|
刘先淼 王树林 广东冠粤路桥有限公司 广州 510000
摘要：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
再生沥青路面是指部分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，是公路建设可持续发展的必由之路。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发达国家在这个领域的基本情况，见表1-1①。可见沥青再生技术应用范围广，利用率高。
表1-1 国际经济合作与发展组织对14国路面再生利用调查表（沥青部分）
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 |
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，对发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表明，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。下面将讨论部分相关研究成果，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较情况。
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,得出下列结果，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 路面服务能力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。
图-1 再生沥青路面平整度与交通量关系图（与普通沥青路面比较）
图-2 再生沥青路面车辙量与交通量关系图（与普通沥青路面比较）
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较，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。
图-3 再生沥青路面MCI指数与交通量关系图（与普通沥青路面比较）
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对比统计结果。研究结果显示针入度、粘度、车辙因子（G*/Sinδ）、疲劳开裂因子（G*Sinδ）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、粘度的对比统计分析结果。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G*/Sinδ@64℃(kPa) |
17.9 |
15.4 |
1.012 |
无 |
|
疲劳因子 G*Sinδ@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%。
图-4 再生沥青和新沥青的针入度变化规律图
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较，预测再生沥青和沥青混合料的老化性能。并计划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
AH-70/AH-50 |
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。结果两种沥青均达到PG64-22分级要求，表明再生沥青的耐久性能与新沥青没有明显差别。
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 再生沥青混合料和新沥青混合料老化比对试验结果
|
试验项目 |
再生沥青AC-25混合料 |
新沥青AC-25混合料 |
|
APA 车辙
（mm） |
老化前 |
7.41 |
6.55 |
|
老化后 |
4.67 |
5.70 |
|
APA浸水车辙
（mm） |
老化前 |
|
6.71 |
|
老化后 |
6.03 |
6.69 |
|
疲劳寿命（次） |
老化前 |
23424 |
26185 |
|
老化后 |
114464 |
109957 |
从表3-2看出，再生沥青混合料和新沥青混合料在抗车辙、水损害和疲劳方面的性能差别不大，而且耐老化能力也基本相同。
4 热再生方式对再生沥青路面耐久性的影响
沥青热再生技术主要分厂拌热再生和就地热再生，它们对再生沥青路面的耐久性具有不同的影响。
厂拌热再生技术先将旧沥青路面铣刨后运回工厂，通过破碎、筛分，并根据旧料中沥青含量、沥青老化程度、碎石级配等指标，掺入一定数量的新集料、沥青和再生剂（必要时）进行拌和，使混合料达到规范规定的各项指标，再按照与普通沥青路面完全相同的方法重新铺筑。厂拌热再生技术利用旧沥青回收料（RAP）一般不超过50%，通常用10%～30%，因此，掺入数量较大的新集料和新沥青，使再生混合料的级配和沥青结合料性能均得到充分改善；而且，在RAP用量不大的情况下，不需要使用专门的软化剂（再生剂），使混合料具有稳定的质量。根据上述国外经验和室内试验研究成果，只要采用适当的配合比设计和严格的质量控制措施，厂拌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。
现场热再生技术也称为表层再生技术。该技术通过现场加热、翻耕、混拌、摊铺、碾压等工序，一次性实现就地旧沥青路面再生，具有无须运输废旧沥青混合料，工效高，对公路运营影响低等优点。但是，由于不掺或极少掺入新的沥青和集料，不能有效调整集料级配，主要依靠再生剂改善结合料性能，对混合料的路用性能改善很有限，而且再生剂的大量使用对路面耐久性的影响也难以估计。另一方面，现场热再生技术处理最大深度5～6cm，对于超过此深度的路面病害无能为力。因此现场热再生沥青路面的质量稳定性和耐久性均不如厂拌热再生沥青路面。
5 结语
课题组的初步研究和国外实践经验与研究成果得到相同的结论，即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。相比而言，厂拌热再生技术比就地热再生技术具有更稳定的质量和更好的耐久性。
本文结论为发展沥青再生技术提供了必要的技术基础。但是，这个结论还没有通过国内实体工程进行的长期监测和研究所验证，相关的研究工作还应深入进行，才能真正掌握国内技术和工艺水平下的再生路面耐久性规律，并据以完善再生路面技术和质量控制措施，推动沥青再生技术在我国的广泛应用，发挥其环保和节约资源的优势，促进公路建设可持续发展战略。
主要参考文献
1、 Organization for Economic Co-operation and Development. Recycling Strategies For Road Works. 1997
2、 NCAT. Pavement Recycling Guidelines for State and local Governments. Publication NO. FHWA-SA-98-042
3、 プラント再生舗装技術指針.社団法人 .日本道路協会 .2000
4、 Harold R. Paul. Evaluation of Recycled Projects for Performance
5、 泉健二郎，岩崎健治等 .路上表面再生工法の追跡調査と供用性能評価 .第17回日本道路会議論文集 .p５９２～５９３.１９８５
6、 Performance of Recycled Hot Mix Asphalt Mixtures. NCAT Report No. 95-1.
7、 沈金安主编. 沥青及沥青混合料路用性能. 北京：人民交通出版社，2001.5
|
