“橡胶沥青+Domix”双复合改性沥青路面就地热再生设备与工艺研究

杨 梦， 邓 哲， 姚童刚

(1.湖南省交通科学研究院有限公司， 湖南 长沙 410015； 2.湖南长益高速公路有限公司， 湖南 长沙 410006)

近年来高速公路已由大规模建设期进入到维修养护期，如对维修养护产生的大量废旧沥青混合料不进行有效的回收利用，将造成自然资源的浪费与生态环境的污染。交通运输部《“十三五”公路养护管理发展纲要》提出了实行绿色养护生产的养护转型发展目标，其中高速公路废旧路面材料回收率要求达到100%。

目前路面养护措施主要有就地热再生、雾封层、微表处、铣刨重铺和超薄磨耗层等技术[1]。雾封层、微表处与超薄磨耗层一样，都只能改善面层的使用功能，就地热再生和铣刨重铺则可以一定程度修复路面病害。相比直接对原路面铣刨重铺，就地热再生不仅能最大限度减少路面维修对车辆通行的影响，还能极大程度避免公路养护中沥青废料的产生，实现原材料的百分之百原位再生利用。

“橡胶沥青+Domix”双复合改性沥青路面黏度大、施工温度要求高，目前在国内还没有对该种路面结构类型进行就地热再生养护的尝试。本文依托某高速公路，开展前期资料调研、相关室内试验研究以及施工控制工艺研究，特别是对就地热再生设备和工艺进行研发、改造，以满足橡胶沥青双复合改性沥青路面就地热再生的技术要求。通过实施2km试验段，结合室内试验与现场检测验证了该就地热再生沥青路面性能满足相关技术指标要求，为后续“橡胶沥青+Domix”双复合改性沥青路面就地热再生施工大规模推广提供了有效经验。

1 工程概况

长益高速公路是湖南省早期修建的高速公路之一，原为水泥混凝土路面，通过“白+黑”大修后，改造成沥青混凝土路面。既有路基宽度为27 m，为双向4车道高速公路，其路面结构为4 cm厚双复合橡胶沥青ARHM-13+5cm厚双复合橡胶沥青ARHM-20+16 cm连续配筋混凝土+防水隔离层+旧水泥砼路面。随着大修改造完成，相临高速公路陆续开通，该高速公路车流量逐渐增加，重车比例不断增大，加之路面运营年限增长，沥青路面部分路段出现了不同程度损坏，对行车安全和舒适性造成不同程度的影响，急需对路面进行修复，确保道路安全通行。通过调查，为便于施工与交通组织，选择坑槽补丁较少、裂缝病害较轻微的路段进行橡胶沥青路面就地热再生处治，其位置桩号为K65+000-K67+000(上行行车道)，共2 km。

在旧橡胶双复合改性沥青路面就地热再生混合料路用性能验证研究过程中，施工工艺控制主要遇到了3大技术难点：

1)旧“橡胶沥青+Domix”双复合改性沥青混合料的沥青含量高、黏度大，难以分散，在试验室内采用普通的热耙松工艺或热铣刨工艺均有成团的旧沥青混合料块状存在，难以完全分散。

2)橡胶沥青混合料加热渗透难、橡胶粉燃点低、对就地热再生施工温度的控制要求精准。就地热再生各环节的温度要求比较高，加热机组加温太高，易造成旧沥青路面的老化，加温太低则难以拌和均匀，同时难以压实，严重影响就地热再生技术施工质量。

3)各路段沥青含量差异性较大，给混合料目标配合比设计工作带来了较大挑战，不同路段的再生设计方案需要“对症下药”，需有针对性地提出新加混合料的类型、级配要求和外掺剂比例等。

为解决以上难题，本研究除了在材料组成方面，采取如增加降黏剂、优化降黏剂的种类及比例、优化新添加剂的级配组成和比例等相关措施，还通过对就地热再生设备组合进行优化、对设备参数进行优化、对部分设备进行改进、对就地热再生工艺进行优化，最后确定了混合料路用性能可以满足规范要求的就地热再生试验段的实施方案。本文主要介绍在设备和工艺方面的研究成果。

