高等級公路瀝青混凝土路面再生適用性

黃 健

（安徽智帆建設(shè)工程有限公司， 安徽 六安 237000）

近年來我國公路建設(shè)得到迅速發(fā)展，交通部公布交通運輸業(yè)發(fā)展統(tǒng)計報告顯示，全國公路密度為72km/100km2，鋪裝路面公路里程占總里程的82%，瀝青砼路面88 萬km，全國公路養(yǎng)護(hù)里程占總里程的90%，養(yǎng)護(hù)公路里程比重持續(xù)上升。隨著我國道路建設(shè)事業(yè)快速發(fā)展，早期修建公路通車后受到環(huán)境等因素影響，路面使用性能下降，瀝青砼采用材料主要成分包括瀝青集料，瀝青混合料受到物理破壞影響，瀝青材料隨著使用年限延長老化，表現(xiàn)為輕質(zhì)部分散失，瀝青路面損壞現(xiàn)象出現(xiàn)，不能滿足使用要求需進(jìn)行返修。瀝青混合料中粘結(jié)料為不可再生資源，我國路用瀝青貨源緊張，每年道路返修挖出大量廢舊瀝青混合料，如不回收利用會造成資源浪費，對道路修護(hù)中產(chǎn)生廢棄物處理再生利用可以降低維修成本，實現(xiàn)路面養(yǎng)護(hù)低碳環(huán)保，對瀝青路面廢棄物再生利用符合推進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)文明為重要內(nèi)涵的綠色發(fā)展要求，與我國建設(shè)環(huán)境友好社會目標(biāo)一致。

1 高等級公路瀝青砼路面特點

瀝青砼路面構(gòu)造相對復(fù)雜，高速公路需要承受更大壓力，高速公路行駛車輛多，高等級公路交通渠道化，交通量大等特點，決定高速公路瀝青砼路面設(shè)計等方面非常重要，高等級公路瀝青同路面設(shè)計方法及使用性能衰變規(guī)律等方面不同于普通公路，高速公路瀝青砼路面設(shè)計材料選擇等方面與再生瀝青砼路面具有相同點。

高等級公路量砼路面設(shè)計以分析法為基礎(chǔ)，可判斷由于交通等原因?qū)е聺撛谄茐模瑤椭O(shè)計人員選擇合適的結(jié)構(gòu)降低損壞程度。分析法初始設(shè)計方面具有較強(qiáng)可變荷載適用性；提高使用性能預(yù)估可靠度；較低成本下優(yōu)化路面性能；更好地利用現(xiàn)有材料等優(yōu)點。瀝青砼路面再生應(yīng)從路面分析法設(shè)計出發(fā)，彌補(bǔ)應(yīng)用于再生路面設(shè)計。準(zhǔn)確建立材料力學(xué)模型有助于確定路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力，瀝青砼路面定義材料力學(xué)性能特征，需考慮與荷載有關(guān)應(yīng)力狀態(tài)，施工條件與環(huán)境狀況等因素。瀝青混合料具有彈性性質(zhì)，模擬混合料對車輛荷載形變反映特性測試法，對路面設(shè)計產(chǎn)生很大影響。目前瀝青混合料由靜態(tài)實驗測定特性，基于使用性能力學(xué)設(shè)計分析要求材料動態(tài)荷載試驗，確定模擬使用下荷載形變反映。

材料形狀體現(xiàn)瀝青砼路面再生技術(shù)，是進(jìn)行再生瀝青混合料設(shè)計的基礎(chǔ)。分析法為基礎(chǔ)設(shè)計控制指標(biāo)包括溫度開裂，永久變形等，是高等級公路瀝青砼路面出現(xiàn)較多病害，車轍是高公路瀝青砼路面的顯著特點【1】。永久形變原因包括剪切流動與混合料壓實，溫度疲勞開裂的溫度循環(huán)導(dǎo)致開裂。疲勞開裂為荷載反復(fù)作用路面處于應(yīng)力應(yīng)變下，導(dǎo)致路面強(qiáng)度下降，路面產(chǎn)生應(yīng)力超過強(qiáng)度下降結(jié)構(gòu)抵抗力導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋。瀝青砼路面損壞特征反映路面材料薄弱環(huán)節(jié)，是確定再生工藝設(shè)計的依據(jù)。

