现场热再生沥青混合料性能研究及应用

刘世锦 LIU Shi-jin；杨蜜 YANG Mi；董俊杰 DONG Jun-jie

（昆明市政工程设计研究院（集团）有限公司，昆明 650228）

0 引言

目前，我国早期城市化进程中所建设的大量市政道路已进入大修期，沥青路面老化严重，出现了不同程度的网裂、车辙及松散等病害，大量的市政道路等待养护维修[1]。传统养护维修方式多采用挖出旧料加铺新料的方式，这样的维修方法势必会造成旧料的浪费及旧料堆放产生环境污染问题，尤其对于市政道路，旧料的回收与利用显得尤为重要[2]。美国于上世纪初期便开始了沥青路面再生技术的研究，目前美国已在80%的道路养护维修中使用了再生技术，极大的节约了资源并取得了较好的路用性能[3]。我国对于再生技术的研究起步于上世纪80 年代，国内相关研究发现：使用再生技术对沥青路面进行养护维修后可有效降低养护成本，同时可较大程度的利用旧料并回收利用旧沥青，大约可节省30%的新沥青用量[4-5]。再生技术发展至今目前主要分为现场或厂拌热再生、现场或厂拌冷再生四种工艺[6]，现场热拌再生技术由于其施工速度快、维修成本低、旧料利用率高及交通影响小目前已被广泛应用于市政道路养护维修中来。

本文对AC-13 型现场热再生沥青混合料的相关性能及应用进行了研究，检验与评价了现场热再生沥青混合料的实际应用效果。

1 室内试验

1.1 试验原材料

①旧沥青：旧沥青混合料来自某市政道路沥青路面上面层（AC-13），采用旋转蒸发器提取旧混合料中的沥青，测得旧料中沥青含量为5.7%，相关性能指标如表1 所示。

在回收沥青中掺入一定量的再生剂（江苏苏博特公司生产，型号：润强①R-RA101）以改善相关性能达到规范要求。再生剂掺量及相关性能检测见表1。由表1 可知，再生沥青的软化点与针入度在再生剂掺量为5%时达到了规范要求的范围，因此，试验工程应用中取再生剂掺量为5%。

表1 旧沥青与再生沥青性能检测

②新沥青：试验选用基质沥青选用壳牌A-70 沥青，主要技术指标见表2。

表2 壳牌A-70 沥青性能指标

③新集料：粗细集料选用工地附近拌合厂提供的玄武岩碎石，石灰岩粉末作为矿粉，相关性能指标见表3、表4。

表3 粗集料性能检测

表4 细集料性能检测

1.2 再生沥青混合料配合比设计

1.2.1 级配设计

旧沥青混合料的铣刨筛分后的集料级配组成与不同旧路掺量下再生沥青混合料的目标级配见表5。

表5 旧集料级配与再生料级配设计（AC-13）

1.2.2 确定最佳沥青用量

参照相关规范[7-8]分别制备不同旧料掺量的马歇尔试件进行试验确定最佳沥青最佳掺量，以70%旧料掺量为例，试验结果见表6，根据各指标与沥青用量的曲线关系，确定70%旧料掺量下的最佳沥青用量为4.72%。

表6 马歇尔试验结果（70%旧料掺量）

采用同样的方法分别确定50%、80%旧料掺量下再生混合料的最佳沥青用量分别为4.8%、4.83%。

1.3 试验方案

参照相关规范[9]对不同旧料掺量再生料进行试验检测路用性能，试验方案见表7。

表7 室内试验方案及条件

2 室内试验结果分析

2.1 高温稳定性

车辙试验结果见图1。由图1 可知，50%、70%、80%旧料掺量下再生沥青混合料的动稳定度分别为3681 次·mm-1、4043 次·mm-1、5859 次·mm-1，高温稳定性能较好，动稳定度在旧料掺量增加的情况下逐渐增加，当旧料掺量由50%提高到70%时，动稳定度提高了9.83%，旧料掺量由70%提高到80%，动稳定度提高了近44.92%，增长幅度明显增大。证实相关研究成果[10]：旧料的掺入有利于提高沥青混合料的高温稳定性能。

