瀝青路面復拌就地熱再生施工過程控制分析

黃海鋒，吳大軍，王榮舜，陳業(yè)興，朱華陽

(1.廣西路建工程集團有限公司，廣西 南寧 530000； 2.重慶交通大學，重慶 400074)

0 引言

截至2020年底，我國公路總里程已達519.81萬km，公路養(yǎng)護里程514.40萬km，占到公路總里程的99%。我國公路行業(yè)近幾年已經(jīng)從大建設(shè)期向大養(yǎng)護期迅速轉(zhuǎn)變，大多數(shù)公路路面需要進行養(yǎng)護。就地熱再生技術(shù)是目前較為適用的一種預防性養(yǎng)護技術(shù)，由于其可充分再生利用原路面瀝青混合料，不會產(chǎn)生銑刨廢棄材料，具有經(jīng)濟、高效、綠色環(huán)保、快速和交通干擾小等優(yōu)點，在瀝青路面的修復中廣泛應用[1]。桂林市靈三高速公路全長41.71 km，雙向四車道，主線為半剛性基層瀝青路面，上、中、下面層分別為4 cm AC-13C，6 cm AC-20C和6 cm AC-25C。該高速公路于2003年開工建設(shè)，2008年3月建成通車，運營已經(jīng)12 a，路面、結(jié)構(gòu)物及附屬設(shè)施已出現(xiàn)了不同程度的病害，通過對原路面進行調(diào)查與分析，該項目采用復拌就地熱再生技術(shù)具有良好的適用性，其中路面就地熱再生厚度為上面層4 cm，工程量為595 400 m2。

依托桂林市靈三高速公路復拌就地熱再生項目，對瀝青路面復拌就地熱再生施工過程控制進行分析。首先分析了瀝青路面就地熱再生加熱方式、加熱工況及熱物性參數(shù)、施工加熱控制要點等因素對就地熱再生加熱效率的影響，并從配合比設(shè)計、施工工藝控制、試驗路質(zhì)量檢測3個方面詳細介紹了就地熱再生的具體實施過程。從而為后續(xù)復拌就地熱再生施工項目提供經(jīng)驗，能夠在施工過程中保證瀝青路面施工質(zhì)量的同時提高就地熱再生施工速度，實現(xiàn)項目效益的最大化。

1 影響瀝青路面復拌就地熱再生施工過程加熱效率因素分析

通過對瀝青路面復拌就地熱再生加熱方式、加熱工況及熱物性參數(shù)、施工加熱控制要點等3個方面對瀝青路面就地熱再生施工加熱效率研究分析。

1.1 瀝青路面就地熱再生加熱方式

瀝青路面就地熱再生過程中，根據(jù)就地熱再生機組加熱設(shè)備不同，常用的加熱方式為：明火加熱方式、熱風循環(huán)加熱方式、紅外線輻射加熱方式、間歇式熱輻射加熱方式等[2]。

1)明火加熱方式。明火加熱方式是指燃料經(jīng)過燃燒產(chǎn)生明火，直接連續(xù)加熱瀝青路面。這種加熱方式在加熱過程中容易造成瀝青路面局部過熱、焦碳化等，導致回收的RAP料質(zhì)量出現(xiàn)問題，進而嚴重影響后續(xù)施工質(zhì)量。此外，該方式施工現(xiàn)場煙霧大，污染環(huán)境嚴重，明火加熱方式逐漸被淘汰。

2)熱風循環(huán)加熱方式。熱風循環(huán)加熱方式進行加熱時，瀝青路面中溫差分布相對較小且較均勻，一般不會因為加熱溫度過高導致瀝青路面表層老化，但這種加熱方式以熱傳導為主，達到瀝青軟化條件需要的時間相對較長，施工效率較低。

3)紅外線輻射加熱方式。紅外線輻射加熱方式是目前較為廣泛使用的加熱方式。在加熱過程中，由于具有一定的穿透能力，加熱效率高，但加熱時只能連續(xù)散發(fā)熱量進而對舊瀝青路面連續(xù)加熱，也易出現(xiàn)局部過熱、焦化、碳化。

4)間歇式熱輻射加熱方式。間歇式熱輻射加熱方式是根據(jù)原路面材料的性質(zhì)設(shè)定加熱溫度上下限，然后進行加熱。在加熱過程中，熱量可逐漸滲透到路面表層，能保證施工溫度，也能滿足加熱深度要求，最大限度地減少原路面的瀝青在加熱過程中的二次老化。

其中明火加熱方式、熱風循環(huán)加熱方式、紅外線輻射加熱方式均為連續(xù)加熱方式，連續(xù)式加熱方式存在熱能不能足夠時間滲透，導致路面表面燒焦和深層瀝青混合料溫度不足，會打碎集料，破壞原路面的級配兩大問題，然而間歇式熱輻射加熱方式能做到將深層瀝青混合料加熱至所需溫度，路面表面不會過熱，集料不會被打碎，級配相對可控，具有較好的加熱效果，同時還可以降低能源消耗[3]。因此，通過四種加熱方式的對比分析，桂林靈三高速公路復拌就地熱再生項目施工采用的間歇式熱輻射加熱方式能夠提高施工加熱效率，保證再生瀝青路面施工質(zhì)量。

