再生沥青混合料性能及再生路面设计

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摘要：对国外冷再生设计中主要应用的AASHTO法和AI法进行了详细阐述，提出了冷再生路面设计原则，并对冷再生路面设计中需要重点考虑的因素进行分析，包括旧路强度评价和最小表面层厚度，旨在提高再生路面的设计水平，达到减少成本浪费和保护环境的目的。

关键词：再生沥青混合料；再生路面；路面设计

引言

随着社会的发展，我国的道路数量逐年增加，许多服役多年的高速公路迎来了大中修期。为了在保证经济成本的同时满足环保要求，越来越多的路面在大修时应用了冷再生沥青技术，其突出的优势使其受到了路面设计与施工单位的青睐，逐渐成为了我国应用范围最广、前景最为广阔的路面修复技术类型。目前我国对再生沥青混合料性能特点和路用性能的研究较为重视，但对其路面设计方法重视度不够，不利于再生路面的后续设计研究[1]。因此，应结合当下使用的再生沥青混合料的性能特点对再生路面设计进行研究，以保证再生路面设计流程的有效性和实用性。

1国外冷再生设计方法

由于冷再生路面的应用性能优秀，国内外都对冷再生路面的设计进行了分析与研究，对冷再生路面结构设计方法进行完善，逐渐形成了系统的设计流程。当前主要的冷再生设计方法为AI法和AASHTO法。

1.1AASHTO法

该设计方法的基础是有效厚度法与加铺层设计方法，与路面剩余寿命具有较为紧密的联系，表征体现为路面材料、弹性模量以及疲劳特征等，各种数据均有对应的表示结构数[2]。通过相应的公式能够计算出路面的剩余寿命系数，根据再生层、罩面层结构等系数能够将各自的厚度准确表示出来。根据泡沫沥青冷再生层的结构等效系数（0.2～0.42）与乳化沥青冷再生层的结构系数（0.17～0.41），能够推断出冷再生结构系数取0.3～0.35为最佳，这是通过大量的实验数据所得出的科学计算结果，并在后续的应用中证明了其应用价值[3]。

1.2AI法

美国沥青学会出版的《公路及城市道路沥青路面厚度设计方法（ThicknessDesign-asphaltPavementsforHighwaysandStreets）》中介绍了许多有关再生路面结构设计的内容，包括混合料设计、厚度设计、冷再生施工以及材料评价等。AI法的材料主体为乳化沥青冷再生混合料，不同环境下使用的材料容许少许差异，属于低黏度沥青冷再生混合料类型的沥青材料同样能够作为AI法的针对主体。通常将再生沥青混合料分为A和B两个种类，其中A类是集料级配归于一般的冷再生混合料，B类是可以归为砂砾级配的材料，实际应用时要与相关资料相比对，以应用于不同的路面设计环境。路面厚度设计在AI法中属于理论设计类型的一种，通常采用两个应变作为整个设计流程中主要的设计指标[4]：一个指标是为了控制路面疲劳的沥青混合料层底水平拉应变，目的是防止路面开裂；另一个指标是避免路面变形的针对路基的顶面竖向压应变。通常将诺模图作为确定路面厚度的主体，得到的路面数据与沥青面层和冷再生基层相加的总厚度有直接联系，具体需要根据交通量对照相应数据确定出最终的最小面层厚度，以符合对应的路面设计标准。根据不同交通量下的路面标准轴载作用次数，结合规范要求，计算得出满足弯沉、疲劳性能要求的最小面层厚度，如表1所示。需要注意的是，在应用沥青混凝土进行路面施工时需要根据性能与路面实际结构挑选，可以选择使用一型乳化沥青混合料代替A或B类型的乳化沥青混合料，但需要在使用前铺筑一定层数（通常为一层或两层）的沥青表处，以避免因产生较大磨损而影响最终的路面应用效果[5]。厚度设计方面，如果有必要在冷再生基层下保留一部分旧粒料基层，应对其基层材料性质进行深入分析，从而确定最终的路面层厚度。在确定时需要结合旧路的折算系数，通常为0.1～0.2，具体可根据路面的实际情况进行选择。