2 就地热再生设备优化的研究

旧路面的再生效果以及投入使用后路面的耐久性与再生施工工艺直接相关。本文在施工工艺控制方面，对就地热再生加热方式及破碎方式、就地热再生现场加热温度及复拌时间控制等进行了前期调研。

2.1 就地热再生加热方式及破碎方式分析

就地热再生按燃料及加热方式的不同可分为热风循环式、红外线辐射加热及微波加热[2]。就地热再生机组不同加热方式各有优缺点，考虑到橡胶颗粒的燃点较低(约350 ℃)，而微波加热的瞬时可能出现500 ℃～600 ℃的高温，从安全角度考虑,不采用微波加热。

采用间歇式红外加热时，由于中间部位红外辐射强度更大，导致沥青路面中间部位的温度比两端高。热风加热克服了红外加热时部分混凝土出现老化现象问题，加热更均匀，温度梯度更小，但采用热风加热相同深度的沥青路面耗时是红外加热的2倍多，对施工速度影响较大[3-4]。因此，本工程采用间歇式红外加热与热风循环加热相结合的方式。

目前，国内高速公路和地方公路沥青路面就地热再生施工的旧沥青路面破碎方式主要有两种：耙松和铣刨。耙松方式是旧沥青路面加热之后将需再生的旧沥青混合料耙松，对旧沥青混合料原来级配基本没有影响；铣刨方式是将旧沥青混合料加热后再用铣刨头进行铣刨，根据经验旧沥青路面温度加热至140 ℃以上时对旧沥青混合料的矿料级配影响很小，而且可以采用新加料来调整再生后混合料的级配。橡胶双复合改性沥青混合料黏度大，通过室内热耙松的模拟试验发现，热耙松方式难以将原橡胶沥青混合料分散，结团现象严重。因此，本工程橡胶双复合改性沥青路面的破碎以热铣刨方式为主，辅以热耙松。

2.2 就地热再生设备的优化

2.2.1加热设备组合的优化

要保证旧橡胶沥青双复合改性沥青路面就地热再生的复拌、摊铺、碾压等环节的施工温度，采用传统的热再生机组存在一定难度，难以保证就地热再生过程的各环节温度及就地热再生的工程质量。对加热设备的优化主要是提高摊铺温度达到145 ℃以上。通过研究对就地热再生成套设备进行了优化，开创性地研发了“传统加热组合机组+热铣刨加热组合机组+摊铺前基底面补充加热”三级间歇式反复加热的方式，主要措施有：

1) 第一级传统加热组合机组：传统的加热机组由3台加热机组成，加热机温度呈梯度控制。在施工过程中，加热机组依次对路面进行逐级加热，1号加热机采用大功率循环往复的加热方式，起到快速加热路面的目的；2号加热机采用小功率慢速前进，尽可能减少温度损失;3号加热机增加热耙松设备(见图1)，使之可对拟再生层的内部和底层进行加热，有效地提高旧路面内部的加热温度，并使路面加热深度符合施工需求。

图1 含热耙松装置的加热机耙松既有沥青路面

2) 第二级热铣刨加热组合机组：由1台热铣刨机和1台热风循环加热机组成，对铣刨后已充分分散开的旧沥青混合料(RAP)料进行再加热，再次增加了RAP与热风的接触面，减少铣刨过程中的热量损失，有效地提高RAP的温度和加热效率。

3) 摊铺前基底面的第三级补充加热：摊铺机前，在拌和设备下增加1套加热设备，对摊铺前铣刨的底面进行加热，保证底面的温度在110℃以上，以减少再生混合料的温度损失，可提高再生混合料的摊铺温度。

2.2.2破碎设备的优化

第一级3号加热机上增加的热耙松设备，可对已加热的旧沥青层进行耙松;第二级热铣刨和加热机组对耙松后的RAP进行加热，可提高RAP的整体温度，使其温度均匀，然后通过热铣刨机组对高温下、温度均匀的RAP料进行铣刨。这样既保证了RAP充分分散，又保证了旧集料不被破碎，可保持原沥青面层的矿料级配稳定度，从而保证再生混合料的矿料级配达到设计级配要求。