1.2 加熱工況及熱物性參數(shù)對復拌就地熱再生加熱效率的影響

就地熱再生施工過程中，無論采用何種加熱方式，影響加熱效率的因素主要包括兩個部分，一部分是外部因素，其中就包括加熱工況；另一部分來自瀝青路面內(nèi)部瀝青混合料的熱物性參數(shù)的影響[4]。

1.2.1 加熱工況對就地熱再生加熱效率的影響

加熱工況對就地熱再生加熱效率的影響因素主要包括環(huán)境溫度、風速、太陽輻射等，不同的加熱方式，由于其加熱機理不同，各因素對其影響也存在一定的差異。

1)環(huán)境溫度對加熱效率影響較大。當環(huán)境溫度較高時，瀝青路面的初始溫度相對就較高，溫差相對較小。在進行熱量傳遞時，4 cm深瀝青混合料能更快的滿足就地熱再生溫度要求，縮短加熱時間，提高加熱效率。對于就地熱再生施工，環(huán)境溫度基本相當于原瀝青路面的初始溫度，這對提高加熱效率具有極其重要的意義。因此，環(huán)境溫度較低時，應停止就地熱再生施工。2)風速對本依托項目采用的間歇式熱輻射加熱方式影響較大。不同的風速對它有不同的影響，在同等條件下，隨著深度增加，風速對其影響逐漸減小。因此，在對瀝青路面進行加熱時，根據(jù)風速及時調(diào)整加熱設(shè)備的功率，并盡可能在風速較低的環(huán)境下進行加熱。3)在所有的加熱工況中，太陽輻射對加熱效率的影響不是太大。太陽輻射從50 W/m2增加到1 000 W/m2時，瀝青結(jié)構(gòu)層中心溫度變化不超過2 ℃[5]。于是在某些情況下我們是可以忽略太陽輻射對其加熱效率的影響。

1.2.2 熱物性參數(shù)對就地熱再生加熱效率的影響

瀝青混合料的熱物性參數(shù)是指在就地熱再生加熱過程中，對瀝青混合料溫度的傳遞具有一定影響的材料屬性，主要包括導熱系數(shù)、比熱容、密度、吸收率、發(fā)射率、熱擴散率等，其中起主要作用的是導熱系數(shù)和比熱容。

瀝青混合料的導熱系數(shù)是指瀝青路面中熱量傳遞的能力，導熱系數(shù)越大則瀝青混合料的導熱速度就越快。瀝青混合料的比熱容大，又由于其瀝青路面導熱系數(shù)低，在加熱過程中經(jīng)常造成路面表層溫度過高，而路面表層以下瀝青路面溫度上升緩慢的現(xiàn)象。因此，不同瀝青混合料由于其導熱系數(shù)和比熱容不同，影響其加熱效率。

1.3 瀝青路面復拌就地熱再生施工加熱控制要點

施工溫度的控制是瀝青路面就地熱再生施工的關(guān)鍵，施工溫度反映了加熱效率，為了提高瀝青路面就地熱再生施工的加熱效率，在加熱過程中應做好施工溫度監(jiān)測，所有加熱車輛應按照設(shè)定的施工速度勻速前進，盡量縮短施工車輛之間的距離，并根據(jù)施工現(xiàn)場環(huán)境溫度適當調(diào)整加熱設(shè)備的數(shù)量等。此外，車輛底部和車輛之間的縫隙應設(shè)置保溫板，避免過多的熱量散失，保證加熱溫度和深度滿足就地熱再生施工要求，提高就地熱再生施工瀝青路面的加熱效率。

2 瀝青路面復拌就地熱再生瀝青混合料配合比設(shè)計

2.1 復拌就地熱再生混合料礦料配合比的計算

靈三高速公路復拌就地熱再生項目配合比設(shè)計采用的級配類型為AC-13，設(shè)計新料與原路面混合料的礦料添加比例為20%∶80%，通過礦料配合比的計算，最終確定各檔礦料和原路面礦料配合比見表1。

表1 復拌就地熱再生混合料礦料配合比

2.2 確定新瀝青混合料最佳油石比、再生劑和熱瀝青摻量

新添加瀝青混合料采用4.7%，5.0%，5.3%三種油石比，將新添加瀝青混合料與原路面料添加3%再生劑和0.2%熱瀝青后的瀝青混合料進行復拌，其中復拌瀝青混合料的礦料配比為10 mm～15 mm∶5 mm～10 mm∶0 mm～5 mm∶礦粉∶原路面料=5.6%∶6.2%∶7.4%∶0.8%∶80%。制作馬歇爾試件，進行馬歇爾試驗和馬歇爾穩(wěn)定度試驗驗證。

