茅 荃（江蘇交通控股有限公司，江蘇 南京 210002）

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就地?zé)嵩偕夹g(shù)在重載SMA瀝青路面中的應(yīng)用評價及效益分析

茅 荃
（江蘇交通控股有限公司，江蘇 南京 210002）

依托312國道無錫段就地?zé)嵩偕囼灺?，通過與原路面材料性能進(jìn)行分析對比，研究了老化瀝青的性能改善、級配恢復(fù)以及再生混合料性能；設(shè)計并在實體工程中實施了3種再生方案，并通過對再生路面性能的長期跟蹤觀測，驗證了就地?zé)嵩偕男Ч?；開展了定量效益分析，結(jié)果表明，相對銑刨重鋪，再生工藝可節(jié)約工程經(jīng)費、減少環(huán)境污染，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

就地?zé)嵩偕?；再生劑；再生瀝青混合料；瀝青混合料回收料；級配設(shè)計；效益分析

就地?zé)嵩偕℉ot In-place Recycling，HIR）作為一種預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)，采用專用的就地?zé)嵩偕O(shè)備，先對原瀝青路面進(jìn)行加熱、銑刨，然后就地?fù)饺胍欢〝?shù)量的新瀝青混合料、再生劑等，再進(jìn)行熱復(fù)拌，最后攤鋪、碾壓成型，是一次性實現(xiàn)對路表以下2～5 cm范圍內(nèi)的瀝青混凝土實施再生后重復(fù)使用的技術(shù)。就地?zé)嵩偕蓪崿F(xiàn)舊瀝青路面材料100%的循環(huán)利用，相對傳統(tǒng)的銑刨重鋪工藝，能節(jié)約大量瀝青和集料等自然資源，節(jié)能減排效益顯著，同時施工時間短，交通干擾小，開放交通快，符合“快速、安全、耐久、經(jīng)濟(jì)、綠色”的現(xiàn)代公路養(yǎng)護(hù)需求。目前江蘇高速公路瀝青路面就地?zé)嵩偕夹g(shù)應(yīng)用較為廣泛，“十二五”期間江蘇交通控股系統(tǒng)瀝青路面就地?zé)嵩偕鷮嵤┑穆范谓?00 km單車道，占所有瀝青路面大中修維修量的20%。

目前就地?zé)嵩偕芯恐饕性谠O(shè)計及性能驗證方面，較少涉及再生方案比選和再生效益分析。本文以312國道無錫段路面養(yǎng)護(hù)工程為依托，進(jìn)行原路面材料檢測、再生方案比選、再生配合比設(shè)計、性能驗證，并對試驗路段實施跟蹤觀測評價，最后對就地?zé)嵩偕c銑刨重鋪兩種養(yǎng)護(hù)工藝進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益對比分析。

1　工程概況

312國道無錫段自建成以來交通量持續(xù)增長，超載、超限現(xiàn)象較為嚴(yán)重，屬于重載交通道路，部分路段路面車轍病害發(fā)展迅速。就地?zé)嵩偕囼灩こ踢x擇的路段樁號范圍為K118+890～K121+220和K125+190～K127+360，累計4.5 km單車道，檢測結(jié)果表明原路面出現(xiàn)了車轍和裂縫等典型病害，路面技術(shù)狀況如表1所示。原路面結(jié)構(gòu)形式與再生后路面結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

表1　就地?zé)嵩偕┕ざ温湓访婕夹g(shù)狀況

圖1　就地?zé)嵩偕┕ぢ范卧偕昂蟮穆访娼Y(jié)構(gòu)形式

2　再生配合比設(shè)計

2.1瀝青混合料回收料（RAP）

2.1.1RAP級配

原路面在使用過程中由于荷載的重復(fù)作用，集料可能發(fā)生破碎或流失［1］，導(dǎo)致原路面級配發(fā)生變化，集料骨架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生衰變必然會引起SMA瀝青混合料宏觀性能的降低，因此有必要對瀝青混合料回收料（Reclaimed Asphalt Pavement，RAP）集料級配進(jìn)行檢測分析。就地?zé)嵩偕囼灺范蔚腞AP抽提篩分結(jié)果如表2所示。

