沥青路面热再生技术提升施工与养护决策

10.2.2.1　沥青路面就地热再生技术

就地热再生一般只对原沥青路面表面层进行再生，再生深度一般为20～50 mm。当沥青路面表面层出现各类裂缝、坑槽、拥包、泛油、搓板等病害，或路面平整度、摩阻力等路用性能下降且路面破损深度小于6 cm，未波及基层时，便可以应用就地热再生技术恢复沥青路面的使用性能。就地热再生是一种连续式的现场热再生作业方式，具有经济、高效、快速、环保、节约等特点。

1.沥青路面就地热再生混合料配合比设计

（1）取样。将原路面按路况分段，然后对这些典型的路段分别进行取样，取样深度约为5 cm（一般为上面层全厚），取样质量约60 kg。为了尽量少破坏旧沥青混合料的级配，应采用小型加热机加热取样，并进行以下工作：测量面层厚度；确定旧沥青混合料的理论密度；确定旧沥青混合料的沥青含量（油石比）、级配等，将试样洗净、晾干，然后对其中的一部分予以加热松散，并进行离心抽提试验以及回收旧沥青常规试验（针入度、延度及软化点），以判断旧沥青的老化程度。

（2）确定工程设计级配范围。在行车荷载和自然因素的反复作用下，沥青路面中的矿料颗粒容易发生损伤和破碎，引起级配的变化。因此，需要对那些由旧沥青混合料的抽提试验得到的矿料进行筛分，以判断旧路面中沥青混合料的级配。就地热再生混合料的工程设计级配范围应符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）对热拌沥青混合料的相关规定，应根据前期路况调查中旧路面的车辙情况和制订的施工方案，以及公路等级、工程性质、交通特点、材料品种等因素，并对条件大体相当的工程使用情况进行调查研究后，方能确定。

（3）矿料级配设计。为改善原路面的矿料级配，就地热再生混合料中一般需掺加新沥青混合料。其中，根据旧沥青路面材料的矿料级配和拟订的设计级配范围来确定掺加的新沥青混合料的矿料级配。当再生混合料的配合比不能满足级配要求时，可综合考虑再生厚度、新沥青混合料的掺配比例和级配、再生沥青性能、再生混合料性能等因素，对级配范围进行调整。

（4）确定再生剂的添加量。充分考虑再生路面的气候、交通特点、层位、纵横坡、超高等因素，确定旧沥青再生的目标标号。由于热再生工艺自身的特点，再生沥青的目标标号不应高于该地区所使用的新沥青标号，以防再生标号太高，使再生沥青路面的高温稳定性降低。一般情况下，掺加的新沥青的标号可选择《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）中所规定的该地区的新沥青标号。当选择掺加高标号的新沥青时，可适当减少再生剂的用量。根据旧沥青再生的目标标号，用试配法进行旧沥青的再生试验，即将回收的旧沥青按一定间隔，掺加不同剂量的再生剂，测定再生沥青的三大指标，并绘制变化曲线，用内插法初步确定再生剂的用量。试验中再生剂的添加量为再生剂的质量百分比。

（5）再生沥青混合料的油石比的确定。再生沥青混合料由三部分组成：旧沥青混合料、掺加的再生剂以及新沥青混合料。由于就地热再生工艺的局限性，新沥青混合料的油石比是按照普通沥青混合料的配合比设计来确定的。若沥青混合料的合成油石比偏小，则应考虑再加入一部分新沥青。需注意的是：新沥青应先混入再生剂，然后再均匀地加入旧沥青混合料中。再生沥青混合料的油石比以旧沥青加入再生剂后形成的油石比为最低油石比，按照如下步骤确定。①按一定的间隔确定5个新沥青用量，分别成型马歇尔试件。②按《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）中规定的方法测试试件的毛体积、相对密度、吸水率、最大理论相对密度以及再生混合料的马歇尔稳定度和流值。③计算空隙率、沥青体积百分率、矿料间隙率、饱和度等物理性能指标，并进行体积分析。④由此确定出再生剂用量的百分比以及最佳油石比。

