杨韵华-美国沥青路面再生技术进展―汇总(最终修改)

1、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：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：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。沥青路面再生是保护环境、资源循环利用、节约能源

2、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混合料（HMA ）, 为此, 有专门设计或改进的间隙式或连续式

3、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25-70mm 。重铺法是将表面再生法或复拌法同时结合铺设一

4、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构而定，通常100-300mm 。1.5冷再生(CR是再生路面过程中无需

5、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

6、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。 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

7、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ASTM 热拌沥青混合料再生剂规范 表3-1 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

8、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。 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

9、青和新HMA ，近年延伸到掺用不大于40%RAP的研究。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

10、对数G*/Sin值，图中左边纵坐标为老化沥青的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PG 等

11、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。对基层有柔性要求时宜用沥青稳定。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

12、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。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

13、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。FDR 法设计步骤汇总 表3-2 注：含液量是乳化沥青组成中的水、拌和用水、再生添加剂和RAP 含水量的总和。 33 CIR配合比设计 设计步骤为： （1）旧路面取样（2）了解旧路面混合料的性能、抽提、筛分等 （3）确定新集料的用量与级配，参考表3-3 （4）选择稳定剂稳定材料有由乳化沥青、泡沫沥青、水泥和石灰等，需要复合应用时，可掺加专用再生剂。（5）预估总用水量和稳定剂用量，拌和再生混合料 （6）成型试件（7）养护，有短期和长期，方法见配

14、合比设计注意问题中（2） （8）测试物理、力学性质包括毛体积密度，马歇尔稳定度、流值、间接拉伸强度等。在有水影响的地区需增加测试水稳性（9）在室内确定配合比的基础上，根据现场温度和湿度条件由有经验、有资格的人员进行调整。CR 混合料级配 表3-3 3.4配合比设计注意问题 旧路面取样取有代表性的RAP 试样使充分代表工程RAP 的使用性能以正确设计再生混合料。取样前应制定详细的取样计划。采用施工与养护结合的方法来确定材料是否存在差异。有明显差异的路段，应作为单独的取样段划出和处理。不同区域和养护区域不应放在一起进行设计。划出有代表性取样单元后，采取随机取样的方法按每个单元取路面试样。通常建议在

15、区域内分批随机取样，取样的批次和数量按工程长度与交通状况确定，对更大的工程，长度大于6.4km ，通常每1 km 随机取样1个，每个工程最少取样6个试样，对大的不均匀区域为20个或更多。对小的区域取样数量为3到5个。总之取样的数量与频率取决于老路处理厚度和芯样的直径、实验室试验项目及配合比设计方案的规模等因素。取样的方法有钻芯、锯块和小铣刨机三种。锯切块取样通常比钻芯费用高。小铣刨机类型不同很难达到取样的一致性。用小铣刨机所取试样的级配与大、中型铣刨机相比，最大粒径偏细，通过0.075mm 含量较多，且费用昂贵。为此，目前普遍采用钻芯取样方法，通常直径为150或200mm ，用现场钻芯所得的试

16、样级配与CIR 现场工艺所得级配接近。钻芯取样应在全部厚度取得。如是CIR 尽量取老路处理厚度芯样的上部，用于随后的分析，以免带有不同道路层位的材料影响评价性能。为精确获取路面材料的含水量，应用干法取芯，如用压缩空气代替水等方法获取。用湿法取芯所得含水量增大，影响铣刨旧路面时用水量的精度，也增加沥青路面除出水份所需热量。此外尚需注意铣刨后的道路必须进行评价，以确保道路能够支撑再生车组。通常建议保留25 mm50 mm沥青路面或150 mm基层以提供足够的承载力。试验方法 钻芯取样的试件应谨慎干燥和加热，以免将已老化沥青再发生老化。旧路面材料中需加入外掺剂、再生剂等，则再生混合料应在非强制通风烘

17、箱内加热、养护，其温度比再生混合料碾压温度高5，待温度达120130后保持30分钟1小时，以便再生剂有足够的时间分散到沥青中，但时间也不能太长，要符合施工实际情况。 并非所有的专用再生剂和老化沥青都相容。再生剂选择要注意配伍性、改善效果与经济性。在试样制备试件前应将旧路面材料烘干，并测定含水量以便制件及铣刨旧路面材料时扣除其中水量。如果采用浆体无机稳定剂或乳化沥青稳定剂，在确定拌和、拌制用水时要扣除其中含水量。用机械稳定或无机结合料稳定时，试件基本按公路土工试验规程有关方法进行，但稍有改进，闷料时间为24小时，这是模拟现场拌和与初整平再生混合料所需的时间。试件养护条件相对湿度95100，温度2

18、225，时间1天。对于用某些无机稳定剂稳定的试件，需在试模中保留24小时以便脱模前有足够的强度。乳化沥青稳定再生材料时通常采用马歇尔法、维姆法或改进的冷拌方法制作和压实混合料。乳化沥青制备试件前，先要寻求制备乳化沥青的最佳油石比，以得出最佳的拌和相容性及裹覆效果，较好的方法是室温并且初始破乳前压实试件。泡沫沥青制件前，需获得膨胀比和半衰期最佳值。拌和加水量用先前确定的最佳用水量的90，然后加入所需的泡沫沥青。在40条件下击实75次以接近现场密度。乳化沥青或泡沫沥青拌和、击实后的试件于室温下带模养护24小时，脱模后置于光滑平板上，在40的强通风烘箱中养护72小时；也可在60条件养护24小时，试件

19、在试模中侧放；有的在110下放置，还有的在60下放2448小时，后两种长期养生前可脱模具。测试强度在25条件下进行。如要评定水稳性，将试件在25水中浸泡24小时，为缩短时间也可用真空饱和法。4. 质量控制为保证施工质量和道路性能，需建立施工质量控制规范，在施工期间严格质量检查，以确保达到规范要求。美国沥青再生指南中仅有沥青路面冷再生指导性规范，其现场取样与试样计划见表41。CIR 现场取样与质量检查 表4-1 5、研究与建议5.1研究必要性经济和交通发达的美国，有实力和需要进行路面再生研究与应用。对再生技术研究系统而全面，工程上应用较多，积累了丰富的经验，其中包括用Superpave 方法设计

20、再生混合料，根据再生混合料的特点对原有HMA 配合比设计及试验方法作出改进等，这些对我国具有借鉴意义和参考应用价值。在指南中一些问题有待继续研究，如Superpave 法设计HR 混合料时，中、低温性能、用SGC 压实旋转次数及旧沥青混合料高于40%等。我国公路交通建设发展迅速，截止2007年底，公路通车里程达348万公里，高速公路5.3万公里。较早修建的沥青路面需大、中修。目前我国约有20个省市对道路路面再生技术研究与应用，取得很大进展，但尚有很多问题需要研究解决，现提出与业内人士商榷，旨在抛砖引玉。5.2再生材料混合料级配为改善旧路面中沥青老化及HIR 混合料的性能，需掺用专用再生剂或沥青等。专用再生剂掺量少，且与旧沥青混合料易拌和，工艺简便。乳化沥青能方便地与就地铣刨的冷湿混合料拌和。目前，我国对再生剂开始进行研究，但尚未广泛使用，也缺少反馈应用效果的信息。而制备乳化沥青所用的乳化剂品种单一，制备工艺参数并没有随结合料等级与乳化剂品种不同而进行优化，期望研究获得品质优良，价格合理的产品，以适应再生路面中的需要。混合料级配同路面性能与施工状态密切相关，目前，