SMA路面现场热再生技术研究

朱　伟，李　锋

（1.江苏沿江高速公路有限公司，江苏 常熟 215500；2.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210017）

SMA路面现场热再生技术研究

朱伟1，李锋2

（1.江苏沿江高速公路有限公司，江苏 常熟 215500；2.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210017）

目前针对SMA路面现场热再生技术的研究相对较少，文章分析评价了旧SMA沥青混合料中沥青老化程度及级配变化状况，通过添加再生剂恢复老化沥青性能，添加新料恢复SMA混合料骨架结构。采用热拌沥青混合料设计方法确定级配组成及最佳油石比，并结合室内试验进行了性能验证，结果表明所设计的再生SMA沥青混合料性能满足各项技术要求；同时对SMA路面现场热再生施工过程中的关键技术进行了总结。

SMA；旧路回收材料；现场热再生；施工工艺

为有效解决路面出现的轻微车辙病害，恢复路面使用性能，延长路面使用寿命，可采用预防性养护措施对原路面进行及时养护修复。目前预防性养护措施主要有微表处、薄层罩面以及现场热再生技术。而综合对比分析，现场热再生技术可实现旧沥青路面材料的回收利用，节能环保，并且对交通影响较小［1］，相关研究越来越多，并且逐渐在大量的实体工程中得到应用。然而针对SMA路面现场热再生的研究相对较少，对于SBS改性沥青的再生机理尚不明确［2］，因此，本文在其他路面材料类型的现场热再生技术基础上，对SMA路面现场热再生技术进行研究，并对其关键施工技术进行总结。

1　旧料评价

为了更好地研究SMA现场热再生技术，首先需要掌握旧SMA混合料的材料特性，对旧料进行评价。SMA混合料的材料组成包括沥青胶结料、集料以及纤维稳定剂，通过评价其组成材料的老化规律，可以更好地分析SMA沥青混合料性能的老化状况。

1.1 SBS改性沥青

SBS改性沥青在生产及长期使用过程中，受到各种自然因素以及车辆荷载等的作用，发生一系列的挥发、氧化、聚合反应，乃至内部结构变化，导致沥青的性质逐渐变化（老化）。为了分析SMA中SBS改性沥青的老化情况，可采用抽提试验对旧路面回收材料（RAP）进行分析，测试其回收老化沥青指标，结果如表1所示。

由抽提结果可知，RAP回收老化沥青的针入度、软化点基本满足《江苏省高速公路沥青路面施工技术规范》中的技术要求，延度有一定的降低，运动黏度符合要求。可见，RAP中的旧沥青已产生一定的老化，但老化程度不明显。

表1 RAP回收老化沥青性能指标

1.2 集料

已有研究表明，沥青性能对混合料高温稳定性的贡献通常小于30%，而骨架结构混合料的矿料内摩阻力贡献率高达80%，集料间的互相嵌挤咬合形成的骨架结构是承受外界荷载的主体。因此，在车辆荷载反复作用下，集料骨架结构如果产生衰变必然会引起SMA混合料整体性能的降低。

沥青路面在经过长时间的车辆荷载作用后，RAP中集料会发生一定的破碎细化现象，将RAP进行抽提后筛分，对比分析各筛孔尺寸的通过率与级配中值的差值，可判断RAP中集料是否发生破碎。抽提筛分结果如表2所示。

表2 RAP抽提筛分结果

抽提结果表明，旧路面SMA混合料4.75 mm筛孔的通过率为32.7%，已略微超过级配范围的上限，表明原路面在车辆荷载的累积作用下，骨料发生了磨耗或破碎，级配有所细化。因此，为了保证SMA的骨架结构，可添加一部分新沥青混合料以适当调整原级配，使再生路面具有更优良的路用性能。

1.3 油石比

对旧路面回收材料进行室内抽提试验，结果显示旧SMA沥青混合料的平均油石比为5.8%。由于路面表层长期暴露于外界，受到阳光、紫外线、温度等外界环境的影响，沥青中的轻质组分挥发，且由于长期的行车荷载作用，表层沥青膜逐渐磨耗，再加上雨水冲刷等原因导致原路面沥青混合料中的沥青含量出现降低。因此，根据室内试验结果确定的最佳沥青用量及RAP抽提得到的旧沥青用量，通过添加新SBS改性沥青的方式以恢复RAP中的用油量。

2　混合料设计

2.1 级配设计

分析旧路面SMA沥青混合料性能可知，RAP中的SBS改性沥青及集料均发生了一定的老化现象。为恢复胶结料的使用性能和SMA的骨架结构，考虑添加RAP中旧沥青质量1%的再生剂和再生混合料质量15%的新SMA混合料。新SMA沥青混合料中的各矿料和RAP的表观密度、毛体积密度和吸水率如表3所示，油石比为5.9%。新添加混合料和RAP各筛孔尺寸的通过百分率如表4所示。

