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1、美国沥青路面再生技术进展美国沥青路面再生技术进展杨韵华西安公路研究所 陕西西安，710054 摘要：摘要：大规模的经济建设推动了交通建筑的发展，较早修建的沥青路面已逐步进入维修期。本文综合简述美国沥青路面再生维修方案的选择，现场热再生、全厚式和现场冷再生的配合比设计流程，及取样、实验方法和质量控制，并结合我国实际提出尚待研究的问题。本文内容主要参考“美国沥青再生指南。 ”关键词：关键词：沥青路面再生 配合比设计 设计程序 质量控制 沥青路面再生利用，是将旧沥青路面经过铣刨、破碎、翻挖、掺加专用再生剂、无机、有机新结合料、新集料等按比例重新拌和成混合料，按规定工艺铺筑路面，满足要求的使用性能。沥
2、青路面再生是保护环境、资源循环利用、节约能源和可持续发展的重要技术措施。沥青路面再生国外始于 20 世纪 30 年代，50 年代广泛发展。随着石油危机的爆发，1975 年冷刨设备大规模生产和应用，使沥青路面再生技术得到迅速发展。1997 年国际经合组织对 14 个国家的调查表明旧料利用率已达 75%100%，其它国家也有不同程度的利用，我国沥青路面再生起步晚，但近几年发展较快。1、 沥青路面再生技术概述与分类1.1 热再生（HIR）是将再生沥青路面（RAP）与新集料、新沥青和专用再生剂（需要时）在工厂拌和再生混合料。热再生中用 RAP 的比例与拌和设备的类型有关。拌和需要的热量一般多于热拌沥青
3、混合料（HMA）,为此,有专门设计或改进的间隙式或连续式热再生拌和设备。1.2 现场热再生（HIR）分表面再生法、复拌法和重铺法。表面再生法是用预热机和加热机加热软化沥青路面，然后用锋利的耙齿或小直径的旋转刀头翻松达到一定的处理厚度。如需要在翻松路面上添加再生剂，处理厚度通常在 20-40mm。其特点是既不加新集料，也不添新的热沥青混合料，因此整个路面总厚度不变。表面再生通常是为随后的热沥青混合料（HMA）加铺做准备。复拌法是加热、软化和翻松旧沥青路面，按需要加入新沥青、新集料、专用再生剂(需要时)和新 HMA，拌和成混合料。它通常用作磨耗层，也可加铺碎石封层或新 HMA。处理厚度通常在 25
4、-70mm。重铺法是将表面再生法或复拌法同时结合铺设一层新 HMA 加铺层。其特点是表面再生或复拌层与新 HMA 铺层热结合并同时碾压，因此新、旧 HMA 加铺层厚度比分层加铺要薄。再生混合料充当整平层，新 HMA 充当面层或磨耗层。 1.3 冷刨（CP）是用专门设备剥离现有路面到合适的深度、纵断面和横断面，经清扫可立即用作行驶面，如需要，在清扫路面上喷洒粘层后加铺新 HMA 或再生混合料。 1.4 全厚再生(FDR)是将全部厚度的沥青路面、基层、底基层或路基铣刨、粉碎、拌和以提供良好的基层材料，然后，在其上面加铺沥青面层或磨耗层。道路类似于现场冷再生（CIR） ，不需加热。处理厚度视原路面结
5、构而定，通常 100-300mm。1.5 冷再生(CR)是再生路面过程中无需加热的方法。根据使用的工艺可分成现场冷再生（CIR）和厂拌冷再生（CCPR） 。CIR 是 100%使用该过程产生的 RAP，当仅使用乳化沥青或泡沫沥青作再生剂时，CIR处理厚度通常为 50-100mm。当使用化学稳定剂，其处理厚度可达 125-150mm。2、工程评价当路面状况恶化到养护行为不再有成本效益时，则需进行维修。为确保工程成功，工程评价是旧沥青路面维修前的首要工作。维修方案选择得当，再生沥青路面将经济、耐久。21 维修方案选择维修方案选择时应该以科学的态度认真地进行，例如，对路面病害造成的原因分析时，出现的
