沥青路面就地热再生技术在高速公路维修中的应用

摘要：本文通过抽提筛分实验、集料实验、旧沥青性能实验、混合料实验等相关室内实验论证了某高速公路维修项目应用沥青路面就地热再生技术的可行性，并基于该高速公路的实际情况，提出了建立在预先处治基层结构性病害及恢复路面排水功能基础上的加铺型就地热再生方案实施要点。

关键词：实验；沥青路面就地热再生；加铺型

中图分类号： TU535 文献标识码： A 文章编号：

1 引言

基于社会、经济效益的角度考虑，本项目将沥青路面就地热再生技术作为一种通用的养护维修技术，应用于高速公路综合性维修中。本文在就地热再生相关室内实验的基础上，分析了该沥青路面高速公路应用就地而再生技术的可行性，提出了先处理好基层结构性病害，恢复路面排水功能，再进行加铺型就地热再生的实施方案要点，为类似以恢复高速公路路用功能为维修目标的项目提供了借鉴。

2 项目概况

2.1 旧路设计指标

某高速公路位于广东省境内，主线双向六车道，设计时速100公里/小时，以15年设计年限累计当量标准轴载812万次考虑，路面容许弯沉值Lr=0.37mm。该高速公路于1998年左右建成通车，大部分路段为高填方路基，丘陵地段为挖方路基，道路为沥青路面半刚性基层结构，主线及匝道结构形式见表1。

表1 某高速公路路面结构形式

2.2 道路现状

该高速公路运营时间达到14年左右，道路日均自然交通流量已达12万辆，历年小车比例约占80%左右，累计轴载次数已远超设计轴载。经过多年小范围的养护维修，总铣刨维修面积已超过主线两条行车道总面积的60%。现状高速公路上面层存在以下三种主要类型及材料：

⑴原状路面：即建成后未进行过处治的原状路面，上面层主要为AK-16型普通沥青混合料。⑵铣刨重铺路面：将原有的上面层铣刨处理，重新加铺了AC-16型改性沥青混合料，这部分路面加铺时间存在差别。⑶微表处路面：在原状的路面之上，采用微表处进行养护处治。

2.3 主要检测指标

根据病害调查结果，路表主要病害包括：横向裂缝、纵向裂缝、龟裂、块裂、坑槽、车辙、修补、唧泥等。按照《公路技术状况评定标准》（JTG H20-2007）的相关规定，以百米为单元对该高速公路各车道路面状况进行评定分析，其中PCI评定结果见表2~3。

表2东段各车道PCI评定结果

表3西段各车道PCI评定结果

3 就地热再生相关室内实验

由于现状路面情况较复杂，在对原状路面（AK-16普通沥青）、铣刨重铺路面（AC-16 SBS改性沥青）及微表处路面（微表+ AK-16普通沥青）分别进行了取芯后，将样本进行了抽提筛分实验、集料实验和再生混合料实验，相关实验指标如下。

3.1 抽提筛分实验

上述路段试样抽提实验级配及油石比汇总见表4及图1。.

表4芯样抽提筛分试验结果

图1 各类型芯样级配曲线对比图

⑴原AK级配路面4.75mm筛孔通过率只有36.9%，相比起目前我国《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41-2008）中规定的AC-16型密级配沥青混合料的级配范围偏粗，可见原路面上面层混合料级配相对较粗，经过多年路用后并没有发生较大的细化现象。但多年使用下沥青含量明显较低。

⑵AC级配筛分结果与AK-16型级配较为接近，粗料含量较多，细料较少，但油石比相对较大，达到4.4%。以上两种主要路面类型级配可不做调整，重点关注对沥青性能的恢复。

⑶从上面层+微表处配筛分结果来看，由于微表处的存在细料的含量明显增加，混合料相比原上面层混合料偏细，尤其是4.75mm筛孔的通过率增大了10%。

3.2 集料实验

根据《公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005）相关实验规定，对试样抽提后按粗细分级进行表观相对密度、毛体积相对密度、吸水率、压碎值、洛杉矶磨耗值、棱角性等指标进行测试，结果见表5、6。

表5 粗、细集料表观相对密度、毛体积相对密度及吸水率

规范要求 表面层不小于2.6，其他层不小于2.5 表面层不大于2.0，其他层不大于3.0

表6 粗、细集料技术指标

从实验数据来看，现状路面细集料棱角性较小（为16.5），不满足规范要求的30之外，其他指标均满足施工规范对集料的技术要求。

3.3 旧沥青性能实验

原路面沥青分别回收得到普通沥青和改性沥青两种，实验室主要对沥青的针入度、软化点、延度和车辙因子G*/sinδ进行检测，结果如表7和表8所示。

表 7 普通沥青性能检测结果

表 8 改性沥青性能检测结果

从结果看出，两种沥青经过长时间的路面老化后，其性能发生了严重的衰减。普通沥青的针入度和延度都大幅度降低，软化点大幅升高，达到了一般SBS改性沥青的值，说明沥青老化非常严重，对再生沥青效果需进一步实验验证。

