瀝青路面熱再生技術(shù)探討

陳萍

為了提高公路工程建設(shè)水平，總結(jié)了瀝青混合料路面的老化和再生機理，分析了再生劑的技術(shù)要求和再生劑用量計算方法，并從現(xiàn)場熱再生技術(shù)和廠拌熱再生技術(shù)兩個方面，研究了路面熱再生施工工藝特點、關(guān)鍵技術(shù)及攤鋪質(zhì)量控制原則。

目前，基礎(chǔ)交通設(shè)施網(wǎng)絡(luò)不斷完善，公路工程建設(shè)規(guī)模也在逐年增加，且國內(nèi)路面結(jié)構(gòu)層大概80%以上均為瀝青混合料路面。隨著交通量和運營時間的增長、外部環(huán)境的變化，瀝青混合料路面容易出現(xiàn)老化，干擾車輛行駛舒適度及安全。當(dāng)公路里程數(shù)達到一定規(guī)模，必然會從擴張建設(shè)慢慢轉(zhuǎn)變至大中修，而路面熱再生是提高路面性能的重要措施。由于瀝青路面老化再生機理復(fù)雜，影響因素多，計算理論不成熟，國內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員通過數(shù)值計算、室內(nèi)試驗等手段分析了再生瀝青混合料配合比設(shè)計、性能變化等，并取得了一些有價值的成果，但是仍沒有形成系統(tǒng)性的理論來指導(dǎo)瀝青再生路面建設(shè)。因此，研究瀝青路面熱再生技術(shù)十分必要。

一、瀝青混合料路面老化再生機理分析

1.瀝青路面老化機理

在反復(fù)車輛荷載和外界環(huán)境（如溫度、濕度、降雨等）影響下，瀝青混合料會出現(xiàn)老化，使得路面柔性和使用出現(xiàn)一定程度的降低，導(dǎo)致各種病害的產(chǎn)生。瀝青路面的老化體現(xiàn)在物理性能和化學(xué)組成兩個方面，前者表現(xiàn)在瀝青混合料針入度、延度、脆點降低，軟化點提高；后者表現(xiàn)在瀝青混合料中芳香分轉(zhuǎn)化成膠質(zhì)，膠質(zhì)轉(zhuǎn)化成瀝青質(zhì)，從而引起瀝青質(zhì)含量大幅提高。

瀝青混合料在運輸儲存、拌和、攤鋪、運營期間均可能出現(xiàn)老化現(xiàn)象，其中運營期間的老化機理分析對于瀝青路面是至關(guān)重要的。隨著通車時間的增加，瀝青老化速率逐漸變緩。同時，在路面不同位置和不同深度，瀝青老化程度也有較大的差異。在路面使用年限和行車荷載相同的前提下，行車道的瀝青路面老化要比硬路肩嚴重，距路面0～1cm范圍內(nèi)的瀝青混合料老化速度比其它深度快。

2.瀝青路面再生機理

為了提高舊瀝青路面的使用性能，一般可將原路面銑刨破碎后加入新瀝青混合料、再生劑等進行調(diào)配，形成再生瀝青，以確保瀝青黏度、針入度、延度、穩(wěn)定度、流值等參數(shù)滿足規(guī)范要求。從化學(xué)組分轉(zhuǎn)化原理來看，再生劑的加入可以調(diào)節(jié)舊瀝青中的化學(xué)組分，使瀝青混合料的膠體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變化，達到一種新的化學(xué)平衡，以確保舊瀝青混合料使用性能能夠部分或完全恢復(fù)。

再生瀝青混合料可以視為瀝青老化的逆過程，有著新的膠體結(jié)構(gòu)與流變性質(zhì)。再生瀝青流變指數(shù)RC計算可按下式：

式中：K—再生系數(shù)；x—再生劑摻配比例，%；bC—新瀝青流變指數(shù)；0C—舊瀝青流變指數(shù)。

二、再生劑技術(shù)要求及用量

1.再生劑技術(shù)要求

再生劑用于舊瀝青再生時應(yīng)滿足以下技術(shù)要求：第一，粘度適中。再生劑粘度過大，滲透能力差。再生劑粘度過小，拌和期間易揮發(fā)。再生劑粘度可取0.01～20Pa s；第二，良好的流變性，低粘度油料可視作單組分材料，瀝青質(zhì)含量極少，流變指數(shù)可接近1；第三，能溶解瀝青質(zhì)。再生劑應(yīng)含有一定的芳香分，并控制飽和分的含量，以高效地分散舊瀝青混合料中的瀝青質(zhì)；第四，耐熱性好。再生瀝青混合料在熱拌攤鋪期間，環(huán)境溫度較高。如果再生劑耐熱性差，將會對調(diào)和瀝青的物理力學(xué)性能產(chǎn)生嚴重影響，可將薄膜烘箱試驗粘度比作為評價指標來衡量再生劑的耐熱性。

根據(jù)再生劑技術(shù)要求，其指標選取可參考表1：

表1 瀝青混凝土徐變影響因素

2.再生劑用量確定

再生劑用量確定方法有計算法和試驗法兩種。其中試驗法是先確定再生瀝青針入度，然后改變再生劑含量，使其恰好滿足針入度要求。該方法得到的再生劑劑量更容易滿足瀝青路面的使用性能，但試驗量大。計算法確定再生劑用量較簡單，但是需要測定再生劑粘度，如下式：

