2023年谈热再生沥青路面的耐久性.doc

谈热再生沥青路面的耐久性 刘先淼 王树林 广东冠粤路桥 广州 510000 ：根据国外有关数据资料和实践经验，结合沥青再生技术应用课题研究初步成果，对再生沥青路面的耐久性问题进行了探讨，认为如果质量得到有效控制，热再生沥青路面具有与普通沥青路面相同的路用性能和耐久性。 关键词：沥青再生 路面 耐久性 1 概述 再生沥青路面是指局部或全部利用沥青路面回收料重新铺筑的沥青路面。该项技术重复利用沥青混合料，对防止污染，保护环境，节约资源具有积极的作用，是公路建设可持续开展的必由之路。为此，欧、美、日以及其它国家和地区大力推广应用再生沥青技术。目前，欧洲的EAPA在互联网上公布，其成员国的废旧沥青路面材料100%通过再生方式得以重复利用。1997年国际经合组织对14个国家的路面材料再生利用情况进行了调查，发表了道路工程再生利用战略白皮书，其中沥青路面再生技术应用状况反映了兴旺国家在这个领域的根本情况，见表1-1①。可见沥青再生技术应用范围广，利用率高。 表1-1 国际经济合作与开展组织对14国路面再生利用调查表〔沥青局部〕 G G 其它 L G L G 填料 注:1、G表示普遍采用，L表示有限采用；2、瑞士和挪威未提供数据；3、数据为各国提供，非本组织调查得来 G L G G G L L G G 底基层 G L G G 基层\水泥和沥青 G G G G G G G 基层\水泥 L L G L L L 基层\沥青 L L G G L L 就地冷再生 L L G G L L 厂拌冷再生 L L G G G G G L L L 就地热再生 G G G G G G G G G G G 厂拌热再生 80 90 75 100 80 - 95 90 90 100 80 80 利用率〔%〕 美国 英国 瑞典 荷兰 日本 法国 芬兰 丹麦 加拿大 比利时 奥地利 澳大利亚 国家 然而，我国在高等级再生沥青路面的研究和应用刚刚起步。原因是多方面的，其中之一是技术的可行性和可靠性，尤其是再生沥青路面的耐久性问题。本文采用国外有关研究成果和实践经验，并结合笔者所在课题组研究取得的阶段性成果，讨论了再生沥青路面的耐久性问题，对开展沥青再生技术具有一定的参考价值。 2 国外对再生沥青路面耐久性方面的研究、实践情况和结论 美国NCAT〔国家沥青技术中心〕于1997年编写的国家和地方政府路面再生指南指出，正确设计的再生沥青路面具有与普通沥青路面〔采用全部新材料〕相当或在某些方面更好的路用性能②。澳洲AUSTROADS在其1997年的沥青路面再生指南中指出，利用60%RAP的沥青路面使用寿命与传统沥青路面相同，而抗车辙能力却得到增强。日本道路协会的 厂拌再生沥青铺装技术指针也认为，将热拌再生沥青混合料应用于条件苛刻的重交通道路〔D交通〕的路面使用情况调查结果说明，如果对再生热拌沥青混合料进行恰当的质量控制与管理，铺装后的性能与只用新料铺装的各种性能没有区别③。上述结论是基于系统的研究和多年实践得出的。下面将讨论局部相关研究成果，包括再生沥青路面综合性能及其沥青与沥青混合料路用性能同普通沥青路面的比拟情况。 2.1再生沥青路面综合性能变化规律 美国Louisiana州对1978~1982年通车的10个项目，自1983年起进行了再生沥青路面和普通沥青路面的性能变化规律的研究，这些项目通车6至9年后,得出以下结果，见表2-1，表2-2，表2-3，表2-4④。 表2-1 路面现有耐用性指数PSI(Pavement Serviceability Index) 评估年 再生沥青路面 普通沥青路面 1 4.1 4.0 2 4.1 4.1 3 4.1 4.0 4 3.4 3.6 5 3.9 4.0 表2-2 路面病害等级PDR〔Pavement Distress Rating〕 评估年 再生沥青路面 普通沥青路面 1 23.5 23.8 2 22.7 22.9 3 22.4 22.6 4 21.9 22.2 5 21.5 21.9 表2-3 路面状况等级PCR(Pavement Condition Rating) 评估年 再生沥青路面 普通沥青路面 1 44.2 43.9 2 43.0 43.4 3 42.7 42.7 4 39.0 40.1 5 41.0 42.0 表2-4 路面效劳能力T分布统计结果(Serviceability T-Tests) 参数 再生路面平均值 普通路面平均值 差异显著性 PSI 3.9 4.0 --- PCR 41 42 无 PDR 21.5 21.9 无 Longitudinal Cracking 纵向裂缝 3.1 2.1 有 Transverse Cracking 横向裂缝 3.2 2.7 无 Rutting, mm 车辙 3.8 4.6 无 注：①统计的显著性水平为95%。 ②PSI没有足够的变量统计差异显著性。 从上述数据看，仅有纵向裂缝项目存在显著差异，其它指标均没有显著差异，而且再生沥青路面的三大综合指数的平均值都与普通路面很接近。对于纵向裂缝，研究者指出主要是在接缝处发生，和混合料性能关系不大，而主要受施工工艺的影响。 