抽提篩分結(jié)果表明，試驗段原路面SMA瀝青混合料4.75mm篩孔的通過率為32.7%，已略微超過級配范圍上限，表明原路面在車輛荷載的累積作用下，骨料發(fā)生了磨耗或破碎，級配有所細(xì)化。因此，為了保證SMA的骨架結(jié)構(gòu)，需添加一部分新瀝青混合料，一方面適當(dāng)微調(diào)優(yōu)化原級配，另一方面回補(bǔ)由于車轍變形或其他因素導(dǎo)致缺失的瀝青混合料。

表2　RAP抽提篩分結(jié)果

2.1.2老化瀝青性能指標(biāo)

SBS改性瀝青在生產(chǎn)及長期使用過程中，會受到各種自然因素（如氧氣、溫度、水、紫外線）和車輛荷載的綜合作用，發(fā)生一系列的揮發(fā)、氧化、聚合乃至內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致瀝青性能逐漸發(fā)生變化（老化），最終影響路面的使用性能［3-5］。在進(jìn)行配合比設(shè)計前應(yīng)對老化瀝青的性能進(jìn)行檢測，并以此作為外摻劑種類及數(shù)量的依據(jù)。RAP中抽提瀝青的檢測結(jié)果如表3所示。

表3　RAP抽提瀝青的性能指標(biāo)

試驗結(jié)果表明RAP中瀝青的軟化點和運動粘度基本滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，針入度和延度均顯著降低，不滿足技術(shù)要求。由此可見，RAP中瀝青已發(fā)生了一定的老化現(xiàn)象，可通過添加再生劑改善老化瀝青性能，提高再生混合料路用性能［6-7］。

2.1.3再生瀝青性能指標(biāo)

采用摻量為舊瀝青質(zhì)量1%的鞍山森遠(yuǎn)再生劑對舊瀝青進(jìn)行再生，再生后瀝青關(guān)鍵指標(biāo)測試結(jié)果如表4所示。試驗結(jié)果表明，再生劑的添加有效改善了舊老化瀝青的性能，其中針入度和延度明顯提高，軟化點盡管有所降低，但還是在規(guī)定范疇，說明添加再生劑對提高老化瀝青的低溫性能有較好效果。

表4　再生瀝青的性能指標(biāo)

2.2級配設(shè)計

江蘇就地?zé)嵩偕こ虘?yīng)用經(jīng)驗表明，原路面車轍深度達(dá)到10～15 mm時，摻加新瀝青混合料的比例一般為10%～15%，結(jié)合試驗段車轍檢測結(jié)果確定新添SMA-13瀝青混合料的摻量為15%。根據(jù)RAP中集料的篩分結(jié)果以及新舊料混合比例，確定新添瀝青混合料級配與再生混合料合成級配如表5所示。

表5　新添瀝青混合料和再生瀝青混合料級配

2.3最佳油石比

再生SMA瀝青混合料由85% RAP與15%新瀝青混合料組成，采用5.6%、5.9%、6.2% 3種油石比，雙面各擊實75次成型馬歇爾試件進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度試驗，試驗結(jié)果如表6所示。試驗結(jié)果表明油石比為5.9%時，其空隙率、VMA和VFA等體積指標(biāo)均滿足設(shè)計要求。因此，確定試驗段再生SMA-13瀝青混合料的最佳油石比為5.9%。

表6　再生瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果

2.4再生方案

就地?zé)嵩偕こ讨锌梢酝ㄟ^添加再生劑再生RAP中的老化瀝青，添加熱瀝青補(bǔ)充RAP中損失的瀝青，添加溫拌劑提高再生料的碾壓密實。本試驗段中采用了3種就地?zé)嵩偕桨福绫?所示，不同再生方案的試驗段落劃分如表8所示。鑒于再生混合料最佳油石比5.9%，而RAP油石比為5.8%，方案1和方案3確定的新SBS改性瀝青添加量為RAP質(zhì)量0.1%，其中方案1額外添加溫拌劑，方案2直接添加再生劑，考慮到再生劑會起到瀝青或部分瀝青的作用，因此本方案中不添加新SBS改性瀝青。