3.4 混合料实验

根据《公路工程沥青及沥青混合料实验规程》将路面取样沥青混合料实验室重新加热、成型试件，测原路面沥青混合料动稳性度，劈裂强度、DSR及 如下：

表91沥青混合料冻融劈裂实验结果

表10 沥青混合料低温小梁实验结果

低温实验结果来看，原路面沥青混合料低温性能较差，弯拉应变为2299.07小于规范要求的2500。沥青混合料重塑进行车辙实验，测动稳定度指标大于6000次/mm，满足施工规范要求。

4 就地热再生可行性分析

4.1 实验室结论

通过现场所取混合料实验室实验结果来看，该混合料沥青存在一定程度老化，回收沥青高温性能较好，动稳定度满足规范要求，而沥青低温性能较差，相应沥青混合料低温性能较差，抽提后集料进行实验，除细集料棱角性较差，不满足规范要求外，其余指标均满足施工规范要求。

从实验室回收沥青样本的再生实验结果来看，再生后沥青满足规范的要求，沥青混合料各项指标满足规范要求，可以实现再生利用。再生过程中要添加再生剂及新沥青，以达到全面恢复旧沥青性能的目的，具体添加量根据不同路况进行调整。

4.2 决策影响因素

在技术层面，沥青就地热再生技术本身已经较成熟，通过室内实验说明通过再生后基本能满足规范要求，达到既定的恢复路面路用功能的目的。该高速公路虽然交通量较大，但重车比例不高，使用年限已接近原设计使用寿命，但基层结构性破坏较少、结构较稳定，采用传统挖补工艺进行大修将无法充分利用基层目前的残余价值，造成极大的浪费。在环境资源利用方面，本地区材料缺乏，对环保要求较高，就地热再生方案实现了旧路面材料的就地再生利用，符合循环经济及环境保护的理念。在造价控制方面，就地热再生施工快捷高效，占用车道较少，对交通的影响较小，且减少了设备、材料、人工的投入，较大程度的节省了维修工程造价。综合以上因素，该项目最终确定应用沥青路面就地热再生技术作为该高速公路综合维修的技术手段之一。

5 就地热再生实施方案要点

虽然本次维修试图通过沥青路面就地热再生达到恢复路用功能的目标，但毕竟该高速公路已经营运达14年，必须首先解决一系列客观存在的问题。其中，重点应解决沥青路面材料不均、种类多、老化较严重，部分路段存在较严重的基层病害，道路水损坏严重、排水不畅等问题。

5.1 加铺型就地热再生

由于原路面修补面积较多且不集中，路面存在三种不同级配沥青混合料，进行级配调整的将非常复杂，施工控制难度较大。且考虑到原路面旧沥青老化严重，再生后性能不均衡，用于上面层直接受荷载及环境作用，在使用舒适度及损坏时间上均存在风险。为稳妥起见，主线设计方案采用同步加铺型就地热再生方案，不调整级配对原路面4cm厚度进行再生，同步加铺3cm的SMA-13新改性沥青混凝土，并根据不同使用年限的路面分别添加2%-9%的再生剂及2%左右的新沥青。

5.2 微表处处治

根据《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41-2008）规定的沥青路面就地热再生适用范围相关内容“原路面上有稀浆封层、微表处、超薄罩面、碎石封层的，不宜直接进行就地热再生”。根据抽提实验结论，微表处路面路段细集料过多，不适合直接进行就地热再生，且级配调整难度大、价值不高。综合考虑，在就地热再生实施过程中，将首先对原路面微表处进行挖除才能保证再生混合料性能及再生后路面平整度等。

5.3 基层病害处理

对于部分基层结构性病害，路面7cm的处治厚度（4cm再生+3cmSMA-13）只能延缓病害发展至面层影响行驶质量，在基层严重病害未得到治理的前提下，道路整体使用寿命是得不到保证的。因此，就地热再生实施前，对基层结构性病害必须进行预先处理，处理方案视病害深度、范围、类型综合确定。具体措施包括基层换填ATB-25普通沥青混凝土材料，面层换填AC-20改性沥青混凝土，基层表面贴抗裂贴、玻纤格栅等处理措施。

5.4 排水处理

鉴于目前旧路水损坏较严重，内部排出设计基本堵塞，应特别加强路面结构的排水设计，将路面结构内部的水分引出路肩以外，同时从路表面层材料设计及施工考虑，保证维修后的路面结构最小程度减少水分的下渗。设计方案将原排水设施进行了改造，设置了垫层排水及纵横向盲沟共同发挥作用。

6 小结

沥青路面就地热再生技术作为一种预防性养护措施从国外引进以来，以其资源循环利用、施工快速的优势在我国得到了广泛的推广应用。该技术在具体项目的适用性应综合分析各类客观条件，但必须建立在基层结构性病害较少或得到处治的前提下，通过对旧路面材料性能的实验分析得出经济合理的热再生方案，保证再生效果的同时实现效益最大化。