2冷再生路面设计原则

沥青混合料通常被应用在路面的上半部分，具有质量好、价格高的特点，是防止路面在长时间的使用过程中出现开裂或变形的必要环节。进行冷再生路面设计的目的是最大程度利用沥青混合料，在节约资源的同时，达到环境保护与减少路面施工成本的重要目的。也正是由于冷再生路面的技术应用特点，使最终的再生沥青混合料通常被应用在对材料要求较高且能够承受较大载荷的路面结构的上部，在使用前还需要根据实际路况调整混合料比例，以免影响其正常使用性能。冷再生与热再生最明显的差别在于强度，冷再生下的混合料强度与水分蒸发以及密度增加有着十分紧密的联系。在完成路面铺筑后的1～2年，混合料的抗磨耗能力会随着时间的推移而逐渐降低，甚至最终导致一些不可逆转的路面损伤，严重影响路面应用效果[6]。因此，冷再生下的沥青混合料通常不被直接应用在路面结构的表面，如果需要应用在表面，应根据实际情况改变应用比例或添加其他材料。冷再生按照方法可分为厂拌与冷拌，但二者仅是加工方法的区别，生产出的混合料性质与应用效果并无差别。在路面结构的应用方面二者也是相同的，因此不必对其加工方法过于纠结，只需要根据实际情况选择适合的加工方法即可。

3冷再生路面设计需要重点考虑的因素

从国外设计方案中可以得出相应的结构设计经验，通常情况下需要考虑旧路的使用寿命、强度以及受损情况等，与我国的实际路面状况相结合后才能制定出对应的路面设计方案，具体可以将其分为五个步骤：强度评价、混合料参数确定、结构组合设计、厚度计算以及不同种方案的互相比较。其中尤其需要注意的主要有旧路强度评价与最小面层厚度的确定。（1）旧路强度评价。冷再生沥青路面结构层厚度与旧路沥青层厚度、下基层强度和实际的交通载荷量有着密切关系，相应的数据需要依据公式将各种与之相关的参数代入才能最终确定。沥青路面的结构设计与路面改建的概念类似，其再生层厚度计算方法可以套用改建路面设计方法。即使应用AASHTO方法也只是将结构设计作为罩面，不同的只是结构层系数取值。如果基层顶面以下的材料类型与性质均是已知状态，可以通过计算估计出水泥混凝土基层顶面的当量回弹模量，以此为基础计算出相应数据，能最大程度提升数据的精准度，并为其提供基本的路面设计参考数据以帮助确定最终的路面设计方案[7]。（2）最小面层厚度。由于冷再生的沥青混合料的特殊性质，在应用初期，其抗磨耗能力比普通路面低得多，在自然环境、外界温度以及交通载荷量变化等的影响下，出现不同程度的路面结构损坏。因此，在应用冷再生沥青混合料之前，一般需要设置一层质量较高的表面层，以保证最终的路面强度与实际应用效果。需要注意的是，虽然AI冷再生路面结构的相关计算方法为后续计算最小面层厚度提供了参考数值，但由于交通数值的国内外现行执行标准不同，因此在计算时需要注意标准数值的不同带入方法以及公式的不同应用。对于非设计层的面层厚度，虽然给出了相应的厚度范围，但从整体来看，由于新标准的应用，原本的推荐结构不再适用于当前的路面结构设计，在指导设计方面可能会出现一些偏差。虽然对新铺设的路面影响并不大，但从旧路的再生沥青混合料修复与再利用过程的角度，实际的路面设计方案的确定增加了一定的困难。加之冷再生技术通常应用于高速公路，由于现阶段的交通量较大，对路面的强度与耐久性提出了新的要求，需要综合考虑各种可能发生的情况，才能最终确定最小面层厚度。

4结语

综上所述，为充分发挥再生沥青混合料的应用效果，应在考虑实际旧路强度与混合料性能特点的情况下制定严格的技术实施方案，从而达到缩减成本、保护环境的最终目的。

参考文献：

[1]朱月风，张洪亮，宋彬，等.再生沥青混合料的黏弹性动态响应及疲劳性能[J].北京工业大学学报，2017，43（1）：135-142.

[2]祝谭雍.基于再生沥青混合料性能特点的再生路面设计研究[D].南京：东南大学，2017.

[3]单珂，李丹丹，李强，等.公路旧沥青路面材料热再生技术及机理研究[J].功能材料，2019，50（10）：10110-10114.

[4]刘秘强，李汝凯，赵天宇，等.基于Evotherm3G温拌剂的再生沥青混合料压实温度研究[J].公路交通技术，2017，33（6）：32-35，41.

[5]王晶.厂拌热再生SMA-13沥青混合料在路面上面层的应用研究[D].南京：东南大学，2017.

[6]王雪莲，黄晓明，胡林，等.再生沥青混合料RAP关键参数分析[J].广州航海学院学报，2017，25（4）：40-44.

[7]戴胜，姚晓光，王燕，等.再生沥青混合料配合比设计参数研究[J].功能材料，2018，49（9）：9141-9147.

作者：赵璐 单位：衡水市公路勘测设计所