表4　　各矿料及RAP的通过百分率

2.2 最佳油石比确定

采用5.6%、5.9%和6.2% 3种油石比，双面各击实75次成型马歇尔试件，然后将成型的试件进行马歇尔稳定度试验，试验结果如图1所示。

通过矿料级配调试，确定的各矿料及RAP用量比例为1#（10～15 mm）∶2#（5～10 mm）∶3#（3～5 mm）∶4#（0～3 mm）∶RAP∶矿粉=6∶6∶0∶2∶85∶1，新SMA混合料和再生混合料的级配组成如表5所示。

试验结果表明，各组沥青混合料的稳定度和流值均满足规范要求。从图1中找出与最大密度、最大稳定度、空隙率中值及沥青饱和度中值相对应的4个油石比，以四者的平均值作为最佳油石比初始值OAC1。但如果在该油石比范围内，密度或稳定度没有出现峰值，可直接以目标空隙率所对应的油石比作为OAC1。作图求出能满足沥青混凝土各项指标要求的油石比范围（OACmax，OACmin），该范围的中值为OAC2。如果最佳油石比的初始值OAC1在OACmax与OACmin之间，则认为设计结果是可行的，可取OAC1与OAC2的中值作为目标配合比的最佳油石比OAC。

表5　新SMA混合料和再生混合料级配组成

图1　最佳油石比确定

可以求得对应目标空隙率为4%的OAC1=6.04，根据空隙率和饱和度对应的图可得到OACmin=5.83，OACmax=6.29，则OAC2=（OACmin+OACmax）/2=6.06，因此最佳油石比为OAC=（OAC1+OAC2）/2=6.05。

2.3 性能评价

采用谢伦堡析漏试验、肯塔堡飞散试验、水稳定性试验和车辙试验对设计的再生SMA混合料进行性能验证［3］，试验结果如表6所示。

表6　性能试验结果

结果表明，再生SMA混合料的各项性能指均满足规范中的技术要求。由此确定的再生SMA混合料最终目标配合比为：1#∶2#∶4#∶矿粉∶RAP=6∶6∶2∶1∶85，其中SBS改性沥青添加量为RAP质量的0.1%，再生剂用量为RAP中旧沥青质量的1%。

3　施工工艺

现场热再生的具体施工工艺流程为：前期准备→路面加热→翻松→喷洒再生剂→收集旧料（初拌）→添加新料→提升→拌和（复拌）→摊铺→碾压→养生与开放交通［4-6］。

3.1 加热

现场热再生沥青混合料的热能主要靠再生机组前部的加热机提供，加热温度过高将造成原路面沥青过度老化，温度过低将使原路面级配在铣刨过程中破坏而产生大量花白料。因此，应严格控制路面的加热温度，一般要求不能低于190 ℃，且瞬间温度不能超过210 ℃。加热机行驶速度控制在3～4 m/min，加热宽度控制在4m左右。加热机行驶导杆应沿标线行驶，匀速行进中途不得随意变换方向和改变速度；尽可能缩短车辆之间的间距，并在加热机底部和各台加热机之间空隙采取保温措施，避免热量散失。

3.2 翻松

铣刨机组紧跟加热机组，其深度与宽度可自动控制、调整。铣刨时先由两侧的铣刨设备将路面翻松后收集至中间，再由中间铣刨设备铣刨后形成连续T形料垄。

在铣刨的同时按设计量添加再生剂及热沥青，添加装置应具有精确可控的喷洒系统，保证再生剂和热沥青喷洒均匀、计量准确。建议每天按照设计总量对再生剂的掺量进行控制，要求其掺量不能超过设计掺量的±5%。并且实现喷洒量与行驶速度之间的自动调节，防止因设备停止等造成路面局部泛油等现象的出现。施工过程中随时用3 m直尺配合钢尺检查铣刨深度。

3.3复拌

新添加料车紧跟翻松设备将新沥青混合料卸在复拌机料斗里，通过料斗的刮板按设计量将新料直接添加在梯形料垄上。然后利用提升机将再生混合料收集至拌缸内进行复拌，复拌时可添加温拌剂等外加剂，搅拌后将混合料跌落至摊铺机。

3.4 摊铺

摊铺机紧跟复拌机，摊铺前下承层、路槽侧面的表面温度控制在90 ℃左右，摊铺速度保持在3～4 m/min，匀速行驶，保证混合料均匀连续地摊铺，不得随意变换速度，避免中途停顿。随时检测摊铺温度，控制在125 ℃左右，尽量减少收工停机次数，确保工程质量。

