SMA路面現(xiàn)場(chǎng)熱再生技術(shù)研究

朱　偉，李　鋒

（1.江蘇沿江高速公路有限公司，江蘇 常熟 215500；2.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210017）

SMA路面現(xiàn)場(chǎng)熱再生技術(shù)研究

朱偉1，李鋒2

（1.江蘇沿江高速公路有限公司，江蘇 常熟 215500；2.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210017）

目前針對(duì)SMA路面現(xiàn)場(chǎng)熱再生技術(shù)的研究相對(duì)較少，文章分析評(píng)價(jià)了舊SMA瀝青混合料中瀝青老化程度及級(jí)配變化狀況，通過(guò)添加再生劑恢復(fù)老化瀝青性能，添加新料恢復(fù)SMA混合料骨架結(jié)構(gòu)。采用熱拌瀝青混合料設(shè)計(jì)方法確定級(jí)配組成及最佳油石比，并結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行了性能驗(yàn)證，結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的再生SMA瀝青混合料性能滿足各項(xiàng)技術(shù)要求；同時(shí)對(duì)SMA路面現(xiàn)場(chǎng)熱再生施工過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)。

SMA；舊路回收材料；現(xiàn)場(chǎng)熱再生；施工工藝

為有效解決路面出現(xiàn)的輕微車轍病害，恢復(fù)路面使用性能，延長(zhǎng)路面使用壽命，可采用預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施對(duì)原路面進(jìn)行及時(shí)養(yǎng)護(hù)修復(fù)。目前預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施主要有微表處、薄層罩面以及現(xiàn)場(chǎng)熱再生技術(shù)。而綜合對(duì)比分析，現(xiàn)場(chǎng)熱再生技術(shù)可實(shí)現(xiàn)舊瀝青路面材料的回收利用，節(jié)能環(huán)保，并且對(duì)交通影響較小［1］，相關(guān)研究越來(lái)越多，并且逐漸在大量的實(shí)體工程中得到應(yīng)用。然而針對(duì)SMA路面現(xiàn)場(chǎng)熱再生的研究相對(duì)較少，對(duì)于SBS改性瀝青的再生機(jī)理尚不明確［2］，因此，本文在其他路面材料類型的現(xiàn)場(chǎng)熱再生技術(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)SMA路面現(xiàn)場(chǎng)熱再生技術(shù)進(jìn)行研究，并對(duì)其關(guān)鍵施工技術(shù)進(jìn)行總結(jié)。

1　舊料評(píng)價(jià)

為了更好地研究SMA現(xiàn)場(chǎng)熱再生技術(shù)，首先需要掌握舊SMA混合料的材料特性，對(duì)舊料進(jìn)行評(píng)價(jià)。SMA混合料的材料組成包括瀝青膠結(jié)料、集料以及纖維穩(wěn)定劑，通過(guò)評(píng)價(jià)其組成材料的老化規(guī)律，可以更好地分析SMA瀝青混合料性能的老化狀況。

1.1 SBS改性瀝青

SBS改性瀝青在生產(chǎn)及長(zhǎng)期使用過(guò)程中，受到各種自然因素以及車輛荷載等的作用，發(fā)生一系列的揮發(fā)、氧化、聚合反應(yīng)，乃至內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致瀝青的性質(zhì)逐漸變化（老化）。為了分析SMA中SBS改性瀝青的老化情況，可采用抽提試驗(yàn)對(duì)舊路面回收材料（RAP）進(jìn)行分析，測(cè)試其回收老化瀝青指標(biāo)，結(jié)果如表1所示。

由抽提結(jié)果可知，RAP回收老化瀝青的針入度、軟化點(diǎn)基本滿足《江蘇省高速公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中的技術(shù)要求，延度有一定的降低，運(yùn)動(dòng)黏度符合要求?？梢?，RAP中的舊瀝青已產(chǎn)生一定的老化，但老化程度不明顯。

表1 RAP回收老化瀝青性能指標(biāo)

1.2 集料

已有研究表明，瀝青性能對(duì)混合料高溫穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)通常小于30%，而骨架結(jié)構(gòu)混合料的礦料內(nèi)摩阻力貢獻(xiàn)率高達(dá)80%，集料間的互相嵌擠咬合形成的骨架結(jié)構(gòu)是承受外界荷載的主體。因此，在車輛荷載反復(fù)作用下，集料骨架結(jié)構(gòu)如果產(chǎn)生衰變必然會(huì)引起SMA混合料整體性能的降低。

瀝青路面在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的車輛荷載作用后，RAP中集料會(huì)發(fā)生一定的破碎細(xì)化現(xiàn)象，將RAP進(jìn)行抽提后篩分，對(duì)比分析各篩孔尺寸的通過(guò)率與級(jí)配中值的差值，可判斷RAP中集料是否發(fā)生破碎。抽提篩分結(jié)果如表2所示。

