再生瀝青混合料性能及再生路面設(shè)計(jì)

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摘要：對(duì)國外冷再生設(shè)計(jì)中主要應(yīng)用的AASHTO法和AI法進(jìn)行了詳細(xì)闡述，提出了冷再生路面設(shè)計(jì)原則，并對(duì)冷再生路面設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮的因素進(jìn)行分析，包括舊路強(qiáng)度評(píng)價(jià)和最小表面層厚度，旨在提高再生路面的設(shè)計(jì)水平，達(dá)到減少成本浪費(fèi)和保護(hù)環(huán)境的目的。

關(guān)鍵詞：再生瀝青混合料；再生路面；路面設(shè)計(jì)

引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，我國的道路數(shù)量逐年增加，許多服役多年的高速公路迎來了大中修期。為了在保證經(jīng)濟(jì)成本的同時(shí)滿足環(huán)保要求，越來越多的路面在大修時(shí)應(yīng)用了冷再生瀝青技術(shù)，其突出的優(yōu)勢(shì)使其受到了路面設(shè)計(jì)與施工單位的青睞，逐漸成為了我國應(yīng)用范圍最廣、前景最為廣闊的路面修復(fù)技術(shù)類型。目前我國對(duì)再生瀝青混合料性能特點(diǎn)和路用性能的研究較為重視，但對(duì)其路面設(shè)計(jì)方法重視度不夠，不利于再生路面的后續(xù)設(shè)計(jì)研究[1]。因此，應(yīng)結(jié)合當(dāng)下使用的再生瀝青混合料的性能特點(diǎn)對(duì)再生路面設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，以保證再生路面設(shè)計(jì)流程的有效性和實(shí)用性。

1國外冷再生設(shè)計(jì)方法

由于冷再生路面的應(yīng)用性能優(yōu)秀，國內(nèi)外都對(duì)冷再生路面的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析與研究，對(duì)冷再生路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行完善，逐漸形成了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程。當(dāng)前主要的冷再生設(shè)計(jì)方法為AI法和AASHTO法。

1.1AASHTO法

該設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)是有效厚度法與加鋪層設(shè)計(jì)方法，與路面剩余壽命具有較為緊密的聯(lián)系，表征體現(xiàn)為路面材料、彈性模量以及疲勞特征等，各種數(shù)據(jù)均有對(duì)應(yīng)的表示結(jié)構(gòu)數(shù)[2]。通過相應(yīng)的公式能夠計(jì)算出路面的剩余壽命系數(shù)，根據(jù)再生層、罩面層結(jié)構(gòu)等系數(shù)能夠?qū)⒏髯缘暮穸葴?zhǔn)確表示出來。根據(jù)泡沫瀝青冷再生層的結(jié)構(gòu)等效系數(shù)（0.2～0.42）與乳化瀝青冷再生層的結(jié)構(gòu)系數(shù)（0.17～0.41），能夠推斷出冷再生結(jié)構(gòu)系數(shù)取0.3～0.35為最佳，這是通過大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所得出的科學(xué)計(jì)算結(jié)果，并在后續(xù)的應(yīng)用中證明了其應(yīng)用價(jià)值[3]。