2.5室內(nèi)試驗性能評價

采用設(shè)計級配和最佳油石比，在135 ℃溫度下成型試件，通過謝倫堡析漏試驗、肯塔堡飛散試驗、水穩(wěn)定性試驗、車轍試驗和低溫彎曲試驗進(jìn)行再生SMA-13瀝青混合料的路用性能評價，試驗結(jié)果如表9所示。

表7　就地?zé)嵩偕?種方案

表8　不同再生方案的試驗段落劃分

試驗結(jié)果表明再生SMA-13瀝青混合料的析漏損失率、飛散損失率、殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度比、動穩(wěn)定度和破壞應(yīng)變均滿足技術(shù)要求。相對于方案3，方案1的動穩(wěn)定度較高而破壞應(yīng)變較低，且殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度較低，表明溫拌劑的加入提升了再生混合料的高溫性能但降低了低溫性能，同時也降低了其抗水損害性能。相對于方案3，方案2的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度略有下降，但基本持平，同時動穩(wěn)定度較低而破壞應(yīng)變較高，表明再生劑的加入能保證再生混合料的抗水損害性能，提升其低溫性能并降低其高溫性能。

表9　再生SMA-13瀝青混合料室內(nèi)成型試驗結(jié)果

3　實施效果評價

3.1再生混合料性能評價

在就地?zé)嵩偕┕がF(xiàn)場直接取樣再生混合料進(jìn)行室內(nèi)試驗，試驗結(jié)果如表10所示。

現(xiàn)場取樣再生料試驗結(jié)果與室內(nèi)制備再生料試驗結(jié)果基本一致：

近年來，隨著消費者需求的轉(zhuǎn)變，黃心類大白菜逐漸成為市場中的主流品種之一。通化地區(qū)黃心類品種栽培面積較小，優(yōu)良品種欠缺。本試驗通過對6個黃心大白菜品種進(jìn)行引種試驗，試圖篩選出適合本地區(qū)栽培的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的黃心大白菜新品種，為本地區(qū)生產(chǎn)提供相關(guān)依據(jù)，試驗結(jié)果如下。

（1）各再生方案再生混合料的穩(wěn)定度、析漏損失率、飛散損失率、殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度比和動穩(wěn)定度均滿足技術(shù)要求。

（2）添加溫拌劑（方案1）有助于提升再生混合料的高溫性能。

（3）添加再生劑（方案2）在有效改善瀝青老化狀況的同時，會顯著降低再生混合料高溫性能。

3.2施工控制指標(biāo)評價

就地?zé)嵩偕┕ね旯ず髮υ偕范蔚穆访婵够阅堋B水系數(shù)、平整度和壓實度等指標(biāo)進(jìn)行了檢測，檢測結(jié)果如表11所示。

表10　現(xiàn)場取樣再生混合料性能試驗結(jié)果

表11　再生路面性能指標(biāo)檢測結(jié)果

檢測結(jié)果表明：

（1）各再生方案施工路段的構(gòu)造深度、摩擦系數(shù)、滲水系數(shù)、平整度和壓實度均能滿足技術(shù)要求。

（2）方案1的壓實度相對高于方案3，說明在相同的碾壓溫度下，添加溫拌劑有利于再生混合料的碾壓密實，提高再生路面壓實度。

（3）方案2的壓實度相對高于方案3，說明添加再生劑有效恢復(fù)了老化瀝青使用性能，使老化瀝青黏度降低，有利于再生混合料的壓實。

3.3再生路面性能跟蹤觀測

2012-11就地?zé)嵩偕囼灦问┕ね瓿珊?，在通車運營的3年間，對試驗段路面車轍、平整度、橫向力系數(shù)指標(biāo)進(jìn)行了跟蹤檢測，檢測結(jié)果如表12所示。

