就地?zé)嵩偕夹g(shù)在瀝青公路養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用研究

趙 鑫

（三門峽市公路局，河南三門峽472000）

近年來，隨著我國公路工程的高速發(fā)展，早期修建的瀝青公路已進(jìn)入養(yǎng)護(hù)階段，而維修過程中產(chǎn)生的廢舊瀝青混合料大量堆放，不僅浪費(fèi)了土地資源，更對生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重影響[1-2]。因此，如何有效循環(huán)利用廢舊瀝青混合料對于解決我國能源危機(jī)具有重要意義[3]。

目前，已有不少學(xué)者采用就地?zé)嵩偕夹g(shù)有效利用了廢舊瀝青混合料[4]。如劉寧等[5]結(jié)合柳州市某市政道路提升改造工程實(shí)例，介紹了瀝青路面就地?zé)嵩偕夹g(shù)的施工流程以及技術(shù)適用性，并對工程質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)和社會效益以及節(jié)能減排效果進(jìn)行了評價。姚廒等[6]根據(jù)高速公路舊瀝青路面回收料和路面狀況調(diào)查結(jié)果，并進(jìn)行混合料配合比優(yōu)化設(shè)計，有效提升了瀝青路面就地?zé)嵩偕鸀r青混合料的質(zhì)量。莊艷偉[7]采用就地?zé)嵩偕夹g(shù)進(jìn)行路面改建取得了良好施工效果，且對廢舊瀝青混合料的利用率高，可有效降低成本。李杰[8]通過就地?zé)嵩偕夹g(shù)良好地解決了湖南潭衡西高速公路車轍病害等難題，路面各項(xiàng)性能指標(biāo)也符合規(guī)范要求，完全滿足繼續(xù)承載交通運(yùn)輸?shù)囊?。上述關(guān)于就地?zé)嵩偕旌狭系难芯?，大多是針對普通瀝青混合料的配合比設(shè)計和路用性能，而針對改性瀝青混合料的配合比設(shè)計和再生性能研究還不夠完善?；诖耍疚囊阅彻佛B(yǎng)護(hù)工程為例，深入研究了就地?zé)峒夹g(shù)再生瀝青混合料的配合比設(shè)計以及路用性能的改善效果，并結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)一步驗(yàn)證了就地?zé)嵩偕夹g(shù)在改性瀝青SMA路面養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用效果。

1 試驗(yàn)原材料

1.1 回收瀝青性能評價

回收老化瀝青來自某運(yùn)營將近十年的瀝青公路，該路面上面層采用改性瀝青SMA混合料，經(jīng)檢測回收老化瀝青性能指標(biāo)見表1。

表1 回收老化瀝青性能測試指標(biāo)Table 1 Performance test index of recycled aged asphalt

根據(jù)表1可知，回收的老化瀝青部分性能出現(xiàn)了較大幅度的衰減，其中針入度和延度指標(biāo)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于技術(shù)要求，車轍因子和軟化點(diǎn)雖然高于技術(shù)要求，但過大程度的增長會導(dǎo)致路用性能下降。因此，為恢復(fù)老化瀝青的性能，通過摻入新料并采用就地?zé)嵩偕夹g(shù)對瀝青路面進(jìn)行改造，新料的摻量一般不超過20%，無法完全恢復(fù)舊料的性能，需結(jié)合適量的再生劑進(jìn)行再生。

1.2 再生劑的選擇

再生劑種類主要包含軟瀝青、生物油、低粘度油分以及專用再生劑，本次實(shí)驗(yàn)采用BJ-1型再生劑，顏色為墨綠色，其主要技術(shù)性能見表2。

表2 BJ-1再生劑主要性能指標(biāo)Table 2 Main performance indexes of BJ-1 regenerant

2 配合比設(shè)計

2.1 確定合成級配

經(jīng)檢測原路面回收的舊料級配相對偏大，且長期受車轍作用以及瀝青老化的影響，路面材料有較大程度的損耗，因此，為提升其路用性能和匹配原路面厚度，需在回收舊料中摻入適量新料來優(yōu)化再生混合料的級配和增加路面厚度。根據(jù)回收舊料的篩分結(jié)果可確定新料的摻量為17%，再生混合料合成級配如圖1所示。

圖1 再生混合料合成級配Fig. 1 Composite grading of recycled mixture

2.2 確定最佳油石比

參照原路面瀝青混合料配合比設(shè)計和最佳油石比，再生混合料油石比初定5.4%、5.6%和5.8%三種方案，并分別進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，結(jié)果見表3。

表3 再生混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Marshall test results of recycled mixture

根據(jù)表3可知，油石比選擇5.6%成型的再生混合料馬歇爾試件，其空隙率、穩(wěn)定度及流值均要優(yōu)于油石比為5.4%和5.8%的試件，由此可確定再生瀝青混合料的最佳油石比為5.6%。綜合上述試驗(yàn)結(jié)果，并結(jié)合已有工程再生劑使用經(jīng)驗(yàn)，最終確定再生混合料材料組成比例依次為：舊料為83%、新料為17%、再生劑摻量為2%、最佳油石比為5.6%。

3 再生混合料路用性能分析

按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E 20-2011）規(guī)范要求，針對采用就地?zé)嵩偕夹g(shù)制備的再生瀝青混合料以及回收瀝青混合料進(jìn)行路用性能試驗(yàn)，具體分析過程如下。

3.1 高溫穩(wěn)定性能

再生混合料高溫車轍性能通過動態(tài)蠕變試驗(yàn)進(jìn)行評價，針對再生瀝青混合料和回收瀝青混合料的永久變形過程進(jìn)行對比分析，結(jié)果如圖2所示。