實用性價值較高的路面材料大多為瀝青，路面鋪設(shè)瀝青可降低路面損壞度，瀝青路面鋪設(shè)減少車輛的損壞度，但仍存在損害現(xiàn)象。必須加強(qiáng)對瀝青砼路面的研究，大型載貨車在高速公路行駛時，瀝青砼路面有部分區(qū)域由于過大壓力損壞，需采取措施補(bǔ)救修復(fù)。高速公路是國家物流運輸關(guān)鍵通道，高速公路是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，必須做好高速公路路面養(yǎng)護(hù)管理【2】。近年來我國交通運輸行業(yè)快速發(fā)展，使得高速公路路面損壞度增加，高速公路路面損壞嚴(yán)重影響交通運輸業(yè)的發(fā)展，要想推動交通運輸業(yè)快速發(fā)展，必須做好道路運行管理，需要結(jié)合發(fā)達(dá)國家經(jīng)驗進(jìn)行高等級公路瀝青砼再生適應(yīng)性研究。

2 公路瀝青路面再生技術(shù)研究

瀝青路面現(xiàn)場再生技術(shù)是將瀝青路面用銑刨拌合機(jī)將混合料在路面銑刨，破碎加入穩(wěn)定劑等按比例重新拌和混合料，使之滿足路用性能的工藝技術(shù)，路面冷再生可作為新路基層使用。由于舊材料重復(fù)利用，路面幾何線形得到保持，相比其它瀝青路面修復(fù)技術(shù)可減少交通中斷情況，再生后瀝青路面與新鋪瀝青路面性能相當(dāng)。

瀝青砼路面再生利用方法取決于再生路面結(jié)構(gòu)狀況，再生成型路面層次功能及經(jīng)濟(jì)條件等多方面，應(yīng)根據(jù)再生對象使用目的采用不同再生方法。舊瀝青砼路面再生是將舊瀝青砼路面通過混合新組分等方式，重新鋪筑成新瀝青砼路面結(jié)構(gòu)層，可分為廠拌熱冷再生與現(xiàn)場冷熱再生。根據(jù)瀝青砼路面不同再生方法，結(jié)合瀝青砼路面結(jié)構(gòu)特點，得出不同再生方法可再生形成瀝青砼路面層面【3】。處理路面層面由現(xiàn)場設(shè)備與攪拌工藝決定，總結(jié)再生方法處 理路面層，按適用性能分為能與不能。

廠伴熱再生是將舊瀝青砼路面層經(jīng)銑刨回收到再生拌和廠，進(jìn)行破碎篩分預(yù)處理后摻入新骨料等，用改裝再生瀝青砼攪拌設(shè)備加熱拌和，廠伴熱再生添加新瀝青等組分，應(yīng)針對再生瀝青砼混合料用層面進(jìn)行材料性能配比設(shè)計。瀝青砼層重鋪與新路施工相同按上中下面層不同技術(shù)要求進(jìn)行。現(xiàn)場熱再生是舊瀝青砼路面上面層經(jīng)翻松刨銑，摻入新瀝青等，利用現(xiàn)場拌和設(shè)備加熱拌和?，F(xiàn)場熱再生針對瀝青砼路面表面層進(jìn)行性能恢復(fù)，采用現(xiàn)場熱再生技術(shù)方案有整形、復(fù)拌等。