跟蹤觀測結(jié)果表明：

（1）實施就地?zé)嵩偕?，原路面病害尤其是車轍病害得到了有效處治。但隨著后續(xù)通車時間的增加，路面性能均出現(xiàn)了不同程度的衰減，其中車轍增幅較大，橫向力系數(shù)衰減也相對較大，國際平整度指數(shù)相對穩(wěn)定。

表12　再生路面性能跟蹤觀測結(jié)果

（2）對于重載路面，車轍病害經(jīng)再生處治后的3年中，其車轍指標(biāo)盡管有衰減，但尚未劣化到處治前的水平，再生使用壽命預(yù)計4～6年左右。其中方案2處治路段車轍發(fā)展速率要高于方案1和方案2，驗證了室內(nèi)車轍試驗得到的再生劑添加一定程度會降低再生料高溫性能的結(jié)論。

4　效益分析

4.1經(jīng)濟(jì)效益分析

目前，江蘇公路瀝青路面尤其高速公路瀝青路面車轍處治工藝主要是就地?zé)嵩偕豌娕僦劁?，根?jù)本次國道312無錫段就地?zé)嵩偕囼灺罚Y(jié)合常用的銑刨重鋪工藝，測算兩種養(yǎng)護(hù)工藝的維修成本如表13所示。

表13　就地?zé)嵩偕豌娕僦劁伋杀締蝺r 元/m2

結(jié)果表明就地?zé)嵩偕杀締蝺r相比傳統(tǒng)的銑刨重鋪工程節(jié)約22元/m2，降幅近27%。按單車道處理寬度3.8 m計，單車道就地?zé)嵩偕茹娕僦劁伖?jié)約8.36萬元/m2。312國道無錫段就地?zé)嵩偕こ痰墓こ塘繛?.5 km單車道，則實際成本為102.9萬元，相對于傳統(tǒng)的銑刨重鋪節(jié)省成本37.6萬元。因此，相對于銑刨重鋪技術(shù)，就地?zé)嵩偕夹g(shù)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。從壽命周期角度分析，若就地?zé)嵩偕豌娕僦劁伒膲勖謩e按照5.5年和7年（銑刨重鋪采用普通改性瀝青，無需添加抗車轍劑，壽命相對較低）計算，則每平米養(yǎng)護(hù)路面平均每年產(chǎn)生的費用分別為10.9元和11.7元，就地?zé)嵩偕?jīng)濟(jì)效益更顯著。

4.2環(huán)境效益分析

對銑刨重鋪和就地?zé)嵩偕膯挝荒芎暮吞寂欧胚M(jìn)行計算［8］。兩種工藝對比，銑刨重鋪主要增加了銑刨過程及銑刨舊料運輸環(huán)節(jié)，而就地?zé)嵩偕饕黾恿思訜釓?fù)拌過程。

（1）原路面銑刨

以采用典型的銑刨寬度為2 m的銑刨機(jī)對老路面進(jìn)行銑刨為例，根據(jù)調(diào)查，其發(fā)動機(jī)滿負(fù)荷油耗為124 L/h（柴油密度為0.84 kg/L），設(shè)定銑刨機(jī)功率為80%，銑刨深度為4 cm時，速度約為6 m/min。

（2）運輸過程

原材料的運距一般在100～200 km，瀝青混合料的運距一般在50～150 km，為了便于測算結(jié)果的對比分析，將原材料的運距設(shè)定為150 km，混合料運距設(shè)定為80 km，原路面銑刨料運距設(shè)定為80 km。

（3）混合料生產(chǎn)、攤鋪碾壓

瀝青路面銑刨重鋪過程中，瀝青混合料的生產(chǎn)、攤鋪碾壓與新建路面一樣，可參照熱拌瀝青路面混合料生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