1.2AI法

美國瀝青學(xué)會(huì)出版的《公路及城市道路瀝青路面厚度設(shè)計(jì)方法（ThicknessDesign-asphaltPavementsforHighwaysandStreets）》中介紹了許多有關(guān)再生路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，包括混合料設(shè)計(jì)、厚度設(shè)計(jì)、冷再生施工以及材料評(píng)價(jià)等。AI法的材料主體為乳化瀝青冷再生混合料，不同環(huán)境下使用的材料容許少許差異，屬于低黏度瀝青冷再生混合料類型的瀝青材料同樣能夠作為AI法的針對(duì)主體。通常將再生瀝青混合料分為A和B兩個(gè)種類，其中A類是集料級(jí)配歸于一般的冷再生混合料，B類是可以歸為砂礫級(jí)配的材料，實(shí)際應(yīng)用時(shí)要與相關(guān)資料相比對(duì)，以應(yīng)用于不同的路面設(shè)計(jì)環(huán)境。路面厚度設(shè)計(jì)在AI法中屬于理論設(shè)計(jì)類型的一種，通常采用兩個(gè)應(yīng)變作為整個(gè)設(shè)計(jì)流程中主要的設(shè)計(jì)指標(biāo)[4]：一個(gè)指標(biāo)是為了控制路面疲勞的瀝青混合料層底水平拉應(yīng)變，目的是防止路面開裂；另一個(gè)指標(biāo)是避免路面變形的針對(duì)路基的頂面豎向壓應(yīng)變。通常將諾模圖作為確定路面厚度的主體，得到的路面數(shù)據(jù)與瀝青面層和冷再生基層相加的總厚度有直接聯(lián)系，具體需要根據(jù)交通量對(duì)照相應(yīng)數(shù)據(jù)確定出最終的最小面層厚度，以符合對(duì)應(yīng)的路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)不同交通量下的路面標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)，結(jié)合規(guī)范要求，計(jì)算得出滿足彎沉、疲勞性能要求的最小面層厚度，如表1所示。需要注意的是，在應(yīng)用瀝青混凝土進(jìn)行路面施工時(shí)需要根據(jù)性能與路面實(shí)際結(jié)構(gòu)挑選，可以選擇使用一型乳化瀝青混合料代替A或B類型的乳化瀝青混合料，但需要在使用前鋪筑一定層數(shù)（通常為一層或兩層）的瀝青表處，以避免因產(chǎn)生較大磨損而影響最終的路面應(yīng)用效果[5]。厚度設(shè)計(jì)方面，如果有必要在冷再生基層下保留一部分舊粒料基層，應(yīng)對(duì)其基層材料性質(zhì)進(jìn)行深入分析，從而確定最終的路面層厚度。在確定時(shí)需要結(jié)合舊路的折算系數(shù)，通常為0.1～0.2，具體可根據(jù)路面的實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

2冷再生路面設(shè)計(jì)原則

瀝青混合料通常被應(yīng)用在路面的上半部分，具有質(zhì)量好、價(jià)格高的特點(diǎn)，是防止路面在長時(shí)間的使用過程中出現(xiàn)開裂或變形的必要環(huán)節(jié)。進(jìn)行冷再生路面設(shè)計(jì)的目的是最大程度利用瀝青混合料，在節(jié)約資源的同時(shí)，達(dá)到環(huán)境保護(hù)與減少路面施工成本的重要目的。也正是由于冷再生路面的技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)，使最終的再生瀝青混合料通常被應(yīng)用在對(duì)材料要求較高且能夠承受較大載荷的路面結(jié)構(gòu)的上部，在使用前還需要根據(jù)實(shí)際路況調(diào)整混合料比例，以免影響其正常使用性能。冷再生與熱再生最明顯的差別在于強(qiáng)度，冷再生下的混合料強(qiáng)度與水分蒸發(fā)以及密度增加有著十分緊密的聯(lián)系。在完成路面鋪筑后的1～2年，混合料的抗磨耗能力會(huì)隨著時(shí)間的推移而逐漸降低，甚至最終導(dǎo)致一些不可逆轉(zhuǎn)的路面損傷，嚴(yán)重影響路面應(yīng)用效果[6]。因此，冷再生下的瀝青混合料通常不被直接應(yīng)用在路面結(jié)構(gòu)的表面，如果需要應(yīng)用在表面，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況改變應(yīng)用比例或添加其他材料。冷再生按照方法可分為廠拌與冷拌，但二者僅是加工方法的區(qū)別，生產(chǎn)出的混合料性質(zhì)與應(yīng)用效果并無差別。在路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)用方面二者也是相同的，因此不必對(duì)其加工方法過于糾結(jié)，只需要根據(jù)實(shí)際情況選擇適合的加工方法即可。

