就地熱再生技術在衡大高速公路的應用

黃治湘

(湖南省高速百通建設投資有限公司，湖南長沙 410003)

0 前言

21世紀的世界，能源危機已經波及到方方面面。而在我國的公路建設中，已經進入了養(yǎng)護的黃金時期，在這種情況下，大量的瀝青路面被銑刨而丟棄，不僅造成了瀝青和石材的極度浪費，而且被廢棄的瀝青會一定程度的污染環(huán)境，這種做法是與可持續(xù)發(fā)展觀背道而馳的。與此同時一種新技術瀝青路面就地熱再生應運而生，得到了應用和推廣。這項技術對合理利用有限資源，保護環(huán)境都有著重大的意義。

2010年，湖南省引進瀝青路面就地熱再生技術，并在衡大高速公路中開展養(yǎng)護施工，取得了良好的社會與經濟效果。目前，在我國該項技術還處于起步階段，配套的施工設備和相關政策還不是特別的完善，需要進一步的研究與探索，作者結合衡大高速公路應用就地熱再生技術做相關闡述和說明。

1 項目背景

衡大高速公路是國家重點公路江西吉安至湖南邵陽的一段。線路全部在衡陽境內，起于衡陽市西外環(huán)路的柳公塘，止于京珠高速公路大浦通道口，與京珠高速公路和衡炎高速公路相接。該段于2003年7月起施工，2005年12月建成通車。該路段通車5 a多來，交通流量大，重載交通多，路面已產生不同程度的病害。經路面實地病害調查，路面右幅比路面左幅車轍病害較嚴重，需要進行瀝青路面處治?？紤]到就地熱再生在湖南省是首次應用，為充分評估就地熱再生在湖南的適用性，在衡大高速公路做就地熱再生與銑刨的對比方案，實際就地熱再生長度為25 260 m，共100 903 m2。修復后的路面達到高速公路瀝青路面技術標準。

2 工藝技術

2.1 就地熱再生工藝技術

就地熱再生是在現場維修損壞的道路，因此使用的新料最少。該工藝一般包括四個步驟:①使用熱量軟化瀝青面層;②耙松清除路面材料;③將材料與再生劑、瀝青膠結劑或新料拌和;④將再生瀝青混合料攤鋪。

就地熱再生主要用于矯正道路表面的破損，如剝落、裂縫、車轍、坑洞、推擠和擁包等。適用范圍及維修特點如下:

1)采用就地熱再生工藝，原路面整體強度需滿足設計要求;原路面病害主要集中在表面層，通過再生施工可得到有效修復;原路面瀝青的25℃針入度不低于20(0.1 mm)(主要針對普通瀝青路面);再生深度一般為20～50 mm。

2)就地熱再生因其100%熱結合，可完全避免車道接縫所產生的縱向開裂。

3)就地熱再生100%瀝青現有舊料，可降低施工成本且無任何廢料，是環(huán)保型的養(yǎng)護技術。

4)單線道路施工方式，使交通阻塞及危險降至最低。

5)一次完成的回收再利用方式，比傳統(tǒng)的回收方式增加75%的效益，比傳統(tǒng)的路面翻新方式在成本上節(jié)省20%～50%。

6)施工結束即可開放交通。

7)施工產生的振動、噪音比其他施工方法小，在市區(qū)也可進行夜間作業(yè)。

2.2 復拌再生

就地熱再生工藝可以采用單工序或多工序完成。根據路面的破損情況和對修復后路面質量等級的要求不同，就地熱再生施工工藝可分為:表面再生、復拌再生和加鋪再生三種。該路段應用的施工工藝為復拌型再生。

復拌再生是由加熱機將舊路面加熱至一定溫度后，用再生機將舊路面翻松，并把翻松后的材料與新瀝青混合料、再生劑在攪拌器中拌和均勻，形成新品質的瀝青混合料，然后攤鋪到路面上，用壓路機碾壓。見圖1。

圖1 復拌型熱再生工藝流程圖

這種工藝是在施工過程中加入一定數量的新瀝青混合料，因此能有效地消除路表面50 mm內出現的車轍、裂縫和老化變硬。

3 施工設備

就地熱再生機組為多步法作業(yè)工藝，主要機械包括鞍山森遠制造的SY4500瀝青路面熱再生重鋪機組1套(含2臺加熱機、1臺加熱銑刨機、1臺加熱復拌機，如圖3、圖4)、4.5～6 m 攤鋪機1臺、30 t以上的輪胎壓路機1臺、18 t以上的雙鋼輪雙振壓路機1臺、12 t以上鋼輪振動壓路機1臺、新瀝青混合料生產設備1套、新瀝青混合料運輸車2輛、加油車1輛、水車及再生劑輸送車等輔助車輛若干。