表2 RAP抽提篩分結(jié)果

抽提結(jié)果表明，舊路面SMA混合料4.75 mm篩孔的通過(guò)率為32.7%，已略微超過(guò)級(jí)配范圍的上限，表明原路面在車輛荷載的累積作用下，骨料發(fā)生了磨耗或破碎，級(jí)配有所細(xì)化。因此，為了保證SMA的骨架結(jié)構(gòu)，可添加一部分新瀝青混合料以適當(dāng)調(diào)整原級(jí)配，使再生路面具有更優(yōu)良的路用性能。

1.3 油石比

對(duì)舊路面回收材料進(jìn)行室內(nèi)抽提試驗(yàn)，結(jié)果顯示舊SMA瀝青混合料的平均油石比為5.8%。由于路面表層長(zhǎng)期暴露于外界，受到陽(yáng)光、紫外線、溫度等外界環(huán)境的影響，瀝青中的輕質(zhì)組分揮發(fā)，且由于長(zhǎng)期的行車荷載作用，表層瀝青膜逐漸磨耗，再加上雨水沖刷等原因?qū)е略访鏋r青混合料中的瀝青含量出現(xiàn)降低。因此，根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果確定的最佳瀝青用量及RAP抽提得到的舊瀝青用量，通過(guò)添加新SBS改性瀝青的方式以恢復(fù)RAP中的用油量。

2　混合料設(shè)計(jì)

2.1 級(jí)配設(shè)計(jì)

分析舊路面SMA瀝青混合料性能可知，RAP中的SBS改性瀝青及集料均發(fā)生了一定的老化現(xiàn)象。為恢復(fù)膠結(jié)料的使用性能和SMA的骨架結(jié)構(gòu)，考慮添加RAP中舊瀝青質(zhì)量1%的再生劑和再生混合料質(zhì)量15%的新SMA混合料。新SMA瀝青混合料中的各礦料和RAP的表觀密度、毛體積密度和吸水率如表3所示，油石比為5.9%。新添加混合料和RAP各篩孔尺寸的通過(guò)百分率如表4所示。

表4　　各礦料及RAP的通過(guò)百分率

2.2 最佳油石比確定

采用5.6%、5.9%和6.2% 3種油石比，雙面各擊實(shí)75次成型馬歇爾試件，然后將成型的試件進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

通過(guò)礦料級(jí)配調(diào)試，確定的各礦料及RAP用量比例為1#（10～15 mm）∶2#（5～10 mm）∶3#（3～5 mm）∶4#（0～3 mm）∶RAP∶礦粉=6∶6∶0∶2∶85∶1，新SMA混合料和再生混合料的級(jí)配組成如表5所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明，各組瀝青混合料的穩(wěn)定度和流值均滿足規(guī)范要求。從圖1中找出與最大密度、最大穩(wěn)定度、空隙率中值及瀝青飽和度中值相對(duì)應(yīng)的4個(gè)油石比，以四者的平均值作為最佳油石比初始值OAC1。但如果在該油石比范圍內(nèi)，密度或穩(wěn)定度沒(méi)有出現(xiàn)峰值，可直接以目標(biāo)空隙率所對(duì)應(yīng)的油石比作為OAC1。作圖求出能滿足瀝青混凝土各項(xiàng)指標(biāo)要求的油石比范圍（OACmax，OACmin），該范圍的中值為OAC2。如果最佳油石比的初始值OAC1在OACmax與OACmin之間，則認(rèn)為設(shè)計(jì)結(jié)果是可行的，可取OAC1與OAC2的中值作為目標(biāo)配合比的最佳油石比OAC。

表5　新SMA混合料和再生混合料級(jí)配組成

圖1　最佳油石比確定

可以求得對(duì)應(yīng)目標(biāo)空隙率為4%的OAC1=6.04，根據(jù)空隙率和飽和度對(duì)應(yīng)的圖可得到OACmin=5.83，OACmax=6.29，則OAC2=（OACmin+OACmax）/2=6.06，因此最佳油石比為OAC=（OAC1+OAC2）/2=6.05。

2.3 性能評(píng)價(jià)

采用謝倫堡析漏試驗(yàn)、肯塔堡飛散試驗(yàn)、水穩(wěn)定性試驗(yàn)和車轍試驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)的再生SMA混合料進(jìn)行性能驗(yàn)證［3］，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6　性能試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)果表明，再生SMA混合料的各項(xiàng)性能指均滿足規(guī)范中的技術(shù)要求。由此確定的再生SMA混合料最終目標(biāo)配合比為：1#∶2#∶4#∶礦粉∶RAP=6∶6∶2∶1∶85，其中SBS改性瀝青添加量為RAP質(zhì)量的0.1%，再生劑用量為RAP中舊瀝青質(zhì)量的1%。