根據(jù)AC路面設(shè)計要求和實際工程情況，上面層AC-13空隙率應控制在4%～5.5%。該項目空隙率、穩(wěn)定度和流值指標均滿足設(shè)計要求時，新添加瀝青混合料的最佳油石比為5.0%。

對摻加3%再生劑和0.2%熱瀝青后的原路面及添加20%新料后的再生瀝青混合料進行馬歇爾試驗和浸水馬歇爾試驗驗證，用來評價再生后瀝青混合料的抗水損害能力；進行車轍試驗驗證，用來評價瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。結(jié)果表明采用復拌再生后，復拌瀝青混合料的各項性能指標均滿足規(guī)范要求。因此復拌瀝青混合料再生劑摻量為3%，熱瀝青摻量為0.2%。

2.3 復拌就地熱再生瀝青混合料配合比

根據(jù)礦料配合比的計算和通過試驗對新瀝青混合料最佳油石比、再生劑和熱瀝青摻量的確定，復拌就地熱再生瀝青混合料配合比見表2。

表2 復拌就地熱再生瀝青混合料配合比

3 瀝青路面復拌就地熱再生施工工藝流程

該項目1套就地熱再生機組一般條件下主要包括：3臺HM16路面加熱機、1臺RM6800耙松機、1臺HM18路面加熱機、1臺TR165布料機、1臺EM6500新舊料復拌機、攤鋪機及鋼、膠輪壓路機等[6]。具體施工工藝流程圖見圖1。

1)3臺HM16路面加熱機對瀝青路面進行加熱。

第一臺HM16加熱后路面溫度約為90 ℃～130 ℃，第二臺HM16加熱后路面溫度約為140 ℃～170 ℃，第三臺HM16加熱后路面溫度約為180 ℃～190 ℃。

2)經(jīng)RM6800翻松后，再生劑噴嘴行進至施工開始位置，打開旋轉(zhuǎn)式噴灑設(shè)備，首先調(diào)整材料要噴灑劑量，噴灑適量的再生劑和熱瀝青，再用收集器將被耙松的瀝青混合料一次收集到路面中心，形成連續(xù)的梯形截面料帶。

3)HM18路面加熱機將梯形的截面料帶進行分散后再次進行加熱，然后再將RAP料收集成連續(xù)的梯形截面料帶。

4)TR165牽引機在RAP料帶上添加一定比例的新瀝青混合料。

5)EM6500新舊料復拌機將已經(jīng)添加新瀝青混合料的料帶進行提升，攪拌均勻，形成再生瀝青混合料。

6)攤鋪機將再生瀝青混合料進行攤鋪，壓路機進行碾壓，壓實后形成再生瀝青路面層。

瀝青路面是一個密實的、具有一定強度的整體，其加熱主要是為了保護原路面骨料級配，充分、高效地利用舊瀝青路面材料[7]。在瀝青路面加熱過程中，瀝青路面一般加熱至90 ℃～190 ℃，當溫度低于90 ℃時，瀝青混合料之間的黏結(jié)力沒有消除，會損壞骨料；當加熱溫度高于190 ℃時，將導致瀝青路面老化，影響就地熱再生瀝青混合料的質(zhì)量。因此，在就地熱再生施工中，應嚴格控制施工工藝流程的加熱溫度，特別是路面加熱機對原瀝青路面的加熱溫度。這一環(huán)節(jié)對提高瀝青路面的施工速度和加熱效率，保證就地熱再生瀝青路面的施工質(zhì)量具有比較大的作用。

4 復拌就地熱再生工程質(zhì)量檢驗

為檢驗復拌就地熱再生施工工程質(zhì)量，根據(jù)相關(guān)規(guī)范及評定標準對壓實度、厚度、滲水系數(shù)、構(gòu)造深度和平整度等指標進行現(xiàn)場試驗檢測，具體檢測結(jié)果見表3。

表3 現(xiàn)場試驗檢測數(shù)據(jù)表

根據(jù)表3現(xiàn)場試驗檢測數(shù)據(jù)，復拌就地熱再生瀝青路面壓實度、厚度、滲水系數(shù)、構(gòu)造深度和平整度等各項指標均能滿足施工要求，表明復拌就地熱再生施工過程控制具有良好的施工效果。

5 結(jié)語

1)對原路面的加熱溫度是就地熱再生實施的關(guān)鍵，就地熱再生應嚴格控制加熱溫度，建議最后一臺加熱機后的路表溫度不高于230 ℃。

2)AC型就地熱再生路面的攤鋪溫度應控制在不低于130 ℃。

3)HM18路面加熱機能有效降低舊料結(jié)團，當溫度過低或者舊料結(jié)團過多時，建議采用其進行二次加熱和收料。