3 就地热再生工艺研究

3.1 就地热再生现场加热温度及复拌时间、工艺的控制研究

沥青路面现场热再生施工工艺控制的重点在沥青混凝土搅拌、运输、摊铺和碾压4个环节，它们之间密切联系又相互制约，任何一个环节配合不当，都会使整个再生系统阻塞和混乱。再生机组中有专门用来加热路面的加热机，以及集料进料、辅助加热、耙松铣刨、实时搅拌、摊铺为一体的再生复拌主机，相关工艺环节对再生后路面的质量有着重要影响[5]。本文针对再生施工过程中的温度和再生料拌和时间这两方面因素，与设备厂家对设备的工作性能及工作参数进行沟通确认，并通过室内模拟试验进行研究，寻求获得工艺参数对再生效果的影响规律。

1) 现场加热温度的确定及控制。就地热再生中温度的控制始终贯穿整个施工过程。首先，再生路面预热过程中，要使路面再生深度范围内的沥青混合料形成一个适当的温度场，若达不到合适温度，则无法耙松，也无法避免翻松对集料的破坏，不能维持原沥青路面的集料级配。其次，还需要通过温度控制为旧沥青料的再生(再生剂的添加温度)、新旧沥青料的拌和(新沥青混合料拌和前温度)提供适当的工作温度，因为旧沥青料中沥青黏结料再生过程必须在加热软化的状态下进行。最后，再生料需要有足够的摊铺温度，才能使路面压实达到设计要求的密实度和其它一些路面结构要求；与此同时，铣刨过后的铣刨面应该保证一定的温度(与再生料的摊铺温度相同为最佳)，以提高再生料与原路面材料的黏结力。

2) 结合现场实测料温，在室内进行不同温度条件下的马歇尔试验得出：旧料温度与再生剂温度对再生料马歇尔性能指标影响起主要作用，且旧料温度影响比再生剂温度的影响更大；旧料温度≥155 ℃、再生剂温度>145 ℃时，再生料的马歇尔性能指标能满足规范要求。新料温度在正常供料温度值范围内变化对马歇尔指标影响不大，但在进拌和锅前仍应控制在145 ℃以上，以保证马歇尔指标符合规范要求。现场采集环境温度与对应的路面加热温度、摊铺温度，结合成型路面空隙率得出现场施工温度控制建议：进行复拌施工时，要尽量选择气温>20 ℃的天气，加铺工艺施工环境温度也应尽可能>15 ℃；现场就地热再生时，应保证旧路面温度维持在200 ℃～220 ℃，气温较低时(<15 ℃)可适当提高5 ℃～10 ℃。

3) 复拌时间的确定及控制。室内小型搅拌锅与就地热再生复拌主机搅拌锅的拌和方式及原理不同，室内搅拌锅是“静态”的，现场再生料搅拌锅则是“动态”随主机行走而移动工作的卧式搅拌锅，锅内搅拌轴的旋转速度和主机的行进速度保持一定比例，就地热再生现场复拌时间实际是由再生机组的行进速度确定。

通过室内模拟拌和时间试验，发现再生主机的工作速度与再生料的拌和时间有良好的相关性，室内模拟对应主机工作速度下的拌和时间，测得的再生料马歇尔指标、动稳定度值表明，主机运行速度控制在1.5～3m/min，能获得马歇尔指标、车辙动稳定度符合规范要求的再生料，对应的复拌时间为20～25 s。

3.2 碾压工艺

旧橡胶沥青双复合改性路面采用粗骨架连续级配结构，具有多油、多粉的特点，旧混合料的沥青用量为5.3%(不含废橡胶粉和Domix)，其矿料级配表1所示。

从表1可以看出，0.075 mm颗粒含量为8.3%，不含废橡胶粉的沥青用量为5.3%，加20%的废橡胶粉，其橡胶沥青胶结料的用量为6.3%，同时添加的降黏剂、再生剂也属于沥青胶结料类产品，导致与再生混合料的油石比偏高。因此,为保证再生沥青路面的压实度以及表面足够的构造深度与抗滑性能，且不泛油，需对碾压工艺应进行改进。传统的碾压方法为：13 t双钢轮压路机2～3遍+30 t胶轮压路机3～5遍+13 t双钢轮压路机1～2遍。鉴于旧橡胶沥青双复合改性路面具有多油、多粉的特点，研究后确新的碾压工艺如下。

