沥青路面热现场再生技术调查研究报告

沥青路面热现场再生技术调查研究报告

目录TOC\o"1-2"\h\z第1章 热现场再生的优缺点与适用性 11.1 使用热现场再生（HIR）的原因 11.2 热现场再生（HIR）方法的限制条件 1第2章 热现场再生的施工工艺与施工机械 32.1 表面翻松的方法和设备 32.2 重新铺面方法和设备 52.3 重新拌和方法和设备 82.4 小结 10第3章 热现场再生路面的路用性能 113.1 路表面破坏的修正 123.2 服务性能 123.3 结构值 13第4章 热现场再生路面的质量控制和质量保证（QC/QA） 144.1 指南和规范 144.2 质量控制与质量保证（QC/QA） 174.3 小结 18第5章 热现场再生路面的经济分析 205.1 费用比较 205.2 费用的计算 20第6章 热再生法的材料与混合料设计 226.1 材料分析 236.2 热现场再生的材料和混合料设计 296.3 用Superpave技术设计热现场再生沥青混合料 326.4 小结 35热现场再生的优缺点与适用性热现场再生（HIR）是沥青路面再生中最古老的方法之一。有些HIR方法可以追溯到20世纪30年代。一般认为20世纪50～60年代是HIR设备和方法最繁盛时期。使用热现场再生（HIR）的原因热现场再生（HIR）是一种在现场修复破损的沥青路面的方法，主要包括四个步骤：①加热使沥青路面表面软化；②将表面材料翻松或移开；③将旧材料与再生剂、沥青胶结料或新混合料一起拌和；④将再生后的沥青混合料摊铺于路表面，整平。因此该方法使用的新材料最少。热现场再生的主要目的是修正非结构承载力不足而引起的表面破坏，例如松散、开裂、车辙、坑洞、推移和拥包。热现场再生适用于沥青路面基层稳定的任何表面破坏形式。热现场再生可用于修正大多数路表面破坏，甚至包括表面混合料组成缺陷而引起的破坏。与其它修复方法相比，在城市地区，用热现场再生方法修复路面不会改变排水、路缘、下水道、人行通道、路肩及其它结构物。同时，热现场再生的优点还在于路面的高程和桥梁的净空能得到保证，而且经济上相对便宜，与其它修复技术相比，对交通控制的要求较低。这个方法也可用于表面集料剥落的重新罩面，重新建立路拱和排水，改进集料级配和沥青用量，改善表面抗滑性能。但此种再生方法不能改善沥青路面的基层或底基层的性能。热现场再生（HIR）方法的限制条件热现场再生仅限于路面有足够承载能力时使用，只对表面25mm～50mm或适当厚一点的路面进行再生。结构不足的道路不适用此方法。老路有明显基层破坏、不规则的频繁修补，以及需对排水进行较大改进时，该方法不适用。虽然有报告称热现场再生可处理路面最大深度达75mm，但一般情况下最大处理深度为38～50mm。适于热现场再生的道路，沥青面层至少应有75mm厚，过薄的沥青面层容易使基层被翻松齿轮产生的横向剪切应力撕开、打散。如果表面开裂已到达基层，此方法不适用，因为再生后裂缝还会重新出现。对于很窄的道路，热现场再生也不是首选方案，因为再生设备的工作宽度就已达到3.3～4.8米。一般来说，热现场再生时路表面加热温度不应超过177℃。施工气温应大于15℃，且路表面应没有积水。热现场再生的处理深度一般在20mm～50mm，典型深度在25mm。热现场再生后的路面一般1小时左右即可开放交通。热现场再生的施工工艺与施工机械根据沥青再生和回收协会（AsphaltRecyclingandReclaimingAssociation）的定义，热现场再生（HIR）包括三种基本方法：加热翻松、重新铺面及重新拌和。三种方法都可以加入再生剂复苏已老化的沥青胶结料，但新鲜集料只用于重新铺面和重新拌和方法中。表面翻松的方法和设备此种方法适用于基层稳定且有足够强度的沥青路面。虽然翻松深度可达50mm以上，但一般处理深度都在20mm～25mm。表面翻松的主要目的是消除表面不规则和裂缝。也可以用于恢复路表面的线形、坡度和横断面以保证排水。此种方法能有效地消除反射裂缝。图2-1列出了该方法的设备简图。包括一个预热装置，一个加热和再生装置，以及一台轮胎压路机。预热装置将旧沥青路面加热，加热和再生装置对旧路面进一步加热，并以一套非旋转齿翻松路面，然后喷洒再生剂。