3冷再生路面設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)考慮的因素

從國外設(shè)計(jì)方案中可以得出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通常情況下需要考慮舊路的使用壽命、強(qiáng)度以及受損情況等，與我國的實(shí)際路面狀況相結(jié)合后才能制定出對(duì)應(yīng)的路面設(shè)計(jì)方案，具體可以將其分為五個(gè)步驟：強(qiáng)度評(píng)價(jià)、混合料參數(shù)確定、結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)、厚度計(jì)算以及不同種方案的互相比較。其中尤其需要注意的主要有舊路強(qiáng)度評(píng)價(jià)與最小面層厚度的確定。（1）舊路強(qiáng)度評(píng)價(jià)。冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)層厚度與舊路瀝青層厚度、下基層強(qiáng)度和實(shí)際的交通載荷量有著密切關(guān)系，相應(yīng)的數(shù)據(jù)需要依據(jù)公式將各種與之相關(guān)的參數(shù)代入才能最終確定。瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與路面改建的概念類似，其再生層厚度計(jì)算方法可以套用改建路面設(shè)計(jì)方法。即使應(yīng)用AASHTO方法也只是將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為罩面，不同的只是結(jié)構(gòu)層系數(shù)取值。如果基層頂面以下的材料類型與性質(zhì)均是已知狀態(tài)，可以通過計(jì)算估計(jì)出水泥混凝土基層頂面的當(dāng)量回彈模量，以此為基礎(chǔ)計(jì)算出相應(yīng)數(shù)據(jù)，能最大程度提升數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，并為其提供基本的路面設(shè)計(jì)參考數(shù)據(jù)以幫助確定最終的路面設(shè)計(jì)方案[7]。（2）最小面層厚度。由于冷再生的瀝青混合料的特殊性質(zhì)，在應(yīng)用初期，其抗磨耗能力比普通路面低得多，在自然環(huán)境、外界溫度以及交通載荷量變化等的影響下，出現(xiàn)不同程度的路面結(jié)構(gòu)損壞。因此，在應(yīng)用冷再生瀝青混合料之前，一般需要設(shè)置一層質(zhì)量較高的表面層，以保證最終的路面強(qiáng)度與實(shí)際應(yīng)用效果。需要注意的是，雖然AI冷再生路面結(jié)構(gòu)的相關(guān)計(jì)算方法為后續(xù)計(jì)算最小面層厚度提供了參考數(shù)值，但由于交通數(shù)值的國內(nèi)外現(xiàn)行執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)不同，因此在計(jì)算時(shí)需要注意標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值的不同帶入方法以及公式的不同應(yīng)用。對(duì)于非設(shè)計(jì)層的面層厚度，雖然給出了相應(yīng)的厚度范圍，但從整體來看，由于新標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，原本的推薦結(jié)構(gòu)不再適用于當(dāng)前的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在指導(dǎo)設(shè)計(jì)方面可能會(huì)出現(xiàn)一些偏差。雖然對(duì)新鋪設(shè)的路面影響并不大，但從舊路的再生瀝青混合料修復(fù)與再利用過程的角度，實(shí)際的路面設(shè)計(jì)方案的確定增加了一定的困難。加之冷再生技術(shù)通常應(yīng)用于高速公路，由于現(xiàn)階段的交通量較大，對(duì)路面的強(qiáng)度與耐久性提出了新的要求，需要綜合考慮各種可能發(fā)生的情況，才能最終確定最小面層厚度。

4結(jié)語

綜上所述，為充分發(fā)揮再生瀝青混合料的應(yīng)用效果，應(yīng)在考慮實(shí)際舊路強(qiáng)度與混合料性能特點(diǎn)的情況下制定嚴(yán)格的技術(shù)實(shí)施方案，從而達(dá)到縮減成本、保護(hù)環(huán)境的最終目的。

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作者：趙璐 單位：衡水市公路勘測(cè)設(shè)計(jì)所