累计大型车交通量 〔万台 / 车道〕 再生沥青路面 平 整 度 图-1 再生沥青路面平整度与交通量关系图〔与普通沥青路面比拟〕 车 辙 量 mm ● 再生沥青路面 图-2 再生沥青路面车辙量与交通量关系图〔与普通沥青路面比拟〕 美国Florida，Georgia，Kansas，Washington， Minnesota，Massachusetts等州在相关的研究和应用实践中也得到了类似的结论②。日本通过大量数据分析，对再生沥青路面的平整度、车辙和MCI指数变化规律与普通沥青路面比拟，也证明再生沥青路面的耐久性和采用全部新材料的普通沥青路面没有显著性差异，路面使用状况令人满意。数据的分布情况如图-1，图-2，图-3⑤。 再生沥青路面 图-3 再生沥青路面MCI指数与交通量关系图〔与普通沥青路面比拟〕 2.2再生沥青主要路用性能变化规律 为考察再生沥青路面内在技术指标的变化规律，从理论上解释和验证其耐久性问题，各国工程人员也进行了长期的大量的研究工作。美国NCAT和Georgia州交通部有关研究人员对Georgia州5个有再生沥青路面和普通沥青路面的项目进行了耐久性方面的研究；同时，对另外10个独立的普通沥青路面项目和13个独立的再生沥青路面项目进行了相关研究。 表2-5⑥是5个项目的再生路面和普通路面的沥青的技术指标比照统计结果。研究结果显示针入度、粘度、车辙因子〔Gx/Sinδ〕、疲劳开裂因子〔GxSinδ〕按T分布统计分析，在5%显著性水平的条件下，再生沥青和新沥青没有明显差异。 表2-6⑥是10个独立的普通沥青路面项目和13个独立的再生沥青路面项目的现场空隙率、针入度、粘度的比照统计分析结果。研究结果显示按T分布统计分析，在5%显著性水平的条件下，3项指标均没有明显差异。 表2-5 再生沥青与新沥青性能比对T分布统计结果 性能指标 5个项目的平均值 T的计算值 显著性差异 (5%水平) 新沥青 再生沥青 针入度@25℃ (0.1mm) 20 20 0.047 无 粘度@60℃ (pa.s) 5466 4688 0.850 无 车辙因子Gx/Sinδ@64℃(kPa) 17.9 15.4 1.012 无 疲劳因子 GxSinδ@22℃(kPa) 1356 1288 0.371 无 注： 在5%显著性水平下，T的临界值为2.776 表2-6 独立再生路面和普通路面比对T分布统计结果 性能 样本容量 平均值 标准差 T计算值 T临界值 显著性差异 新沥青 再生沥青 新沥青 再生沥青 新沥青 再生沥青 现场空隙率% 14 18 5.8 6.3 2.27 2.34 0.62 2.04 无 针入度@25℃ (0.1mm) 15 18 18.3 19.1 3.7 5.0 0.51 2.037 无 粘度@60℃ (pa.s) 15 18 7310 5820 7150 3330 0.79 2.037 无 注：显著性水平为5%。 再生沥青 图-4 再生沥青和新沥青的针入度变化规律图 再生沥青 图-5 再生沥青和新沥青的软化点变化规律图 日本的相关研究成果见图-4和图-5⑤，结果显示再生沥青的针入度和软化点变化趋势和新沥青相同。因此，再生路面的耐久性可以从再生沥青的老化性能和规律得到验证。 3 基于再生沥青及沥青混合料短期和长期老化性能的试验研究 在我国，由于高等级沥青路面再生技术刚刚起步，缺乏评估再生路面耐久性所需的长期观测数据。因此，我们采用相关的试验，通过与新重交沥青的比拟，预测再生沥青和沥青混合料的老化性能。并方案对实体工程进行长期性能监测，验证再生沥青路面的耐久性。 3.1再生沥青的老化性能 在我国，对新沥青老化性能测定的标准试验是TFOT或RTFOT残留物试验，检测沥青的短期老化性能。表3-1是再生沥青与新AH-70沥青的老化试验结果。 表3-1 再生沥青与新沥青老化比对试验结果 评价指标 单位 技术要求 试验结果 新AH-70 再生沥青 针入度 25℃，100g，5s 0.1mm 60~80/40~60 61 53 延度 15℃，5cm/min cm >100/>80 >100 >100 RTFOT 163℃，85min 针入度比：25℃ % >55/>58 67.2 84.1 延度：15℃，5 cm/min cm 实测记录 29.2 36 注：再生沥青套用AH-50沥青技术指标 从表3-1结果看，再生沥青的短期老化指标稍优于新沥青，这可能是再生沥青内所含的老沥青已经历了较长的老化过程所致。 为进一步验证再生沥青的老化性能，课题组采用美国SHRP评价方法〔该方法包括RTFOT短期老化和PAV长期老化残留物试验〕，对再生沥青和相应的重交沥青AH-70进行PG分级。结果两种沥青均到达PG64-22分级要求，说明再生沥青的耐久性能与新沥青没有明显差异。 3.2再生沥青混合料的老化性能 根据我国沥青和沥青混合料试验规程，对混合料以135℃烘箱烘2小时作短期老化，然后压实成型，将压实样品放入85℃±1℃的强力风炉内的隔板上120±0.5小时，模拟6～9年长期老化。表3-2是老化前后的再生沥青混合料和新沥青混合料的车辙、浸水车辙和疲劳寿命试验结果。 表3-2 再生沥青混