式中：Rη、bη—設(shè)計粘度和實際粘度，Pa s；X—再生劑含量，%；a—偏離指數(shù)，可取1.2；0η—舊瀝青粘度，Pa s。

三、瀝青混合料路面熱再生技術(shù)

1.現(xiàn)場熱再生技術(shù)

（1）現(xiàn)場熱再生特點

瀝青混合料路面現(xiàn)場熱再生是就地加熱軟化、銑刨舊路面，再重新加入瀝青、骨料、再生劑等拌和均勻，其主要特點有：第一，減少舊瀝青混合料的運輸成本及運輸途中的損耗；第二，以面層為施工對象。如果面層因裂縫、車轍等損傷到基層，應(yīng)當(dāng)先處理基層病害；第三，瀝青混合料現(xiàn)場熱再生受氣溫影響程度大，溫度較低的環(huán)境下（＜5℃）不宜施工；第四，在瀝青混合料拌和期間可及時調(diào)整其礦料級配。

（2）現(xiàn)場熱再生工藝

根據(jù)處治深度和施工方法的不同，現(xiàn)場熱再生技術(shù)主要有整形熱再生、重鋪熱再生、復(fù)拌熱再生，各施工方法施工工藝見表2：

表2 現(xiàn)場熱再生施工工藝

2.廠拌熱再生技術(shù)

（1）廠拌熱再生工藝要點

廠拌熱再生技術(shù)是將原路面銑刨后運回攪拌場地重新加入瀝青、骨料、再生劑等拌和均勻，得到符合路面適用性能的再生混合料。舊瀝青混合料在廠拌之前，應(yīng)先對舊料成分進行檢驗，根據(jù)瀝青老化程度選擇合適的添加劑。再生瀝青混合料拌和期間，應(yīng)根據(jù)不同面層技術(shù)要求對各種添加劑的比例進行動態(tài)調(diào)整。

（2）廠拌熱再生方案設(shè)計

廠拌熱再生方案設(shè)計的關(guān)鍵是確定舊瀝青混合料摻量。如果舊瀝青摻量低，其對再生混合料性能的影響不大；如果舊瀝青摻量高，會主導(dǎo)再生混合料的路用性能。鑒于此，以舊瀝青指標、級配控制為原則，提出了廠拌熱再生方案的設(shè)計流程，如見圖1所示。

圖1 瀝青廠拌熱再生方案確定

3.再生瀝青路面的攤鋪

在進行再生瀝青路面攤鋪時，應(yīng)當(dāng)在保障路面攤鋪質(zhì)量的條件下，最大限度地減少縱向接縫數(shù)量、提高攤鋪寬度，盡量做到一次全幅攤鋪。同時，如果瀝青路面的縱向接縫無法避免，攤鋪時應(yīng)在接縫兩側(cè)重疊至少2～5cm，且上下接縫錯開間距必須大于20cm。接縫應(yīng)盡可能設(shè)在距離路肩較近位置，以改善行車道的平整度。為了改善再生瀝青路面建設(shè)質(zhì)量和使用性能，分幅施工時應(yīng)當(dāng)遵循以下幾個原則：

供料：再生瀝青供料應(yīng)及時，確保面層攤鋪連續(xù)，且混合料的攪拌溫度、出廠溫度、拌和均勻性等滿足規(guī)范要求。

攤鋪速度：為了避免再生瀝青混合料產(chǎn)生離析現(xiàn)象，攤鋪速度應(yīng)穩(wěn)定在2～5m/min范圍內(nèi)。

預(yù)壓：下層再生瀝青的預(yù)壓實度宜在90%。壓實度太小,下層結(jié)構(gòu)層不穩(wěn)定,上層攤鋪時容易出現(xiàn)推移等現(xiàn)象；壓實度太大,下層結(jié)構(gòu)層剛度大，不利于瀝青壓實時混合料顆粒之間咬合嵌鎖形成密實結(jié)構(gòu)。

養(yǎng)護：再生瀝青混合料路面攤鋪完工后,為了確保路面不發(fā)生變形，應(yīng)養(yǎng)護24h以上才能開放交通。

四、結(jié)語

分析了瀝青混合料路面的老化再生機理、再生劑用量計算方法、路拌和廠拌熱再生施工工藝等，主要得到了以下結(jié)論：

（1）瀝青混合料再生可以視作瀝青老化的逆過程，再生瀝青有新的膠體結(jié)構(gòu)與流變性質(zhì)。

（2）再生劑一般選擇低粘度油料，需具有良好的粘度和流變性、能溶解瀝青質(zhì)、耐熱性好等特點。

（3）現(xiàn)場熱再生技術(shù)主要有整形熱再生、重鋪熱再生、復(fù)拌熱再生三種，各工藝的處理深度分別為2～3 cm、4～6 cm、4～6cm。

（4）廠拌熱再生方案設(shè)計的關(guān)鍵是確定舊瀝青混合料合理摻量，并對各種添加劑比例進行動態(tài)調(diào)整。