6、裂缝是由荷载还是非荷载造成，如是荷载造成，进而分析是疲劳还是其他原因。在路面破损评价中将路面弯沉与车辙深度相联系，以确定道路结构破损的位置，并明确车辙与弯沉是否有关。选择可能的维修方案时，在明确维修道路破损类型和程度后，应考虑回收原路面材料的质量、维修道路的期望设计年限，原道路结构的承载能力及维修道路性能标准等。维修方案选择的步骤见图 2-1路面病害目测评定1、 类型2、 数量3、 程度4、 频率回顾历史记录设计数据施工数据QC/QA 数据PMS 数据养护记录量化现有路面状况平整度车辙抗滑系数弯沉材料特性确定路面损坏的决定因数优先维修评估冷再生（CP） 热再生现场热再生（HIR） 薄 HMA
7、层现场冷再生（CIR） 厚 HMA 层全厚再生（FDR） 复合式预算政策几何形状交通量增长性能环境选择可能的维修技术方案经济分析：初期投资费用寿命周期费用选择修复技术详细设计与分析图 2-1 维修方案选择的步骤22 维修策略维修方法有一次维修法及分期维修法分期维修法是采取上述某种再生方法部分地维修道路，达到一定性能和结构承载能力，日后加铺新 HMA 层，求取经济实用的厚度。这种方法尤其适用于旧面层不平、表面状况较差，或只需轻微加强的情况。分期维修可将主要投资费用分散到其他项目，以提高效益，延缓主要投资费用的支付等。3、配合比设计沥青路面再生配合比设计分热拌再生、现场热再生、全厚度再生及冷再生法
8、等。分别叙述如下：热拌沥青混合料组成设计可参照现行施工规范进行，在此不赘述。设计原则：恢复旧路面老化沥青到新沥青的性能。恢复老化沥青的措施是掺加专用再生剂或再生剂。再生剂有：软质沥青、乳化沥青、泡沫沥青等。专用再生剂的规范（ASTM）见表 3-1美国美国 ASTM 热拌沥青混合料再生剂规范热拌沥青混合料再生剂规范 表表 3-1试验项目ASTM 检测方法RA-5RA-25RA-250RA-50060粘度（cst）D2171176900901450012501375003750160000柯里夫兰开口闪点（）D92220220220220饱和成分比例（%）D200730303030RTFO/TFO
9、 残留物性质D2007 或D1754粘度比3333质量损失（%）4333密度D70 或要求提供测要求提供测要求提供测试要求提供测试D1298试报告试报告报告报告31 HIR 法HIR 配合比设计有三种方法，掺配图法、综合法和 Superpave 法。311 掺配图法：主要考虑老化沥青的粘度和所需再生剂的用量，见图 3-1 掺配图设计流程。由流程可看出此法较简单，仅选用再生剂和确定掺加比例。312 综合法综合法 HIR 配合比设计不仅考虑沥青的流变性质也考虑再生混合料的性能。见图 3-2设计流程。收集原路面信息萃取、恢复沥青胶结料 集料确定：沥青胶结料针入度 粘度温度敏感度Superpave P
10、G 分级确定： 集料级配 棱角度 磨光值 磨耗阻力 密度确定： 含水量 密度 最大理论密度 空隙率 稳定度 弹性模量评估沥青胶结料用量 选择再生剂（RA）类型及数量 评估新集料正确用量 评估原沥青胶结料的类型和用量 选择 AR、集料、沥青胶结料制备由不同 RAP、RA、集料和沥青胶结料混合而成的样品搅拌并压实混合料确定： 密度 空隙率 稳定度 弹模 水敏性确定： 最大理论密度 再生沥青结合料性质： 针入度 粘度 温度敏感性 Superpave PG 分级再生沥青结合料及混合料性 质精确试验结果所有性质都合适抗车辙及疲劳性的最佳配比所有性质都合适完成配比设计并建立生产配比HIR 施工中根据 QC
11、/QA 试验做现场调整图 3-2 综合法 HIR 配合比设计流程图设计流程图看似复杂，但逻辑性强，易于使用。流程图所包含的步骤都必须遵守，目的是判明影响再生混合料性能的重要因素。加新集料的方法：用已加热的新集料作载体拌和新沥青后，再掺到已预热的旧路面混和料中。其优点是粗集料预先裹覆，可缩短老沥青路面的加热时间，提高生产率，又有利于环保等。313 Superpave 法Superpave 技术是 SHRP 的一项研究成果，是沥青基于使用性能的沥青结合料规范即PG 性能规范，使用旋转压实仪的体积法设计配合比。最初 Superpave 仅用于新沥青和新 HMA，近年延伸到掺用不大于 40%RAP 的