1) 橡胶沥青再生路面施工必须配备足够数量的压路机。混合料摊铺后必须在尽可能高的温度状态下紧跟着开始碾压，不得等候；双钢轮不得在低温状态下反复碾压，防止磨掉石料棱角，压碎石料，破坏集料嵌挤。压路机应按照“1+1+1+1”组合方式碾压，即1台13 t双钢轮初压+1台13t双钢轮+1台30 t胶轮复压+1台双钢轮终压消除轮迹。

2) 碾压应遵循“紧跟、慢压、匀速、少水、高频、低幅”的原则，即压路机必须紧跟在摊铺机后面向前推进，碾压段长度大体相同，每次碾压到摊铺机跟前后折返碾压，碾压速度要慢，并应采取高频率、低振幅的方式。压路机的碾压速度不得超过5 km/h。

3) 初压宜采用刚性碾静压，每次必须碾压至摊铺机跟前，初压区的长度需通过计算确定以便与摊铺机的速度匹配，一般不宜大于20～30 m，初压遍数一般为1～2遍。

4)复压采用双钢轮振动压路机组合碾压。1台双钢轮振动压路机紧接在初压后复压2～5遍。待表面温度下降到90 ℃左右用胶轮压路机进行补压，一般补充碾压1～2遍，对透水严重部位应增强补压，并增加补压遍数。实际施工时，应有专人实时指挥胶轮压路机碾压，同时应安排专人负责刷涂轮胎隔离剂，防止黏轮。

5)终压采用双钢轮压路机紧接在补压后进行，以消除轮迹。终压通常为1遍，若复压后已无明显轮迹或终压看不出明显效果时可不再终压。

4 试验路整体评价

1) 温度控制方面：各设备位置温度均符合要求。施工前，橡胶沥青+Domix路面温度为48 ℃，施工中各加热车辆统一按照设定的施工速度 2m/min匀速行进，HM16加热机组间保持间距2 m，经检测第1台HM16加热机后的路面温度控制为170℃，第2台HM16加热机后的路面温度为220 ℃，第3台HM16加热机后的路面温度为260 ℃。为使旧路面加热均匀，距HM16加热机组后1 m跟随1台SY4500加热机，对路面进行进一步的加热，使路面内4 cm处的温度不低于90℃。经检测SY4500加热机后的路面控制温度为260℃。

距SY4500加热机后2 m跟随1台SY4500铣刨机进行铣刨翻松，同时添加温拌再生剂，此时检测路面温度为170 ℃，SY4500铣刨机后2m跟随1台HM18再生机，大幅度提高了沥青混合料的热能,使其具有良好的渗透性，可对料带进一步加热的同时，避免混合料烧焦，此时检测路面控制温度为160 ℃。

2)试验检测方面：铺筑完成的再生路面表面平整、均匀、密实，无离析、无大油斑，各项路用指标基本达到规范要求；施工12个月后，再次对路面进行检测，热再生后路面整体厚度、平整度、抗滑性能、构造深度、渗水系数等达到规范要求。

5 结语

1) 通过对传统再生设备及工艺进行优化，使设备组合更科学，工艺流程也得到了有效控制，解决了双复合改性沥青路面因“高黏、高弹、富油、多粉”等特性在就地热再生铺筑中存在的难分散、拌和不均匀、表面易出现油斑、再生施工温度低、施工老化等技术难题。初步论证了“橡胶沥青+Domix”双复合改性路面进行就地热再生施工的可能性。

2) 就地热再生作为预防性养护措施，养护周期一般为2～3 a，下一步将继续对试验路段进行全方位的跟踪观测，为延长道路使用寿命、实现绿色循环低碳高速公路奠定良好的基础。