（6）再生混合料的验证试验。再生沥青混合料验证试验包括再生沥青检查和再生混合料检测两项内容。再生沥青检查是在旧沥青中混入新沥青后，测定其针入度（25℃）、延度（15℃）及软化点。再生混合料检测是对再生沥青混合料与新沥青混合料拌和成型（3组）后进行马歇尔试验，以检验其空隙率、稳定度、流值、矿料间隙率及沥青饱和度等是否满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）的要求。若满足，则表明再生沥青混合料的性能达到了预期目标。

2.沥青路面就地热再生技术设备及施工工艺

（1）就地热再生技术设备。“沥青面层热再生联合机组”包括红外加热器、路面铣刨机、搅拌机、混合料摊铺机、热沥青罐、新集料仓等装置以及自行式的行走驱动装置。其工作过程为：先用红外加热板把沥青面层烤热软化，再用铣刨机铣刨旧沥青层，并将其收集到一台双卧轴连续搅拌机上，添加新集料、再生剂和新沥青，经搅拌后将沥青混合料排至摊铺机上，进行摊铺、捣实熨平，完成就地重铺全过程后，再用压路机碾压，使旧路的沥青层全部被利用，得到一条翻新的沥青路面。

国外沥青就地热再生设备，有HIPAR公司的G5摊铺列车、马泰克公司的AR2000超级再生机、卡罗泰康Roadmix PR0037RM、维特根Remixer4500等。国内就地热再生设备，有中联重科自行研制的LF4500型综合复拌机、鞍山森远沥青路面热再生设备——“AD5140TR修路王”和AD5140TLX“王中王”等。

一般，就地热再生设备主要由以下几个部分组成：一台配备多组加热元件的预加热机；一台配备同样功能加热装置的再生机、耙松装置、整平装置、温控系统、拌和装置；一台自重12 t以上的双钢轮振动压路机和一台自重15 t以上的轮胎压路机。如维特根就地热再生设备为一台或两台加热机和一台再生机，它们与运成品料（在加入混合料的情况下）载货汽车和压路机构成一个施工机组。

（2）就地热再生施工工艺。根据路面的破损情况和修复后路面质量等级的不同要求，就地热再生施工工艺主要有以下四种：整形、重铺、复拌、加铺。①整形是重新修整道路断面的过程，即用就地热再生设备将旧路面加热到一定的温度，并把路面翻松，然后整平、预压实，最后用压路机碾压成型。②重铺是一种在整形的路面上再铺设一层新的沥青混合料，然后用压路机同时压实整形层和新铺层的方法。③复拌是指用就地热再生设备将旧路面加热到一定温度后翻松，通过材料输送装置将翻松后的材料送入搅拌器。同时，把特别配置的新热沥青混合料、沥青或恢复沥青性能的再生剂按适当比例加入搅拌器，由搅拌器叶片把新旧材料拌和均匀。然后，摊铺、整平、预压实。最后，用压路机碾压成型。④加铺是指加入再生剂改善旧路面沥青和沥青混合料的性能，同时加入新的沥青混合料，使新沥青混合料在再生沥青混凝土路面上同时形成一层全新的沥青混凝土面层。可以说，加铺也是复拌与重铺的综合。

一般地，就地热再生采用复拌热再生方法。具体施工步骤如下。①施工准备。施工前的准备工作包括机械设备的转运、材料的供应等。再生设备单机质量一般达50 t，体积庞大，需要两台30 t以上的吊车进行转运。沥青混合料的供应与沥青混合料搅拌站相协调。为满足就地热再生连续施工的需要，应及时保障安全设施、消防器材和现场检测设备的供应。②旧沥青路面的加热软化。将已损坏的旧路面加热到140～170℃，以软化沥青材料。加热软化过程由加热机和再生机中多组红外加热器完成，可独立调节输出的燃气压力，避免沥青加热过度。③磨耗层的耙松。再生机上的旋转式耙松器将软化的铺层材料耙松到所需的深度，并将其输送到搅拌锅内。④回收材料的拌和。分析从现有铺层中所取的芯样，确定混合料的配合比。将新添加的材料（热混合料、级配骨料或再生剂）与回收材料加入搅拌锅中，拌和均匀形成新的磨耗层材料。⑤再生材料的摊铺。将拌和锅中的再生材料倾泻至加热后的刮平面上，并由伸缩式熨平板摊铺成规定的轮廓。应单独加热刮平面，以确保摊铺时再生层与下层之间连接牢固。⑥路面的压实。配套使用大吨位的振动双钢轮压路机、轮胎压路机对摊铺后的路面进行压实，使再生路面的路用性能达到设计要求。

