验结果

最终确定的原沥青混合料与新沥青混合料的矿料添加比例为75%：25%时组配试验结果。

(2)沥青再生试验。项目对沥青混合料回收料进行针入度、软化点和延度三项指标实验室试验，同时对比掺加3%、5%再生剂后的三项指标变化情况，试验结果见表3。

表3 沥青再生试验结果

(3)体积指标试验。结合再生路面沥青混合料类型和原路面混料回收料中沥青含量，设计采用添加相当于原沥青路面混合料质量0.5%的热沥青，用以提升再生沥青混合料的沥青含量和油石比性能指标。将沥青混合料回收料原样、掺加0.5%热沥青3%再生剂的沥青混合料以及掺加0.5%热沥青5%再生剂的沥青混合料三组试样，进行马歇尔试验测定成型试样体积参数，试验结果如表4。

表4 马歇尔试验结果

2.2.4 方案确定

根据原路面调查结果及原沥青混合料试验分析，施工路段在经过大修后的运营过程中，原路面结构强度满足交通量需求，沥青虽已发生一定程度的老化和缺失，但在添加原路面沥青含量3%的再生剂和0.5%的新沥青，旧料沥青的性能和沥青含量指标能够满足规范要求；通过加入25%的新沥青混合料和0.35%PR抗车辙剂，能补充原路面的磨损和弥补少量集料破损，改善沥青混合料回收料级配，提升道路使用性能。项目最终采用复拌再生技术，处理厚度为40 mm。其中，K124+000-K124+244段路面破损严重，设计采用全部挖除后重新铺筑。

2.3 施工技术

2.3.1 工艺流程

工前准备→路面加热→喷洒再生剂、热沥青、抗车辙剂→耙松→集拢(初拌)→添加新料→提升拌和(复拌)→下承层加热(层间热粘结)→摊铺→碾压→开放交通。

2.3.2 准备工作

(1)工前预处理。施工前清扫路面，在路面再生宽度(本项目每幅宽4 m)以外划导向线；检查现场周边有无可燃性物质，对道路两侧植被、苗木等进行隔离；清除原路面上的突起路标、灌缝胶、标线等；对复拌再生无法修复的路面(含基层)病害和特殊部位进行预处理(如桥梁伸缩装置隔热保护)。

(2)措施保障。做好技术、材料、人员、后勤保障和现场交通安全隔离等各方面的措施保障，检查机械设备使其处于良好的工作状态。

(3)铺筑长度200 m试验段。通过试验段检验项目的生产配合比、施工工艺、工序控制、组织措施的可施工性和可靠性，确定加热时间、加热温度、行驶速度以及复拌时间、摊铺系数、压实遍数等技术参数。

2.3.3 路面加热

对就地热再生来说，加热温度和深度是前提，也是关键。为保证两项指标既达到施工技术要求，又不烧焦旧路表面沥青，项目采用3台HM16型英达间歇式热辐射加热机组同步推进。施工前，根据原沥青路面状况，设定每台加热机的温度上限值和下限值。项目第1台加热机路表温度预定为100～120 ℃，第2台预定为130～150 ℃，第3台预定160～180 ℃，然后开始自动循环加热。行驶速度控制在3～6 m/min。检测结果显示，翻松时集料破损和沥青过度老化的问题均得到较好控制。其次，施工时注意横向加热宽度应比翻松宽度每侧宽200 mm以上，纵向加热宽度应比搭接边线宽150～200 mm。

2.3.4 翻松、集拢

翻松过程当中应尽量避免打碎集料，确保原路面混合料的级配完好。项目选用1台RM6800“公路王”紧随加热机(间距约2 m)，对路面加热并同步喷洒再生剂和热沥青等。使用疏松耙翻松路面，翻松深度误差不超过±2 mm，喷洒计量精度±2%。同时，为了减少热损失，并使外加剂和原沥青混合料有充裕的融合时间，需及时对已添加外加材料的加热翻松沥青混合料，从两侧向中间、一次集拢成一条连续的梯形条带[6]。摊铺沥青混合料之前，需先加热下承层，以减小两层沥青层间的温度梯度，并确保下承层顶面拥有足够的粗糙度，且无集料破碎和花白料现象。

2.3.5 添加新料、运输、拌和

新沥青混合料的油石比应与再生混合料油石比相同，不足的部分可通过现场添加弥补。 运输新沥青混合料车辆，宜选用易于储温、15T以上大吨位车，运输过程中应做好保温、防雨、防污染措施。如果运距和施工时间长，可分批次拌制生产新沥青混合料，即上、下午各一次，以保证所添加的新沥青混合料的拌和温度(不低于160 ℃)和到场温度(不低于140 ℃)。同时，为确保复拌再生料搅拌均匀、温度符合施工要求，再生料与新混合料需同步输送至复拌机拌和缸中，进行充分加热和搅拌[7]。

2.3.6 摊铺、碾压

根据试验段确定的工艺参数，调整摊铺时振捣的频率与振幅，以提高再生混合料的初始密实度。摊铺速度应与加热设备行进速度保持一致，摊铺温度不宜低于120 ℃，确保混合料摊铺均匀，无裂纹、离析等现象。压实采用试验段确定的碾压工艺和参数，紧随摊铺机进行，终压温度不宜低于90 ℃。局部大型机具没法压实的部位，应选用小型振动设备配合。