3　施工工藝

現(xiàn)場(chǎng)熱再生的具體施工工藝流程為：前期準(zhǔn)備→路面加熱→翻松→噴灑再生劑→收集舊料（初拌）→添加新料→提升→拌和（復(fù)拌）→攤鋪→碾壓→養(yǎng)生與開放交通［4-6］。

3.1 加熱

現(xiàn)場(chǎng)熱再生瀝青混合料的熱能主要靠再生機(jī)組前部的加熱機(jī)提供，加熱溫度過(guò)高將造成原路面瀝青過(guò)度老化，溫度過(guò)低將使原路面級(jí)配在銑刨過(guò)程中破壞而產(chǎn)生大量花白料。因此，應(yīng)嚴(yán)格控制路面的加熱溫度，一般要求不能低于190 ℃，且瞬間溫度不能超過(guò)210 ℃。加熱機(jī)行駛速度控制在3～4 m/min，加熱寬度控制在4m左右。加熱機(jī)行駛導(dǎo)桿應(yīng)沿標(biāo)線行駛，勻速行進(jìn)中途不得隨意變換方向和改變速度；盡可能縮短車輛之間的間距，并在加熱機(jī)底部和各臺(tái)加熱機(jī)之間空隙采取保溫措施，避免熱量散失。

3.2 翻松

銑刨機(jī)組緊跟加熱機(jī)組，其深度與寬度可自動(dòng)控制、調(diào)整。銑刨時(shí)先由兩側(cè)的銑刨設(shè)備將路面翻松后收集至中間，再由中間銑刨設(shè)備銑刨后形成連續(xù)T形料壟。

在銑刨的同時(shí)按設(shè)計(jì)量添加再生劑及熱瀝青，添加裝置應(yīng)具有精確可控的噴灑系統(tǒng)，保證再生劑和熱瀝青噴灑均勻、計(jì)量準(zhǔn)確。建議每天按照設(shè)計(jì)總量對(duì)再生劑的摻量進(jìn)行控制，要求其摻量不能超過(guò)設(shè)計(jì)摻量的±5%。并且實(shí)現(xiàn)噴灑量與行駛速度之間的自動(dòng)調(diào)節(jié)，防止因設(shè)備停止等造成路面局部泛油等現(xiàn)象的出現(xiàn)。施工過(guò)程中隨時(shí)用3 m直尺配合鋼尺檢查銑刨深度。

3.3復(fù)拌

新添加料車緊跟翻松設(shè)備將新瀝青混合料卸在復(fù)拌機(jī)料斗里，通過(guò)料斗的刮板按設(shè)計(jì)量將新料直接添加在梯形料壟上。然后利用提升機(jī)將再生混合料收集至拌缸內(nèi)進(jìn)行復(fù)拌，復(fù)拌時(shí)可添加溫拌劑等外加劑，攪拌后將混合料跌落至攤鋪機(jī)。

3.4 攤鋪

攤鋪機(jī)緊跟復(fù)拌機(jī)，攤鋪前下承層、路槽側(cè)面的表面溫度控制在90 ℃左右，攤鋪速度保持在3～4 m/min，勻速行駛，保證混合料均勻連續(xù)地?cái)備仯坏秒S意變換速度，避免中途停頓。隨時(shí)檢測(cè)攤鋪溫度，控制在125 ℃左右，盡量減少收工停機(jī)次數(shù)，確保工程質(zhì)量。

3.5 碾壓

碾壓必須遵循碾壓方案，注意穩(wěn)壓要充分，振壓不起浪、不推移。壓實(shí)采取先兩側(cè)后中央，先靜壓后振動(dòng)，先慢后塊，遵循“緊跟、慢壓、高頻、低幅”的原則，壓至無(wú)輪跡為止。碾壓路線及方向不應(yīng)突然改變，壓路機(jī)起動(dòng)、停止必須減速緩行，不準(zhǔn)剎車制動(dòng)，同時(shí)也不得在低溫度狀態(tài)下反復(fù)碾壓，以防磨掉石料棱角或壓碎石料。碾壓段落不宜太長(zhǎng)，折返距離應(yīng)控制在40 m以內(nèi)，碾壓時(shí)注意水（或色拉油）量的控制，確保不粘輪。

初壓溫度應(yīng)大于110 ℃，碾壓速度為2～3 km/h，復(fù)壓速度為3～5 km/h，使其達(dá)到壓實(shí)度要求。終壓速度為3～6 km/h，碾壓直至無(wú)輪跡，碾壓終了溫度不低于80 ℃。