用标准螺旋器将旧路面和再生剂一起拌和，然后以熨平板整平。最后用轮胎压路机压实。该法一般无需加入新鲜集料。翻松法的整个流程见图2-2。预热装置预热装置钢轮辐射加热器松翻齿轮（未用）丙烷气导热板加热和再生装置翻松齿轮布料器熨平板再生剂喷洒装置橡胶轮胎压路机图2-1翻松法流程简图a.b.置e.f.合料g.进行再生施工时交通不受干扰h.再生后的沥青路面图2-2表面翻松沥青路面再生方法经翻松再生后的路面需加铺表面磨耗层，加铺时间可以在再生后立即进行或过段时间进行。根据调查，表面加热翻松再生设备主要有美国Dustrol公司和AngeloBenedetti公司生产的产品。重新铺面方法和设备重新铺面方法也是表面再生的一种，在再生的同时摊铺新的热沥青混合料，在再生面层与新面层之间形成热粘结。该法可用于修正原路面大于25～50mm深度范围内的路表面缺陷。此种方法可以消除轻微的车辙、收缩裂缝和松散等破坏。当表面翻松方法不能有效地恢复路面的表面使用要求，或常规热拌沥青罩面不适用或无必要时，重新铺面方法是非常有用的。与常规热拌沥青罩面摊铺厚度大于25mm相比，在重新铺面过程中摊铺很薄的罩面层（12mm）则是以较低的成本获得了性能优良、表面抗滑的沥青路面。重新铺面法多面层和单面层摊铺流程简图见图2-3和图2-4。此方法主要包括下列步骤：预热，加热、翻松或铣刨，添加、拌和再生剂，摊铺再生后的混合料作为整平层，最后摊铺热沥青磨耗层。在单面层重新铺面方法中，常使用两套熨平板，一套熨平板用于刮平翻松后的沥青混合料，另一套用于整平新沥青罩面层。重新铺面法的整个流程如图2-5所示。设备控制面板设备控制面板丙烷气导热板松翻齿轮（未用）钢轮辐射加热器预热装置加热和翻松装置导热板松翻齿轮再生剂再生剂喷洒头拌和锅（将再生剂与翻松后旧沥青路面拌和）布料器熨平板再生和摊铺装置添加新鲜沥青混合料普通摊铺机振动压路机图2-3多面层重新铺面流程新鲜热沥青混合料新鲜热沥青混合料混合料传送机辐射加热机罩再生剂称量翻松器刮平板布料器摊铺熨平压实，新路面完成图2-4单面层重新铺面流程a.预热装置对路面进行初步加热和软化b.螺旋形加热器的放大图c.翻松装置将已软化的路面翻松，消除了d.向已翻松的旧沥青混合料中加入车辙、拥包和推移、裂缝再生剂e.收集装置将加热翻松后的材料转移到铺f.将再生后的材料摊铺、压实成整平面机的中央，以螺旋布料器进行拌和层，以形成应力缓解层g.在再生后热的整平层上摊铺新鲜磨耗层图2-5重新铺面再生法由图2-5可见，从开始阶段直到再生后沥青混合料的摊铺，重新铺面法的步骤都与表面翻松法相似。目前，重新铺面再生设备主要有美国Cutler公司生产的CutlerRepaver、美国FREETECH技术公司生产的HM-16&R1再生设备、美国Dustrol公司的产品、加拿大热现场再生设备公司（H.I.P.）制造的CMERU35和日本Soter-Kajima公司生产的Resurfacing设备。重新拌和方法和设备重新拌和再生法包括以下步骤：①对表面深度40～50mm范围内的路面加热；②翻松、收集已软化的路面材料并将其送入料斗；③向拌和锅中加入新鲜集料和再生剂（如需要，可加入新鲜沥青混合料），使之与就材料充分拌和；④将再生后的沥青混合料均匀摊铺。当重新铺面法不能有效恢复路面应有性能时，要求另外加入新鲜集料或新鲜热拌沥青混合料，以保证路面的强度和稳定性。此再生法能有效消除路面表面50mm内的车辙、开裂和氧化（变硬）。重新拌和法的简图见图2-6。此方法与加热翻松法、重新铺面法的主要不同之处在于：再生过程中加入了一定量的新鲜集料或热沥青混合料，这些新鲜材料是从前方的运输车辆卸入再生设备的拌和锅中。重新拌和法一般只用到16~30kg/m2的新鲜材料，因此，与常规沥青混合料罩面相比，需要较少的运输车辆，从而缩短了道路关闭时间，降低了对公众的干扰。