2.3.7 开放交通

碾压完成、设备机械撤离、路面温度下降到50 ℃后即可开放交通。

3 质量控制

3.1 设计阶段

3.1.1 取样与配比设计

当取样位置横断面内存在车辙，应在两个波谷处和中间波峰处分别进行取样。进行沥青混合料配合比设计时，必须对沥青混合料回收料进行试验分析，结合项目要求、公路等级、使用部位、气候条件及交通荷载等情况，选用符合要求的材料进行配组。在特殊情况下，允许少数筛孔通过率超出规范要求级配范围。

3.1.2 沥青溶液抽提

进行沥青回收试验时，宜采用具有精确控温功能的油浴进行加热，确保能有效控制后期蒸馏瓶内温度及均匀受热，避免沥青老化。当采用离心法抽提沥青溶液时，应首选大功率、大容量且高转速(3 000 r/min 以上)的性能良好的抽提仪。否则，可能造成抽提溶液不彻底，将影响回收沥青针入度、软化点和延度等技术参数的测定。同时还应注意，加热时间不足，容易造成溶剂残留影响测定结果，一般可控制在25～30 min之间。其次，沥青溶液中沥青质量：溶剂质量宜为1∶5左右。因为，当沥青溶液浓度太大，也易造成溶剂残留；浓度太小，则需增加试验时间，容易造成沥青老化。抽提用的溶剂宜采用加有稳定剂的工业用三氯乙烯。

3.2 施工阶段

3.2.1 就地热再生适应性评估

(1)当原路面存在连续大面积基层病害时，不适宜直接采用，应先进行挖补。

(2)当原路面面层铺有碎石封层、稀浆封层、微表处、薄层罩面时，再生沥青混合料的级配，可能会难以调整到良好级配范围，而且路面加热温度和时间难控制。需要施工前先铣刨上述材料层后，再进行就地热再生。

(3)当沥青老化到 25 ℃针入度(0.1 mm)低于 20 后，通过就地热再生工艺较难有效恢复沥青指标；而当原路面混合料沥青含量过低时，路面加热也将变得异常困难。

(4)采用就地热再生工艺，宜在10 ℃以上气温条件下施工，不得在雨天、路面潮湿的条件下施工。

3.2.2 再生剂的选定和用量确定

(1)再生剂的选用应根据沥青的老化性能、回收沥青材料使用年限、再生剂与沥青的配伍性能等因素综合选择。再生剂应具有良好的溶解分散沥青质的能力、良好的流变性质、较好的耐热性和耐候性，并与沥青混合料回收料中沥青有较强的相容性。再生剂闪点应大于220 ℃。

(2)再生剂用量应根据再生沥青的目标标号确定，同时还应考虑沥青混合料回收料中粗集料吸附沥青情况。一般可按照回收沥青材料中沥青质量的4%～7%进行试添加，但其最佳掺量应通过室内试验及试验段应用效果综合确定。

(3)再生沥青的目标标号选定，应充分考虑再生项目交通特性、平纵面指标及区域的气候等因素，防止出现因再生沥青标号太高，而造成再生沥青路面的高温稳定性变差的情况。工程实践经验表明，将原路面设计沥青标号降低一个标号，作为再生沥青的目标标号，比较合理可行。

3.2.3 新材料添加量的控制

新材料添加的控制一般是通过总量控制完成。每天需根据路面状况随时抽样检测，用于复核调整新沥青混合料生产配比、外加剂掺量及沥青的实际含量。需要强调的是，当再生沥青技术指标达到规范要求时，沥青再生剂用量应取下限低值。同时，当路面老化相对不是很严重的路段，再生剂的添加量可以适当降低，但要以实验室数据为准。

3.2.4 层间热粘结技术把控

沥青路面设计时，假定各结构层之间受力模型为层间完全连续。就地热再生层间热粘结技术是实现设计假定的关键核心。摊铺再生沥青混合料时，必须同步对下承层进行加热、耙松，确保新旧沥青层之间没有巨大的温度梯度，使再生结构层和下承层的沥青混合料能相互较好的嵌挤在一起，一次碾压成密实整体(“无缝粘接”)，以达到层间是连续体系，彻底消除沥青层之间的弱界面和弱接缝问题。

3.2.5 精细化过程管控

就地热再生技术，路面是要在一定温度条件下热翻松，才会减少翻松对原路面集料的破损和保证压实效果。因此，加热过程中除了设备自动测温外，还应采用人工用红外测温仪，辅助检测翻松裸露面温度。翻松后裸露面的温度，普通沥青路面应高于 85 ℃，改性沥青路面应高于100 ℃。同时，渗水系数试验是检验路面压实效果的重要试验，每1 500 m2应检验1处 。

4 结 语

项目采用复拌再生，选用英达复拌再生机组，通过间歇式热辐射加热技术和分机预设温度，实现了不打碎骨料的翻(耙)松，进而实现再生混合料级配可调可控，最终实现原路面沥青混合料100%原价值就地循环利用。“无缝粘结”使再生路面性能，符合路面设计“结构层应力计算的受力模型”，从而能提高道路使用性能，延长道路使用寿命。“石料再用、沥青再生”，减少了砂石料的开采加工，缓解了供需矛盾；避免了新旧集料的运输，降低了运输能耗和石油资源需求，减少了汽车尾气排放造成的大气污染；减少大量废沥青混合料堆放、自然分解对生态环境造成的影响。相比传统铣刨重铺，就地热再生技术能节约能源消耗超过40%，减少碳排放近50%，节省养护成本10%以上，社会经济效益明显[8]。但同时，就地热再生也还有一定的局限性，如不能除去已经不合适进行再生的旧混合料的矿料，以及现场加热效率提升技术和加热深度的拓展技术等问题也亟待进一步研发。