高等級(jí)瀝青路面低碳薄鋪一體化施工工藝研究

□文/楊 云

低碳薄鋪一體化技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“一體化技術(shù)”）采用分層攤鋪、一體壓實(shí)方式進(jìn)行施工，首先對(duì)原路面進(jìn)行再生，將再生后混合料攤鋪，在再生混合料溫度還未下降時(shí)，攤鋪熱瀝青薄層罩面混合料，而后一起進(jìn)行壓實(shí)，形成一體化路面。一體化技術(shù)使兩層路面材料的接觸處互相嵌擠，在壓實(shí)過(guò)程中形成一個(gè)整體，避免了通常的加鋪技術(shù)層與層之間以平面接觸，容易產(chǎn)生層間滑移病害的缺陷；同時(shí)，還可以節(jié)約兩次碾壓的成本，縮短工期，有利于解決瀝青路面的常見(jiàn)病害，提升行車(chē)安全性和舒適性，降低交通事故發(fā)生數(shù)量，減少資源浪費(fèi)、能源消耗，可為瀝青路面改擴(kuò)建提出一種全新模式提供理論依據(jù)，具有很強(qiáng)的研究?jī)r(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。

1 路面現(xiàn)狀

對(duì)京秦高速路面病害狀況進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，對(duì)裂縫、修補(bǔ)、平整度、車(chē)轍、彎沉值、抗滑六個(gè)方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)統(tǒng)計(jì)：

1）京秦高速全段中，K106～K123段路面狀況指數(shù)＜70，屬于中級(jí)路段，需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)修復(fù)處理；

2）病害主要表現(xiàn)為裂縫、修補(bǔ)較多，K106～K114段車(chē)轍較后半段嚴(yán)重，需要進(jìn)行重點(diǎn)處理修復(fù)；

3）各段路面強(qiáng)度均為優(yōu)，抗滑性能、平整度較好，但本著預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的目的，仍需要對(duì)其進(jìn)行改善提升處理；

4）從病害分布情況來(lái)看，病害主要集中在路面的上面層，病害深度最大達(dá)19 mm，所以至少對(duì)路面20 mm厚進(jìn)行處理，才可保證解決所有病害。

2 路面處置工藝

目前常用的高等級(jí)舊瀝青路面循環(huán)利用方法有四種，分別是：廠拌熱再生、就地?zé)嵩偕S拌冷再生，現(xiàn)場(chǎng)冷再生。他們各自有不同的特點(diǎn)及適用性，對(duì)比其優(yōu)劣選出最合適的再生方法，見(jiàn)表1。

表1 各再生方法的適用性及優(yōu)缺點(diǎn)

續(xù)表1

無(wú)論是對(duì)路面病害的治理能力方面，還是從節(jié)約成本，減少污染等方面看，就地?zé)嵩偕夹g(shù)能真正做到低碳、節(jié)能、高效，因此，再生方法選擇就地?zé)嵩偕?/p>

3 加熱時(shí)間

國(guó)內(nèi)目前就地?zé)嵩偕话悴捎眠M(jìn)口加熱機(jī)組對(duì)路面進(jìn)行加熱。然而，由于沒(méi)有規(guī)范對(duì)加熱方式、加熱時(shí)間做出明確要求，現(xiàn)場(chǎng)一般根據(jù)國(guó)內(nèi)外工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行加熱，這會(huì)造成兩種后果：

1）加熱不足，面層材料沒(méi)有充分軟化就進(jìn)行耙松，導(dǎo)致舊料大量破碎，級(jí)配嚴(yán)重偏細(xì)；

2）加熱過(guò)度，表面材料被“燒焦”，導(dǎo)致表面附近材料嚴(yán)重老化。

為避免上述兩種情況的發(fā)生，減少耙松對(duì)原路面材料的損壞，縮短再生混合料攪拌時(shí)間，對(duì)不同環(huán)境溫度、不同風(fēng)速下就地?zé)嵩偕鷷r(shí)路面溫度場(chǎng)進(jìn)行模擬并得出結(jié)論：

1）采用每個(gè)加熱車(chē)3個(gè)加熱罩，共2輛車(chē)進(jìn)行加熱；

2）通常情況（環(huán)境溫度 25℃，風(fēng)速 4 m/s）下，加熱510 s便可以使路表下20 mm達(dá)到140℃，便可進(jìn)行耙松。

4 材料及加鋪厚度確定

4.1 瀝青含量

通過(guò)燃燒爐法測(cè)定瀝青含量。瀝青含量平均值為5.71%；油石比平均值為6.05%，仍在推薦范圍（油石比5.9%±0.3%）內(nèi)。這說(shuō)明在路面使用過(guò)程中，瀝青總的含量變化較小，雖然老化瀝青中部分組分揮發(fā)，但揮發(fā)量很少，所以對(duì)瀝青總含量影響很小。在再生瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)中，將以此瀝青含量為依據(jù)，計(jì)算新瀝青的添加量。