自80年代以來在國外得到廣泛應(yīng)用，得到規(guī)范化成熟度。德國最早將再生料用于高速公路路面養(yǎng)護(hù)，法國開始在高速公路路面修復(fù)工程中推廣應(yīng)用，瀝青再生技術(shù)是公路建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)措施。再生技術(shù)通過利用現(xiàn)有材料，防止瀝青砼廢料對周邊環(huán)境污染，目前普遍用于路面工程的石油瀝青主要元素為碳?xì)淞?，有關(guān)資料顯示石油瀝青化學(xué)惰性難以降解，影響周邊生態(tài)與居民身體健康。有效利用瀝青砼廢料有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。瀝青砼路面再生技術(shù)優(yōu)勢體現(xiàn)在節(jié)約資源，投入成本低，保持原路面幾何線形等。冷再生技術(shù)充分利用廢舊混合料，節(jié)約大量砂石料，有效節(jié)約廢舊路混合料占用土地資源。瀝青路面再生投入成本較低，再生后可提高路面基層強(qiáng)度，相比公路大修方式可降低工程造價?，F(xiàn)場再生技術(shù)可保持原路平面，防止路面大修引起附屬設(shè)施破壞。

3 高速公路瀝青路面再生技術(shù)適用性

我國多年來普遍采用強(qiáng)基薄面形式基層瀝青路面結(jié)構(gòu)，半剛性瀝青路面常用基層有水泥穩(wěn)定粒料，裂縫是半剛性瀝青路面主要缺陷，由于裂縫導(dǎo)致出現(xiàn)系列病害。半剛性基層材料強(qiáng)度等因重復(fù)荷載作用影響衰減，半剛性基層狀態(tài)為整塊向大塊，小塊向碎塊變化，因此高速公路大修普遍采用挖出底基層重新鋪筑方式。挖出舊瀝青路面重新鋪筑工程造價高，污染環(huán)境大，需中斷交通施工影響車輛行人通行。

3.1 瀝青砼路面材料再生機(jī)理

瀝青砼路面再生關(guān)鍵是舊路面材料利用，舊砂石材料再生應(yīng)通過摻加新集料調(diào)整級配，舊瀝青再生根據(jù)老化機(jī)理，混溶適宜的新瀝青，舊瀝青性狀是決定瀝青砼路面再生適用性的關(guān)鍵【4】。舊瀝青砼路面再生包括粘結(jié)劑與骨料再生利用，舊粘結(jié)劑再生是瀝青路面再生適用性的關(guān)鍵。瀝青砼路面再生是再生材料設(shè)計的依據(jù)。瀝青材料是由瀝青質(zhì)等組分組成混合物，瀝青由分子量不等的碳?xì)浠衔锝M成混合物，用不同組分配比再生劑混溶老化瀝青組分調(diào)和完成瀝青再生。研究表明新舊瀝青調(diào)和針入度呈對數(shù)直線關(guān)系，作為再生瀝青混合料配比設(shè)計依據(jù)。采用SHRP 性能指標(biāo)對新舊瀝青調(diào)和規(guī)律研究，分析得出新舊瀝青與調(diào)和瀝青車轍因子有對數(shù)直線關(guān)系，lgGmix=algG1+(1+a)lgG2,為再生瀝青混合料設(shè)計采用SHRP 方法提供依據(jù)。

溶液相容性力量認(rèn)為溶質(zhì)溶解度參數(shù)與溶劑差值小于定值，將瀝青視為軟瀝青質(zhì)溶解瀝青質(zhì)形成溶液，針對耐老化性瀝青公式△δ=δAT-δM＜K,△δ AT 為瀝青質(zhì)溶解度參cal/cm3，△δ為瀝青質(zhì)與軟瀝青質(zhì)溶解度參數(shù)差，△δ M 為瀝青質(zhì)溶解度參數(shù)，K 為穩(wěn)定溶解度參數(shù)差限值。K=0.76 時瀝青有較好相容性，回收瀝青K 在1 以上，隨著老化瀝青化學(xué)結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致溶解度差值增大。瀝青再生是調(diào)節(jié)各組分溶解度參數(shù)差的過程，舊瀝青中摻加再生劑，可使瀝青質(zhì)含量降低，摻加再生劑可提高軟瀝青至溶解能力。復(fù)合理論將復(fù)合材料視為多相系統(tǒng)，力學(xué)性能等遵循混合物定律方程，M=M1V1+M2(1-V1).M1 為基本相性能。瀝青砼路面材料再生機(jī)理可用材料復(fù)合理論解釋，添加水泥及舊瀝青等粘結(jié)劑為分散相，再生混合料性能與骨料及其含量有關(guān)。