12、研究。旧沥青经掺配新沥青或再生剂，使所配制的再生沥青等级满足高、中和低温性能的要求。高温性能：用动态剪切流变仪 (DSR)测定沥青在高、中温荷载频率下沥青的复数剪切模量和相位角（G*/Sin） ，以控制车辙变形。中温性能：要求 RTFOT 和压力老化试验(PAV)残留物的 G*/Sin，控制常温条件的疲劳开裂；低温性能：用 RTFOT+PVA 残留物蠕变劲度值（s）和蠕变速率值(m) ，以控制低温开裂。Superpave 设计步骤见图 3-3确定掺配新沥青的比例和等级 （1）将老化沥青和新沥青以不同比例掺配得出各种温度下掺配沥青 G*/Sin 值。Y 坐标为双对数 G*/Sin 值，图中左边纵
13、坐标为老化沥青的 G*/Sin 值，右边纵坐标为掺配沥青的 G*/Sin 的 值。（2）连接两点的直线与 1.0kPa 和 2.0kPa 两条水平线相交，交点分别为 A 和 B。（3）A 点对应的 X 坐标为掺加沥青用量的最大值，而 B 点所对应的 X 坐标为掺加沥青用量的最小值。（4）根据经验考虑有关因素，预估再生工程中掺加的新沥青用量。（5）用工程所在地环境温度，测试老化沥青和掺加新沥青的 G*/Sin 值。当 G*/Sin分别为 1.0、2.0kPa 水平线相交，对应 X 轴即为新沥青掺加量范围。（6）该掺量百分比与 4 中预估掺量进行比较，如高于对应 X 轴中掺量的最低百分率，则需降低
14、 PG 等级重新测试，直至 G*/Sin 交点的掺量最大值和最小值符合 1 中 A、B 线对应 X 轴的掺量范围。3.2 FDR 法为提高旧路面混合料的性能，通常进行稳定处理改善其强度、水稳性和耐久性。稳定方法有机械的，化学的，沥青的和复合的四种。设计步骤汇总在表 3-23.2.1 机械稳定法配合比设计机械稳定材料有粗、细集料及回收破碎的旧水泥混凝土材料等。 论证机械稳定适用性时，必须需要考虑道路线型状况，如跨线结构的净跨径、路缘石的高度、道路宽度和边坡等以确定容许加入粒料的数量。此外，应用此法时，当地集料要丰富。当旧料标高等受到限制，当地集料紧缺或需远运，则采用无机稳定法更为合适。对基层有柔
15、性要求时宜用沥青稳定。3.2.2 化学稳定法配合比设计化学稳定的材料有水泥、石灰和粉煤灰等无机稳定剂。水泥、石灰等除用粉状外还可以用浆体，因浆体计量精确，且利于保护环境。水泥可以提高早期强度，水泥适用于再生材料中塑性指数小于 10，如果超过 10，通常使用石灰稳定，石灰与再生材料中的粘土相互作用可以降低塑性。水泥、石灰等稳定剂可提高早期强度，如掺有粉煤灰可减少收缩导致的路面开裂。再生材料中含粗粒料多且粒径均一可增加细料，如果再生材料太细或塑性指数高则加粒料。3.2.3 沥青稳定法配合比设计沥青稳定材料有乳化沥青、泡沫沥青等，采用乳化沥青和泡沫沥青的组成设计步骤大体相同，但稍有差别。选用泡沫沥青
16、其优点是可在更宽松的气候条件下施工，有足够和易性，易压实。用泡沫沥青作稳定剂，级配中小于 0.075mm 应在 5-15%范围，以免形成富沥青团，或成润滑剂，从而降低再生混合料的强度和稳定性。对矿粉的塑性指数不宜高，否则会阻止泡沫沥青裹覆和稳定混合料。如用乳化沥青作稳定剂，其原因是适合与冷湿再生材料混合，但要注意乳化沥青与再生材料的相容性及工艺中用水的相容性。乳化沥青使用不同的乳化剂与添加剂，其相容性也是不同的。3.2.4 复合稳定法配合比设计复合稳定材料是化学稳定材料和沥青稳定材料的复合应用。其组成设计可综合 3.2.2和 3.2.3 进行。FDR 法设计步骤汇总 表 3-2步骤机械稳定法配合比设计化学稳定法配合比设计沥青稳定法配合比设计复合稳定法配合比设计1论证机械稳定法的适用性评价旧路面混合料的