3.5 碾压

碾压必须遵循碾压方案，注意稳压要充分，振压不起浪、不推移。压实采取先两侧后中央，先静压后振动，先慢后块，遵循“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则，压至无轮迹为止。碾压路线及方向不应突然改变，压路机起动、停止必须减速缓行，不准刹车制动，同时也不得在低温度状态下反复碾压，以防磨掉石料棱角或压碎石料。碾压段落不宜太长，折返距离应控制在40 m以内，碾压时注意水（或色拉油）量的控制，确保不粘轮。

初压温度应大于110 ℃，碾压速度为2～3 km/h，复压速度为3～5 km/h，使其达到压实度要求。终压速度为3～6 km/h，碾压直至无轮迹，碾压终了温度不低于80 ℃。

3.6 特殊部位处理

对于施工过程中遇到的桥梁伸缩缝、阴井盖等特殊部位，为了保证施工的连续性，应提前采用小型铣刨机将伸缩缝前后或井盖周围铣刨50 cm左右，深度30～50 mm，铣刨宽度为再生宽度；然后采用耐火布或隔热板保护特殊部位；当再生机组的铣刨机到达时抬起铣刨鼓，走过后放下铣刨鼓，再生机组正常前进；最后对特殊部位上的混合料进行人工清理。

3.7 开放交通

热再生施工后禁止任何车辆通行，待路面温度自然冷却至小于50 ℃时方可开放交通，急需开放交通的特殊路段，可以进行洒水冷却。

4　试验段检测

为了验证SMA路面现场热再生技术的可靠性，对试验路段进行了连续2年的跟踪观测，主要检测指标。包括国际平整度、横向力系数、构造深度和车辙深度，结果如表7所示。

表7　跟踪观测结果统计

结果表明，原路面经现场热再生养护后，各项性能指标均得到了显著的改善，其中平整度降低，抗滑性能提高，车辙深度得到有效改善。然而随着时间的不断增长，各项指标均出现了不同程度的衰减，到第5次检测时，除抗滑性能接近养护前水平外，车辙深度和平整度仍处于较好的水平。

5　结论

（1）SMA现场热再生混合料设计前，需对旧路面回收材料（RAP）进行评价，包括沥青的老化程度，级配的变化情况，沥青用量的变化等，为再生混合料的设计提供依据；

（2）根据本文案例，当新料添加量为再生混合料的15%，再生剂掺量为旧料中沥青质量1%，SBS改性沥青为旧料质量的0.1%时，再生SMA混合料的各项性能指标均满足热拌混合料的要求；

（3）对SMA现场热再生施工工艺进行了总结，明确了施工过程中的加热、翻松、复拌及特殊部位处理等环节的关键技术要求。

［1］蒋建飞，江瑞龄.沥青路面就地热再生技术及施工工艺研究［C］∥全国公路沥青路面再生技术与设备研讨会论文集，2004.

［2］韩慧仙.沥青路面现场热再生技术的研究［D］.西安：长安大学，2005.

［3］陈涛.现场热再生沥青混合料路用性能研究［D］.南京：东南大学，2009.

［4］马涛. SMA路面现场热再生技术研究［D］.南京：东南大学，2010.

［5］赵利明. SBS改性沥青路面现场热再生试验研究［D］.大连：大连理工大学，2007.

［6］吕思忠.现场热再生技术在山东的应用及实践［J］.公路养护，2004（14）：52-53.

Study on Construction Technology of Hot In-place Recycling in SMA Pavement

Zhu Wei1， Li Feng2
（1.Jiangsu Yanjiang Expressway Co.， Ltd.， Changshu 215500， China; 2. JSTI Group， Nanjing 210017， China）

At present， there are few research on hot in-place recycling （HIR） technology for SMA pavement. In this paper， the aging degree of asphalt and the change status of gradation are evaluated for the recycled SMA asphalt mixture. The performance of aging asphalt is regained by adding restore agent and the skeleton structure of SMA mixture is restored by adding new aggregates. Then， the gradation and OAC of the recycled mixture are determined based on the hot mixture asphalt design method， and verified by the laboratory performance tests. The test results show that the prepared recycled mixture meets the technical requirements. In the end， the key technologies on HIR are summarized for SMA pavement.

stone matrix asphalt; reclaimed asphalt pavement; hot in-place recycling; construction technology

U414

A

1672–9889（2015）05–0012–04

朱伟（1971-），男，江苏靖江人，高级工程师，主要从事道路桥梁养护工作。

（2014-12-05）