10.2.2.2　沥青路面厂拌热再生技术

沥青路面厂拌热再生技术具有较好的适应性，适用于各类破坏形式的路面。厂拌热再生技术有以下优点：经过严格的配合比调整，可确保再生沥青混合料的技术指标不低于全部使用新料拌制的沥青混合料的相应指标，其路用性能也可满足高等级路面的使用要求；既可利用原路的废弃材料重新铺筑路面，也可将回收料再生后用于其他工程；既可用作高等级路面的基层，也可用作面层；施工过程能够得到保证；开放交通时间短。

1.沥青路面厂拌热再生混合料配合比设计

厂拌再生混合料的配合比设计应通过目标配合比设计、生产配合比设计、生产配合比验证三个阶段，确定RAP的掺配比例、新材料的品种及配合比、矿料级配、最佳沥青用量。

在配合比设计的过程中要考虑四个方面的问题：再生料的质量（旧料掺量的适宜性）；再生混合料的经济性（旧料的最大掺量）；拌和工艺的限制；再生混合料的用途（道路等级及再生料适用的道路层位）。

（1）确定工程设计级配范围。

厂拌再生混合料配合比设计时，RAP应从处理后的回收路面材料堆中取样。使用其他取样方式进行混合料设计，还应用料堆取样的RAP进行设计检验和比较。热再生混合料的工程设计级配范围应符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）对热拌沥青混合料的相关规定，应根据前期路况调查中的旧路面病害情况、制订的施工方案，以及公路等级、工程性质、交通特点、材料品种等因素，并通过对条件相当工程的使用情况进行调查研究后，方能确定。

（2）确定RAP掺配比例。

在对再生沥青混合料进行设计时，关键的一步是确定旧料的大致掺加比例。为了得到高质量的再生沥青混合料，应该减少旧料的掺加比例，但从经济性的角度考虑，应在保证性能满足要求的基础上尽可能多地掺加旧料。在确定这个合理的掺加比例时，需要考虑两类因素：一是材料本身的因素，如矿料级配和性质、旧沥青性质、旧料含水率等；二是加工设备的因素，如拌和楼，既要保证再生沥青混合料的性质，还要具有相应的生产能力。

一般而言，RAP与新材料的典型掺配比例为1∶9～3∶7；采用连续式拌和设备，RAP与新材料的比例最大可达5∶5。实践证明，RAP的使用比例小于或等于20%是最成熟的技术，优先推荐使用；如果RAP的老化程度较轻［针入度≥30（0.01 mm）］，质量变异性控制较好，生产设备的生产能力允许，则RAP的使用比例可放宽至30%。若RAP的使用比例超过以上规定，则需要进行室内试验和铺设试验论证。

再生沥青混合料矿料级配范围确定以后，可将回收矿料作为级配设计时的一种矿料，与新集料一起，通过图解法或者试算法等确定旧料以及各级新料的比例。

（3）选择新沥青标号和再生剂用量。

①确定再生沥青目标标号。对于厂拌热再生混合料，应根据公路等级、混合料使用的层位、工程所处的气候状况、交通量、设计车速等条件，选取与当地同等条件道路一致的沥青标号作为再生沥青的目标标号。若RAP的掺配比例较大，也可根据实际情况，将沥青的目标标号适当降低一个等级。

②确定新沥青标号。

a.根据RAP的性质、掺配比例选择新沥青。

b.需要根据新旧沥青混合调和法则确定新沥青标号的，按照式（10.1）确定新沥青（再生剂）的黏度。

式中：ηmix——混合后沥青的60℃黏度，Pa·s；

ηold——混合前旧沥青的60℃黏度，Pa·s；

ηnew——混合后新沥青或再生剂的60℃黏度，Pa·s；(www.xing528.com)