3.6 特殊部位處理

對(duì)于施工過(guò)程中遇到的橋梁伸縮縫、陰井蓋等特殊部位，為了保證施工的連續(xù)性，應(yīng)提前采用小型銑刨機(jī)將伸縮縫前后或井蓋周圍銑刨50 cm左右，深度30～50 mm，銑刨寬度為再生寬度；然后采用耐火布或隔熱板保護(hù)特殊部位；當(dāng)再生機(jī)組的銑刨機(jī)到達(dá)時(shí)抬起銑刨鼓，走過(guò)后放下銑刨鼓，再生機(jī)組正常前進(jìn)；最后對(duì)特殊部位上的混合料進(jìn)行人工清理。

3.7 開放交通

熱再生施工后禁止任何車輛通行，待路面溫度自然冷卻至小于50 ℃時(shí)方可開放交通，急需開放交通的特殊路段，可以進(jìn)行灑水冷卻。

4　試驗(yàn)段檢測(cè)

為了驗(yàn)證SMA路面現(xiàn)場(chǎng)熱再生技術(shù)的可靠性，對(duì)試驗(yàn)路段進(jìn)行了連續(xù)2年的跟蹤觀測(cè)，主要檢測(cè)指標(biāo)。包括國(guó)際平整度、橫向力系數(shù)、構(gòu)造深度和車轍深度，結(jié)果如表7所示。

表7　跟蹤觀測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

結(jié)果表明，原路面經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)熱再生養(yǎng)護(hù)后，各項(xiàng)性能指標(biāo)均得到了顯著的改善，其中平整度降低，抗滑性能提高，車轍深度得到有效改善。然而隨著時(shí)間的不斷增長(zhǎng)，各項(xiàng)指標(biāo)均出現(xiàn)了不同程度的衰減，到第5次檢測(cè)時(shí)，除抗滑性能接近養(yǎng)護(hù)前水平外，車轍深度和平整度仍處于較好的水平。

5　結(jié)論

（1）SMA現(xiàn)場(chǎng)熱再生混合料設(shè)計(jì)前，需對(duì)舊路面回收材料（RAP）進(jìn)行評(píng)價(jià)，包括瀝青的老化程度，級(jí)配的變化情況，瀝青用量的變化等，為再生混合料的設(shè)計(jì)提供依據(jù)；

（2）根據(jù)本文案例，當(dāng)新料添加量為再生混合料的15%，再生劑摻量為舊料中瀝青質(zhì)量1%，SBS改性瀝青為舊料質(zhì)量的0.1%時(shí)，再生SMA混合料的各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足熱拌混合料的要求；

（3）對(duì)SMA現(xiàn)場(chǎng)熱再生施工工藝進(jìn)行了總結(jié)，明確了施工過(guò)程中的加熱、翻松、復(fù)拌及特殊部位處理等環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)要求。

［1］蔣建飛，江瑞齡.瀝青路面就地?zé)嵩偕夹g(shù)及施工工藝研究［C］∥全國(guó)公路瀝青路面再生技術(shù)與設(shè)備研討會(huì)論文集，2004.

［2］韓慧仙.瀝青路面現(xiàn)場(chǎng)熱再生技術(shù)的研究［D］.西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2005.

［3］陳濤.現(xiàn)場(chǎng)熱再生瀝青混合料路用性能研究［D］.南京：東南大學(xué)，2009.

［4］馬濤. SMA路面現(xiàn)場(chǎng)熱再生技術(shù)研究［D］.南京：東南大學(xué)，2010.

［5］趙利明. SBS改性瀝青路面現(xiàn)場(chǎng)熱再生試驗(yàn)研究［D］.大連：大連理工大學(xué)，2007.

［6］呂思忠.現(xiàn)場(chǎng)熱再生技術(shù)在山東的應(yīng)用及實(shí)踐［J］.公路養(yǎng)護(hù)，2004（14）：52-53.

Study on Construction Technology of Hot In-place Recycling in SMA Pavement

Zhu Wei1， Li Feng2
（1.Jiangsu Yanjiang Expressway Co.， Ltd.， Changshu 215500， China; 2. JSTI Group， Nanjing 210017， China）

At present， there are few research on hot in-place recycling （HIR） technology for SMA pavement. In this paper， the aging degree of asphalt and the change status of gradation are evaluated for the recycled SMA asphalt mixture. The performance of aging asphalt is regained by adding restore agent and the skeleton structure of SMA mixture is restored by adding new aggregates. Then， the gradation and OAC of the recycled mixture are determined based on the hot mixture asphalt design method， and verified by the laboratory performance tests. The test results show that the prepared recycled mixture meets the technical requirements. In the end， the key technologies on HIR are summarized for SMA pavement.

stone matrix asphalt; reclaimed asphalt pavement; hot in-place recycling; construction technology

U414

A

1672–9889（2015）05–0012–04

朱偉（1971-），男，江蘇靖江人，高級(jí)工程師，主要從事道路橋梁養(yǎng)護(hù)工作。

（2014-12-05）