圖2 再生混合料動態(tài)蠕變變化曲線Fig. 2 Dynamic creep curve of recycled mixture

根據(jù)圖2可知，采用就地?zé)嵩偕夹g(shù)制備的再生混合料的高溫抗車轍性能得到較大程度改善，相對于回收的瀝青混合料，再生混合料更快地進(jìn)入了永久變形階段，剪切流動更為明顯，其累計應(yīng)變和后期變形斜率也相對更小，說明采用就地?zé)嵩偕夹g(shù)制備瀝青混合料對高溫穩(wěn)定性能的提升效果顯著。

3.2 水穩(wěn)定性能

再生混合料水穩(wěn)定性通過凍融劈裂試驗(yàn)和浸水飛散試驗(yàn)進(jìn)行評價，針對再生瀝青混合料和回收瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比以及飛散損失率進(jìn)行對比分析，結(jié)果見表4。

表4 混合料水穩(wěn)定性能試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Test results of water stability of mixture

根據(jù)表4可知，兩種瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比和飛散損失率均滿足技術(shù)要求，其中就地?zé)嵩偕旌狭系膬鋈谂褟?qiáng)度比相對于原路面瀝青混合料提升了約9.6%，飛散損失率由原路面瀝青混合料的6.2下降到了再生后瀝青混合料的4.7，降低了約24.2%。由此可知，采用就地?zé)峒夹g(shù)再生瀝青混合料可以有效改善混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比和飛散損失，對于提升瀝青混合料的水穩(wěn)定性能效果顯著。

3.3 低溫性能

再生混合料低溫性能通過小梁彎曲試驗(yàn)進(jìn)行評價，針對再生瀝青混合料和回收瀝青混合料的最大破壞荷載、抗彎拉強(qiáng)度以及破壞應(yīng)變值進(jìn)行對比分析，結(jié)果見表5。

表5 再生混合料低溫性能試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Low temperature performance test results of recycled mixture

根據(jù)表5可知，采用就地?zé)峒夹g(shù)再生瀝青混合料后，其最大破壞荷載由原來的1.032kN提升到了1.237kN，抗彎拉強(qiáng)度由原來的8.61MPa提升到了10.06MPa，破壞應(yīng)變由原來的2289.4με提升到了2843.5με，各項(xiàng)性能指標(biāo)均得到較大程度提升，且經(jīng)就地?zé)峒夹g(shù)再生后混合料的破壞應(yīng)變達(dá)到技術(shù)要求。由此可知，采用就地?zé)峒夹g(shù)再生瀝青混合料可以有效提升混合料的最大破壞荷載、抗彎拉強(qiáng)度以及破壞應(yīng)變值，對于提升瀝青混合料的低溫抗裂性能有顯著效果。

4 實(shí)例驗(yàn)證

以某城市主干道瀝青公路為例，該路段于2008年建成通車，至今已運(yùn)營近十年，路面材料采用改性SMA瀝青混合料。由于長期的車輛荷載作用以及瀝青的自然老化，大部分路段出現(xiàn)較為嚴(yán)重的車轍病害，少部分路面出現(xiàn)裂縫和坑槽等病害，如圖3所示。

圖3 路面病害示意圖Fig. 3 Schematic diagram of pavement diseases

為解決該路段存在的病害問題以及保障車輛的通行安全，按照上述再生瀝青混合料配合比設(shè)計（舊料為83%、新料為17%、再生劑摻量為2%以及最佳油石比為5.6%），采用就地?zé)嵩偕夹g(shù)針對病害路段上面層進(jìn)行綜合治理，并針對再生路面各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行技術(shù)檢測，結(jié)果見表6。

表6 再生路面各項(xiàng)指標(biāo)技術(shù)檢測結(jié)果Table 6 Technical test results of various indexes of recycled pavement

根據(jù)表6可知，采用就地?zé)嵩偕旌狭现卫砗螅撀范诬囖H、裂縫以及坑槽等病害均得到有效治理，其路面平整度、壓實(shí)度、滲水系數(shù)、構(gòu)造深度以及摩擦系數(shù)等技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。由此表明，就地?zé)嵩偕夹g(shù)對于改善改性瀝青SMA路面的車轍、開裂等病害具有顯著效果，可有效提升路面的使用性能和安全性。治理完工的再生路面如圖4所示。

圖4 治理后的路面示意圖Fig. 4 Road surface after treatment

5 結(jié)論

通過室內(nèi)試驗(yàn)，對比分析了就地?zé)嵩偕旌狭吓c原路面改性瀝青混合料的路用性能，并結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)一步驗(yàn)證了就地?zé)嵩偕旌狭系膶?shí)際應(yīng)用效果，得到以下主要結(jié)論：

（1）采用就地?zé)嵩偕夹g(shù)制備的再生混合料高溫抗車轍性能得到較大程度改善，其累計應(yīng)變和后期變形斜率也相對更小，高溫穩(wěn)定性能的提升效果顯著。

（2）采用就地?zé)峒夹g(shù)再生瀝青混合料可提升凍融劈裂強(qiáng)度比約9.6%，降低飛散損失約24.2%，對于提升再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性能效果顯著。

（3）采用就地?zé)峒夹g(shù)再生瀝青混合料，其最大破壞荷載、抗彎拉強(qiáng)度以及破壞應(yīng)變分別可提升0.205kN、1.45MPa和554.1με，再生瀝青混合料的低溫抗裂性能得到有效改善。

（4）采用就地?zé)嵩偕旌狭现卫淼牟『β范危渎访嫫秸?、壓?shí)度、滲水系數(shù)、構(gòu)造深度以及摩擦系數(shù)等技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。