α——新沥青的比例；a=，pab为新沥青用量，pb为总沥青用量。

c.根据黏度确定新沥青的标号。如需新沥青和再生剂配合使用，新沥青与再生剂的掺配比例可按照式（10.1）计算。应先选择合适标号的沥青，存在下列情形之一的可使用再生剂：计算得到所需的新沥青标号过高，市场供应存在问题；RAP掺配比例较大或者RAP中旧沥青含量较高。再根据计算得到新旧沥青掺配比例和再生剂掺量，进行新旧沥青掺配试验，试验验证再生沥青标号。

（4）估算新沥青用量Pab及其占总沥青用量的比例。

①估计再生沥青混合料的沥青总用量。RAP掺量不超过20%时，热再生混合料的总沥青用量与没有掺加RAP的沥青混合料基本一致，可以根据工程材料特性、气候特点、交通量等条件，结合当地的工程经验进行估计。也可按式（10.2）估计沥青总用量。

式中：Pb——估计的混合料中的总沥青用量，%；

K——系数，当0.075 mm筛孔通过率为6%～10%时，K=0.18，当0.075 mm筛孔通过率等于或者小于5%时，K=0.20；

a——2.36 mm筛孔以上集料的比例，%；

b——通过2.36 mm筛孔且留在0.075 mm筛孔上集料的比例，%；

F——常数，F=0～2.0，取决于集料的吸水率，缺乏资料时采用0.7。

②估算新沥青用量Pab。按照式（10.3）计算再生混合料的新沥青用量Pab。

式中：Pb——热再生混合料的总沥青用量，%；

Pab——RAP中的沥青含量，%；

n——RAP掺配比例，%。

（5）矿料配合比设计。

根据RAP的老化程度、含水率、矿料级配的变异情况以及工程的实际情况、沥青混合料类型、拌和设备的类型及加热干燥能力、新集料的性质等，确定新集料与RAP的掺配比例。RAP的掺配比例一般为15%～30%。

（6）确定最佳沥青用量。

以估算的新沥青用量Pab为中值，取Pab、Pab×（1±0.5%）、Pab×（1±1.0%）这5个沥青用量，按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）的马歇尔试验方法确定最佳新沥青用量。在确定最佳用量过程中需要注意以下几点。

①将RAP置于烘箱中加热至110℃，加热时间不宜超过2h，避免RAP的进一步老化。

②根据新沥青的黏度-温度曲线确定混合料的拌和与成型温度，新集料加热温度宜高出拌和温度10～15℃。

③再生混合料拌和时的投料顺序是：先将RAP粗细集料倒入预热的拌和机预拌，然后加入再生剂和新沥青，最后加入单独加热的矿粉，继续拌和至均匀为止。总拌和时间一般为3 min。

（7）配合比设计检测。

对用于高速公路的密级配沥青混合料，需在配合比设计的基础上，按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）对热拌沥青混合料配合比设计方法的有关规定，对各种使用性能进行检测，包括高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性能、渗水系数等检测。对不符合要求的沥青混合料，必须更换材料或重新进行配合比设计，直至满足要求为止。

2.沥青路面厂拌热再生技术设备及施工工艺

（1）厂拌热再生技术设备。

厂拌热再生工艺所需的基本设备与就地热再生工艺一致，包括再生机、摊铺机、压路机等，但拌和设备多种多样，在目前公路路面大修工程中，广泛采用连续式和间歇式拌和设备。

间歇式拌和设备所特有的“二次筛分”装置，较易使混合料的级配满足要求。但也有其不足之处。①不能为旧沥青混合料提供准确的计量（加热后的旧沥青混合料有黏性，这会使计量困难、速度慢且难以控制计量精度）。②不能为旧沥青混合料提供足够的加热量以及充分的搅拌时间，使得旧沥青的再生不能有效进行。③处理旧料的数量非常有限，再生质量低劣。④加热旧沥青料时产生的烟气会对环境造成二次污染。