图1 车辙试验试验结果

2.2 低温抗裂性

小梁弯曲试验结果见图2，试验选用MTS 试验机。

图2 小梁弯曲试验结果

由图2 可知，50%、70%、80%旧料掺量下再生沥青混合料的破坏应变分别为2968uε、2515uε、1907uε，表明低温抗裂性能在旧料掺量增加的情况下出现了降低，这是因为旧料掺量后增加了混合料的老化程度，抗裂性能随之下降。其中旧料掺量由50%提高到70%时，低温破坏应变降低了15.26%，旧料掺量由70%提高到80%，低温破坏应变降低了24.17%，破坏应变与旧料掺量成线性相关，因此工程应用中应对再生料中的旧料掺量引起注意，选取合适的旧料掺量。

2.3 水稳定性

再生料的水稳定性能试验结果见图3。由图3 可知，不同旧料掺量下的残留稳定度、冻融劈裂强度比均满足规范大于80%的要求，具有较好的水稳定性能，且随着旧料的掺量的增加，水稳定性能呈增大趋势，这是因为与新沥青相比，旧料中的老化沥青具有较高的粘度，使得再生沥青粘度较大，增强了水稳定性能，这也间接证实了相关研究成果[11]：相比于新拌沥青混合料，掺入旧料后的再生沥青混合料水稳定性能要优于前者。

图3 冻融劈裂与浸水马歇尔试验结果

3 工程应用

3.1 试验路段概况

某市政道路建成于2012 年，路面上面层采用4cm 厚AC-13，2021 年1 月对该道路进行路面调查，发现沥青路面已出现不同程度的老化，在路面上面层出现了较多的网裂、车辙及松散等病害，PCI（路面状况指数）评定为C 级。路面养护维修措施拟采用现场复拌热再生工艺：现场铣刨4cm 厚旧沥青面层后加铺4cm 厚AC-13 再生沥青混合料。选定K11+265~K11+765 段作为试验路段，新沥青、新集料及再生剂均同室内试验，再生剂掺量取5%，旧料掺量取70%，对应最佳沥青用量取4.72%，级配设计参照室内试验进行。施工过程中严格参照相关规范[7-8]严格控制施工质量并及时进行检测。

3.2 施工要点

现场热再生工艺根据现场路面病害程度的不同一般可选用重铺再生、复拌再生及整形再生三类，本次道路养护维修采用复拌再生工艺，具体工艺流程为：路面清扫→旧路面加热软化→旧路面铣刨→再生料拌合（添加旧料、再生剂、新集料、新沥青拌合）→再生料摊铺→碾压，施工过程中应注意如下施工要点。

①旧路面加热：加热车速度宜控制在2~5m/min，加热温度宜保持在130~140℃，加热宽度宜比旧路铣刨的宽度两边各多0.2m。

②旧路面铣刨：铣刨的深度按旧路面层厚度控制，铣刨温度不小于70℃。

③再生料拌合：根据配合比，在回收旧料中掺入再生剂、新集料、新沥青进行拌合，确保拌合均匀。

④再生料摊铺：摊铺温度：120~150℃，摊铺速度：1.5~5m/min。

⑤碾压：采用双钢轮或轮胎压路机对再生摊铺料进行碾压，设备若采用前者宜适量减少喷水，采用后者不宜喷水。

⑥开放交通：以路表温度小于50℃作为开放条件。

3.3 检测及评价

K11+265~K11+765 现场试验路段养护维修完成后，参照相关规范[8]对试验路段性能进行了检测如表8 所示。由表8 可知，试验路段K11+265~K11+765 维修后的各项性能指标均远优于养护前且较好地满足规范要求[8]，现场施工质量良好，平均压实度达到了96.78%，构造深度较大，路面平整度较高。表明现场热再生技术在市政道路的养护维修中取得了良好的应用效果，具备推广价值。

4 结论

①在AC-13 型旧料中掺入5%的再生剂后，回收沥青的软化点与针入度得到了较好的恢复，符合规范要求。

②再生沥青混合料中的各项性能受旧料影响较大，其中高温稳定性能、水稳定性能随旧料掺入量增加呈增大趋势，低温抗裂性能呈降低趋势。

③合理的旧料掺量下，再生沥青混合料各项性能可较好满足规范要求，并在高温稳定性及水稳定性能方面优于新拌料。

④工程应用实例表明：在市政道路的养护维修中采用现场热再生技术后取得了良好的应用效果，具备推广价值。