4.2 礦料級(jí)配確定

通過(guò)對(duì)瀝青分離后的集料進(jìn)行篩分，確定了其級(jí)配，發(fā)現(xiàn)礦料變細(xì)；根據(jù)“偏差度理論”對(duì)礦料級(jí)配進(jìn)行了調(diào)整，確定了添加新料的量以及各檔添加的比例，見(jiàn)表2和表3。

表2 調(diào)整混合料級(jí)配所需新料量

表3 各檔需添加礦料

4.3 再生劑的選擇

通過(guò)分析再生劑的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)性能的要求，根據(jù)“材料復(fù)合理論”結(jié)合瀝青老化試驗(yàn)，對(duì)市面上常見(jiàn)的四種再生劑指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定，見(jiàn)表4。

表4 四種再生劑的技術(shù)指標(biāo)

結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，最終選定各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求、性?xún)r(jià)比較高的英達(dá)RAF0010再生劑作為本次研究的再生劑。分別將再生劑摻入老化瀝青和混合料中進(jìn)行分析，結(jié)果表明，再生劑對(duì)二者均有較好的再生效果。針對(duì)本次再生試驗(yàn)，英達(dá)RAF0010的最佳摻量為3%。在以后的工程應(yīng)用中，再生劑的摻量仍需要對(duì)瀝青和混合料分別進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證，方可確定最終摻量。

4.4 加鋪層厚度的確定

從京秦高速病害分布情況來(lái)看，病害主要集中在路面的上面層，病害深度最大達(dá)19 mm，所以至少對(duì)路面20 mm厚進(jìn)行處理，才可保證解決所有病害。最后運(yùn)用ANSYS有限元軟件，結(jié)合粘彈性理論，對(duì)不同厚度的一體化面層路表彎沉及應(yīng)力進(jìn)行模擬分析，得出結(jié)論：

1）加鋪層罩面厚度越大，豎向變形、水平方向變形越大，因此盡可能選擇較薄的厚度；

2）加鋪層罩面厚度從15～40 mm變化的過(guò)程中，應(yīng)力先減小后增大，在25 mm時(shí)最?。?/p>

3）再生層為SMA-13結(jié)構(gòu)，綜合彎沉和應(yīng)力兩方面來(lái)看，選擇25 mm作為加鋪層的最佳厚度。

5 施工工藝

5.1 工藝流程

一體化施工工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 一體化施工工藝流程

一體化施工與常規(guī)就地?zé)嵩偕啾?，多了一個(gè)加鋪層混合料攤鋪機(jī)，在再生混合料攤鋪后，只用熨平板對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單熨平，之后緊跟著進(jìn)行薄層混合料的攤鋪，在兩者都攤鋪、熨平之后，采用壓實(shí)機(jī)對(duì)二者進(jìn)行一體化壓實(shí)，使其形成“再生層+加鋪層”的一體化路面。

5.2 質(zhì)量保證措施

1）對(duì)高等級(jí)舊路面進(jìn)行加熱時(shí)要嚴(yán)格控制加熱溫度、時(shí)間，按照ANSYS中模擬的結(jié)果進(jìn)行，綜合考慮溫度、風(fēng)速，以控制加熱時(shí)間。

2）根據(jù)ANSYS模擬的結(jié)果，5.6 m，既避免了熱量迅速散失，又最大程度地提升了加熱效率。

3）嚴(yán)格控制耙松厚度在20 mm，過(guò)淺不能徹底解決病害，過(guò)深則會(huì)影響后續(xù)再生劑、新瀝青、新混合料的添加。

4）準(zhǔn)確控制再生劑添量為3%，均勻加入舊瀝青混合料中，添加之前，加熱至不影響再生劑質(zhì)量的最高溫度，提高再生劑的流動(dòng)性和與舊瀝青的融合性。

5）在攤鋪完再生層后，對(duì)再生混合料進(jìn)行適當(dāng)?shù)撵倨?，提高再生混合料的初始密度，減少熱量散失。

6）碾壓必須緊跟加鋪層攤鋪進(jìn)行，以免熱量過(guò)多散失，影響壓實(shí)效果。

6 路用性能及經(jīng)濟(jì)性分析

1）一體化技術(shù)在高溫穩(wěn)定性方面稍有下降，但是滿(mǎn)足規(guī)范要求。在低溫性能和水穩(wěn)定性方面一體化技術(shù)有大幅改善。

2）一體化技術(shù)施工成本比廠拌熱再生技術(shù)節(jié)約101 832元/km并且一體化技術(shù)有效利用原路面材料，減少環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。