连续式拌和设备具有效率高、产量大、能耗低、可靠度高等特点。经过改进的连续式拌和设备用于沥青混凝土再生时优点更为显著，在先进国家公路路面工程中得到广泛的应用。连续式拌和设备，如美国生产的连续式双滚筒拌和设备RDB9640，采用新旧集料同时加入烘干筒的方式。旧沥青回收料是在烘干筒的外筒的强制搅拌区加热，这时的新骨料已经被加热到200℃，旧沥青回收料吸收新骨料的部分热量，又吸收从烘干筒内壁传出的热量。在此区的热气温度最高约300℃，由于与燃气不接触，沥青不会老化。即使产生少量的沥青烟气，也会在强大气流的负压之下被吸入主燃烧室而燃烧干净，不会对环境造成污染。另外，“双滚筒式”搅拌设备能为旧沥青混合料提供准确的计量精度、足够的加热量和充分的搅拌时间；加热旧沥青混合料时产生的烟气全部由主燃烧室再燃烧，这样一来便不会对环境造成二次污染；新料、旧料、再生剂以及新沥青的混合十分充分，使得旧沥青的再生能够有效地进行。虽然连续式拌和设备具有以上优势，但由于我国料源差且不稳定，再生料的级配控制会遇到问题，因此在我国，间歇式拌和设备的应用较多。

（2）厂拌热再生施工工艺。

厂拌热再生施工工艺包括现场旧料的回收、加热、拌和、运输、摊铺、碾压等几个步骤。与常规的沥青混合料施工工艺相比，厂拌热再生施工工艺主要增加了旧料回收、破碎、筛分步骤以及集中拌和时的冷料加热和输送。与普通沥青路面的施工工艺相比，再生沥青路面混合料的拌和复杂程度大大增加。如何确保旧沥青混合料的再生质量是加热与拌和过程的关键。

①旧沥青混合料的回收。沥青路面再生利用的第一步是对旧料进行有效的回收，包括旧料的铣刨、破碎、筛分和储存等步骤。旧料回收后，在拌和厂采用锤式破碎机进行破碎，并可通过调整锤头间距来控制破碎颗粒的大小，防止破坏旧集料的颗粒组成。若条件允许，宜对RAP分批次破碎，以利于石料级配稳定。破碎后的RAP宜筛分成粗细两档材料，一般可以筛分成0～5 mm的细RAP和5 mm以上的粗RAP。也可以根据RAP的情况以及再生沥青混合料的最大粒径，将粗RAP部分筛分成两种规格，以便进行质量控制，并满足不明显降低生产能力的要求。破碎后的旧料的堆放场地应加盖顶棚，并应设有良好的防、排水设施，以防回收料含水率过大难以烘干，或因太阳暴晒而使回收料结块，影响搅拌的均匀性。

②再生沥青混合料的加热、拌和。沥青混合料的拌和是厂拌热再生施工的核心技术，需要考虑如何对旧料进行加热以获得较高的成品温度、怎样减少沥青的再次老化以及何时加入再生剂（如必要）等问题，以获得最佳的再生效果。混合料的拌和采用连续式双滚筒拌和设备，加料前应对配料斗的下端进行扩大处理，防止仓口堵塞。为减少老化程度，施工中应严格控制烘干筒的火焰温度及加热拌和时间，保证待新、旧沥青混合料拌和到颜色均匀一致时再出料。在开始拌和前的一段时间内，混合料因级配、油石比和温度均不稳定，不能应用于工程，因此，应尽量连续作业，减少开、停机次数，以免影响混合料的质量。出厂前应对沥青混合料的马歇尔稳定度、流值以及空隙率等指标进行检验，以确保生产的再生沥青混合料可以满足路面的使用要求。

对于不符合设计质量要求的方面，应及时找出原因，修正混合料的配合比设计，直到满足要求方可出厂。为了提高再生混合料的质量，连续式沥青混凝土拌和设备可以增加一套集料预分级处理系统，使连续式沥青混凝土拌和设备的功能得以提升，具有与间歇式搅拌设备一样的集料“二次筛分”功能，从而拌制出符合级配要求的再生混合料。

③再生沥青混合料的运输、摊铺和碾压。再生沥青混合料的运输、摊铺和碾压的方式与普通沥青混合料基本一致，但应特别注意以下两点。a.由于旧料加热温度不能过高，出厂的再生沥青混合料的温度可能偏低，因此，应确保混合料在运输的过程中，温度不会有较大的降低，以保证摊铺时的温度。b.由于旧沥青在烘干的过程中会不可避免地出现老化现象，进而影响混合料的和易性，使得混合料的表面黏度较大，不利于摊铺及整形，故在混合料的温度较高时，应及时对其进行碾压。