該機組采用集成化設計，大量應用液壓驅動、微電子控制、電子傳感等先進技術，是國內首臺技術最復雜、機群智能化程度最高的成套養(yǎng)護設備，能徹底實現路面施工自動化流水作業(yè)。該機組以柴油為燃料，燃料消耗可降低30%以上;熱風中的含氧量極少，施工過程中路面瀝青不會燒焦、老化;熱空氣外溢較少;環(huán)保、無煙塵污染。

4 就地熱再生施工

4.1 舊路面技術性能調查

4.1.1 原始設計資料

衡大高速公路路面結構方案如表1。

就地熱再生施工再生深度一般為20～50 mm，個別可達70 mm左右，舊瀝青路面總厚度不小于75 mm，衡大路上面層4 cm，總厚度15 cm，滿足就地熱再生適用條件。

4.1.2 路況病害調查

通過組織相關技術人員對衡大全線進行了現場調查與檢測，初步確定了再生路段，衡大高速公路瀝青路面總體情況如下:

表1 路面結構方案

1)衡大高速公路左幅(衡陽至大浦方向)比右幅(大浦至衡陽方向)的路面狀況要好，除個別路段存在車轍、裂紋外，基本無大的結構性損壞。從現場調查來看，k8+090～k24+520車轍一直連續(xù)，平均深度達到20 mm，最大處達到了70 mm。

2)衡大高速公路總體上具有較好的路用品質，其病害表現的主要形式為車轍，局部路段有少量縱橫向裂縫、不規(guī)則裂縫等，而沉陷、坑槽、剝落、翻漿、龜裂、擁包、波浪、脫皮、泛油等病害基本沒有。

下面是衡大高速公路現場調查的部分圖片(圖5、圖6)。

4.2 再生瀝青混合料配合比設計

4.2.1 舊瀝青路面性能指標

湖南省衡大高速公路就地熱再生工程的路面舊瀝青混合料抽提回收試驗結果見表2。經過現場取樣(取樣采用微波加熱)并室內試驗測得原路面油石比分別為:k8+450右幅行車道，4.21%、k13+215右幅行車道，4.91%、k20+420右幅行車道，4.84%、k16+530 左幅行車道，4.42%、k24+305 左幅行車道，4.87%。

根據該工程的施工技術數據及試驗結果可知:衡大高速公路原路面施工時實際采用的是AC－13型級配，混合料礦料級配中0.075 mm篩孔通過率稍偏大，小于0.075 mm的含量偏多，表明混合料的級配出現了一定程度的細化;同時可以看出原路面瀝青針入度降低、延度下降，說明瀝青已經老化。

表2 回收舊瀝青的物理技術指標

4.2.2 再生劑用量確定

瀝青再生劑的添加量以新瀝青混合料運輸到施工現場后但未攤鋪前的瀝青指標為目標確定再生劑的添加量。

本次熱再生工程中再生劑摻量通過瀝青三大指標常規(guī)試驗確定。再生瀝青的設計目標標號SBS I－D改性瀝青，舊瀝青與再生劑充分混合均勻后靜置24 h后進行試驗，試驗結果見表3。試驗中再生劑用量為再生劑與舊瀝青的質量百分比。

4.2.3 再生混合料配合比設計

此次設計采用馬歇爾擊實法試驗確定瀝青混合料的瀝青用量，舊料采用在k13+215處取樣(注:混合料的最大理論相對密度采用計算法)，見表4。

按照4.8%的最佳油石比進行混合料的驗證試驗，各項指標達到了規(guī)范的要求，結果見表5。

經馬歇爾試驗及其相關的驗證試驗，所設計的AC—13C再生瀝青混合料，在油石比為4.8%時，各項技術指標均滿足相應的技術要求。在進行生產施工時，考慮到再生加熱機組對路面的高溫加熱，可能會對舊路面材料RAP產生某種程度的更進一步的老化，同時再生劑噴入時也會在高溫下有輕度老化與揮發(fā)，因此，再生劑的添加在室內試驗的基礎上應適當提高20%左右，即施工時再生劑的添加量可為舊瀝青質量的2.4%(RAP質量的1.1‰)，再生劑應在110℃～130℃的溫度下噴入舊路面材料RAP中，并且在現場施工時，應根據再生混合料的實際效果，在現場工程師的指導下進行動態(tài)調整。