銑刨重鋪和就地?zé)嵩偕哪芎募疤寂欧诺挠嬎憬Y(jié)果如表14所示。

結(jié)果表明，就地?zé)嵩偕哪芎暮吞寂欧帕糠謩e較銑刨重鋪低37.35 MJ/km2和3.33 kg/km2，降幅達(dá)37.1%和42.5%，則單車道每公里就可節(jié)約能耗141 930 MJ，減少碳排放12 654 kg。根據(jù)312國道無錫段就地?zé)嵩偕こ塘坑嬎愕玫焦こ炭偰芎暮吞寂欧欧謩e為1 081 746 MJ和76 950 kg，相對于傳統(tǒng)的銑刨重鋪減少能耗與碳排放分別為638 685 MJ和56 943 kg。因此，就地?zé)嵩偕鄬τ阢娕僦劁?，?jié)能減排效果明顯，具有良好的環(huán)境效益。

表14　銑刨重鋪和就地?zé)嵩偕哪芎募疤寂欧艑Ρ?/p>

5　結(jié)論

（1）RAP抽提集料通過4.75 mm篩孔的比例超過級配范圍的上限，表明原路面骨料發(fā)生了磨耗或破碎，需要添加新集料改善級配。同時RAP中瀝青的針入度和延度均顯著降低，表明瀝青已產(chǎn)生了一定的老化。通過添加1%的再生劑后，老化瀝青的針入度和延度明顯提高，低溫性能顯著提升，再生效果明顯。

（2）室內(nèi)再生混合料性能試驗和現(xiàn)場取樣再生混合料性能試驗結(jié)果均表明，3種再生方案的再生混合料性能指標(biāo)均滿足技術(shù)要求。溫拌劑的添加提升了再生混合料的高溫性能，但降低了低溫性能和抗水損害性能；再生劑的添加提升了再生混合料的抗水損害性能和低溫性能，但降低了高溫性能。

（3）現(xiàn)場再生路面檢測結(jié)果表明，各再生方案施工路段的構(gòu)造深度、摩擦系數(shù)、滲水系數(shù)、平整度和壓實度均能滿足技術(shù)要求。添加溫拌劑和再生劑均有利于再生混合料碾壓密實，提高路面壓實度。

（4）跟蹤觀測結(jié)果表明，重載瀝青路面實施就地?zé)嵩偕囖H處治維修后，原有路面病害尤其是車轍病害得到了有效處治，再生路面在通車運營3年后，車轍深度有劣化趨勢，但還能保持在良好水平，該工藝使用壽命預(yù)計為4～6年。

（5）相比傳統(tǒng)銑刨重鋪工藝，就地?zé)嵩偕鷨诬嚨揽晒?jié)約成本8.36萬元/km，節(jié)約能耗141 930 MJ，減少碳排放12 654 kg，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益顯著。

［1］胡達(dá)平.再生SMA瀝青混合料應(yīng)用技術(shù)研究［J］.市政技術(shù)，2003，16（7）：229-234.

［2］DB32 T1246—2008江蘇省高速公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［S］.

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［5］馬濤，黃曉明，張久鵬.基于材料復(fù)合理論的老化瀝青再生規(guī)律［J］.東南大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2008，38（3）：520-524.

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［8］江蘇交通控股有限公司.江蘇省高速公路瀝青路面節(jié)能減排養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究［R］.2015.

Application Evaluation and Benefit Analysis of Hot In-place Recycling in Heavy Load SMA Asphalt Pavement

Mao Quan
（Jiangsu Communications Holding Co.， LTD， Nanjing 210002， China）

Based on the hot in-place recycling （HIR） test road project of Wuxi section of the national highway 312， this paper studied recycled asphalt property improvement， aggregate gradation characteristics recovery and recycled mixture performance，by comparing with the performances of the original asphalt pavement material. Then three different recycled schemes were designed and applied on the field test road project， and the application effect of HIR was verified through long-term monitoring and inspection. Finally， the benefit was analyzed quantitatively. The results showed that compared with the milling and overlaying method， HIR could reduce the cost and environmental pollution with significant economic and environmental benefits. Key words: hot in-place recycling； reclaiming agent； regenerated asphalt mixture； reclaimed asphalt pavement； gradation design；benefit analysis

U416.217

A

1672-9889（2016）02-0009-06

茅荃（1974-），男，江蘇揚州人，高級工程師，主要從事高速公路養(yǎng)護(hù)管理工作。

（2016-02-15）