3.2 舊路面材料再生適用性

老化瀝青流變指標(biāo)表現(xiàn)為粘度增大，延度減小。隨著再生劑摻加比例增加，老化瀝青流變指標(biāo)項新瀝青過渡，表明舊瀝青材料具有較好再生適用性。瀝青砼路面再生工藝中，舊瀝青受熱不亞于普通瀝青砼，舊瀝青耐熱老化再適應(yīng)性應(yīng)得到重視，對進(jìn)行老化的殼牌S70 瀝青進(jìn)行短期老化，與S70 原始瀝青短期老化SHRP 性能指標(biāo)變化對比。

通過測試表明舊瀝青再老化速率變緩，調(diào)和軟瀝青耐老化性能與S70 相近，調(diào)和出再生瀝青耐老化性能優(yōu)于原始瀝青S70，舊瀝青受熱再老化有良好適用性。瀝青砼路面舊礦料與普通瀝青混合料組成機(jī)理相同，應(yīng)掌握車輛荷載作用的舊礦料性狀變化情況。舊瀝青砂石材料級配性狀影響其再生路面結(jié)構(gòu)層適用性，經(jīng)長期交通荷載作用，舊瀝青粗集料部分細(xì)化成細(xì)集料，最終粉料量變化不明顯。舊集料級配細(xì)化不嚴(yán)重，再生中可通過添加粗骨料調(diào)整。冷再生中收集舊集料作為骨料冷拌，應(yīng)分析舊集料黃土表觀級配組成。

由于舊瀝青裹覆結(jié)團(tuán)作用，與高等級公路基層級配碎石規(guī)范要求相比，細(xì)料通過率偏差較小，路面基層舊料具有較好再生適用性?；厥张f骨料強(qiáng)度影響瀝青舊料再生適用性，舊骨料指標(biāo)滿足規(guī)范對新骨料要求，添加適用針片狀含量小碎石，可彌補(bǔ)細(xì)料扁平顆粒含量多缺陷。舊集料顆粒形狀強(qiáng)度具有較好再生適用性。

4 結(jié)語

本文對高等級瀝青路面再生技術(shù)進(jìn)行研究，在瀝青流變指標(biāo)等方面，公路瀝青砼路面材料具有良好再生適用性，不同再生工藝要求不同，不同瀝青砼路面結(jié)構(gòu)類型有不同再生法適用性，瀝青砼路面再生應(yīng)根據(jù)舊料再生機(jī)理選擇適宜工藝。用現(xiàn)代科技做好公路養(yǎng)護(hù)具有管理優(yōu)勢，但存在一些劣勢，如公路養(yǎng)護(hù)管理模式落后，基礎(chǔ)設(shè)施落后。近年來城市化發(fā)展趨勢加劇管理難度。要想成功的管理好道路資源分配，必須抓住可持續(xù)發(fā)展機(jī)會?，F(xiàn)場冷再生深度較大，可將原路面基層打開，形成高強(qiáng)度柔性基層，通過現(xiàn)場冷再生技術(shù)優(yōu)點分析，表明再生技術(shù)適合我國高速公路大修工程，為日常養(yǎng)護(hù)工作提供新的技術(shù)。由于冷再生技術(shù)充分利用原有材料，破碎后粒料級配不同，冷再生需添加新集料調(diào)整級配。冷再生技術(shù)是我國新興施工工藝，目前未進(jìn)行規(guī)模施工，通過試驗段工作，應(yīng)建立再生施工技術(shù)規(guī)范。