表3 不同再生劑摻量下舊瀝青三大指標的恢復

表4 AC－13C 再生瀝青混合料目標配合比馬歇爾試驗結果

表5 最佳瀝青用量下技術指標試驗結果

4.3 就地熱再生現場施工

4.3.1 施工工藝流程

瀝青路面熱再生施工工藝流程:對維修路段進行現場考察→確定維修路段→確定施工配合比→制定實施性施工方案→交通管制→特殊路段的前期處理→起點終點預處理→1號加熱機預熱→2號加熱機預熱→再生劑噴灑→刨松→拌合→攤鋪→接縫處理→碾壓→恢復標線→現場質量檢測→開放交通。

4.3.2 原路面的處理

在進行就地熱再生前，原路面的嚴重病害均須處理完畢，具體包括:車轍超過4 cm路段的預處理。一方面使轍槽深度盡可能降低到4 cm之內;另一方面使整個路面的平整度提高，使再生深度基本一致。深的坑槽要經過修補處理。裂縫需要用改性乳化瀝青灌縫。當舊路面補丁較多、較大且原用修補材料級配不良時，須挖除4 cm原修補材料，然后用AC—13熱拌改性瀝青混合料填平、壓實。

4.3.3 舊路段的加熱

加熱機組對舊路面加熱時，遵循勻速、均衡的原則。原路面必須充分加熱，但也必須控制在一定的可操作范圍內:路表面最高溫度不超過200℃，路面內4 cm處的溫度不低于90℃，翻松拌勻后的舊路面材料的綜合溫度不低于140℃，也不高于160℃。

原路面加熱寬度比復拌機組鈀松的寬度每側多出20 cm，復拌機組鈀松的深度要均勻，當鈀松深度有變化時要緩慢漸變。

4.3.4 再生瀝青混合料施工

1)再生劑的噴灑。

再生劑噴灑裝置應與再生機組行走速度聯(lián)動并可自動控制，能準確地按設計劑量噴灑再生劑或再生劑與瀝青的混合料液。再生劑應加熱至不影響再生劑質量的最高溫度，以提高再生劑的流動性和與舊瀝青的融合性，通常加熱溫度控制在110℃ ～130℃之間。再生劑應能均勻地噴灑到鈀松的舊瀝青混合料RAP中，且能準確計量控制，同時應根據銑刨深度的變化及時調整再生劑的用量。

2)攤鋪。

復拌再生機組應能保證以1.5～3 m/min的速度均勻地進行施工，且保證混合料攤鋪均勻，攤鋪完的表面不應有粗糙、拉毛、裂紋、離析現象。應根據再生厚度調整好攤鋪熨平板的振搗功率，提高混合料的初始壓實度，減少熱量損失;再生混合料的攤鋪溫度宜控制在140℃ ～160℃之間。

3)碾壓。

再生混合料的壓實選用大噸位的振動雙鋼輪壓路機、膠輪壓路機等壓實工具在高溫下碾壓，初壓必須緊跟復拌機后進行，初壓時不得產生推移。用雙鋼輪壓路機進行碾壓時宜少噴水。壓路機碾壓速度的選擇應根據壓路機本身的能力、壓實厚度等確定。對于混合料的初壓，壓路機每次均應從縱縫處起壓:壓路機應有2/3以上的碾壓輪在未再生的路面上，在再生混合料上的輪寬在30 cm以上即可，沿縱縫碾壓2～3遍，然后再由兩側向中間碾壓，每次碾壓的輪跡應與上次碾壓輪跡重復20 cm以上，以保證碾壓均勻、不漏壓、不多壓。對于壓路機無法壓實的局部地方，應配置小型壓實機具配合碾壓到要求的密實度。

4)開放交通。

就地熱再生碾壓完畢后，再生層表面溫度低于50℃后方可開放交通，完全冷卻至常溫時方可開放重交通。

5 經驗總結

就地熱再生作為一種新工藝在湖南省的首次應用，在各方面體現了其獨特的優(yōu)勢，但作為新工藝在應用過程中，在溫度問題和離析問題上，還需要進行不斷的探索和總結經驗。從就地熱再生路面的試驗檢測結果和通車后的路用效果來看，就地熱再生路面具有良好的路用性能，尤其在提高路面抗高溫性能方面較顯著，而且具有很好的環(huán)保效果和性價比，是一門具有推廣價值的預防性養(yǎng)護技術。

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