红外线加热器加热翻松器翻松再生拌和整平红外线加热器加热翻松器翻松再生拌和整平压实压路机熨平板二次拌和器料再生器一次拌和器压路机辐射加热器气罐一级加热装置二级加热装置辐射加热器辐射加热器气罐一级加热装置二级加热装置辐射加热器添加新鲜混合料料斗加热器气罐拌和器热铣刨拌和锅熨平板向拌锅中加入新鲜混合料振动压路机胶轮压路机图2-7单次重新拌和法设备组合重新拌和再生设备主要有：①加拿大PATTERSON工业有限公司制造的ENVIRO－PAVERTMR1015，用液态丙烷气体作为加热燃料，形成100%辐射对旧路面进行加热；②加拿大Pyrotech沥青设备制造公司生产的Pyropaver300E，使用丙烷作为加热燃料。该设备有一个1500加仑的燃料罐加热器，采用丙烷作燃料，使用红外线加热路面技术。Pyropave300E在美国、加拿大、墨西哥都有应用。③加拿大Martec再生公司制造的AR2000SuperRecycler，以柴油作为燃料产生热空气，形成红外线与热空气双重加热系统。Martec再生公司是日本Marubeni公司和加拿大Artec国际再生公司的合资企业，通过开发和制造沥青路面再生设备Martec。公司致力于在全球范围提供独特的路面热现场再生系统，采用独特的热气加热系统，高速热气加热与低层的红外线加热方式相结合很容易将路面加热，对于改性沥青面层同样适用。④芬兰KALOTTIKONE公司生产的ROADMIX，其加热原理与AR2000相近。RoadmixKRM2000RS为芬兰KALOTTIKONE制造，采用柴油作燃料，加热板采用直接加热方式，主机无加热装置。⑤德国Wirtgen公司生产的Remixer。Remixer系列再生设备采用液化气加热技术，热交换效率高，减少了有害气体的排放。加热板采用红外线加热路面技术，与明火加热技术相比，穿透力强、路面加热的深度大，原沥青路面不会加热到过热，减少了沥青材料的硬化。工作宽度可以在3~4.5米之间，一天可以完成7000平方米工作量；⑥日本TaiseiRotec公司制造的Reformer，以红外线加热；⑦意大利Marini公司制造的Remixer；⑧美国Artec公司生产的Remixer。小结热现场再生是一种很经济的路面修复方法，通过对铣刨旧料重复利用而保持路面功能。但是当旧沥青混合料组成变异性过大时，这个方法不适用。热现场再生的三种技术：表面翻松再生、重新铺面再生和重新拌和再生，可达到不同的再生目标。表面翻松，用于修正较小的表面裂缝或不规则；重新铺面，用于消除车辙、收缩裂缝和松散；重新拌和，通过加入新鲜集料或沥青混合料以恢复较大深度范围内的路面。无论采用何种方法，只要运用恰当，热现场再生一般都能达到节约资金和消除非结构性路面破坏的目的，并且能最大地降低对交通的干扰程度，同时保持原有路面的标高。但对于基层/底基层有问题的沥青路面，此种再生方法则无能为力。热现场再生路面的路用性能虽然许多项目早在1987年就已经施工，但热现场再生路面的长期性能如何尚没有文献记载。可以获得一些项目的最近和短期的性能数据。因为每个项目都不同，很难得出路面再生后究竟有多好，但总体上大多数项目都达到了预计目标。例如，加拿大BritishColumbia省早期的热现场再生项目用Pyrotech和Artec设备，加入复苏剂复苏，因此沥青胶结料的粘度和针入度都软化了。然后测定再生混合料的回弹模量，因为该指标随沥青的改变比马歇尔稳定度更敏感。一般来说，路面随时间而老化硬化，其回弹模量相对较高，而当添加复苏剂用热现场方法再生后，该值会显著降低。同样，过软的、抗车辙性能差的混合料在以热现场再生方法再生后会变硬，也可添加集料更好和沥青较硬的热拌沥青混合料来代替再生剂。加拿大对热现场再生技术有相当的经验，因此政府发起了对Alberta地区1990年以来施工的热现场再生路面性能进行分析的项目。有10个工程用热现场再生的单层铺面法再生表面50mm深度的路面。这些项目集中分析沥青胶结料的流变性能以及施工前后混合料的体积性质。此外，为了考察时间和交通量的影响，在1996年又对这些性能（沥青和混合料）进行了分析，与施工时的性能进行对比。性能分析主要指现场试验和室内试验。现场试验包括路面随机钻取芯样和表面状况调查，试验室材料性能试验包括密度、沥青含量、集料级配、回收沥青胶结料的针入度和绝对粘度、沥青膜厚度及沥青吸收率。所有项目的性能都令人满意。图3-1表明添加再生剂可增加30％针入度，从而有效恢复沥青胶结料的性能。对于那些未用再生剂的项目，热现场再生方法约降低20％针入度。美国纽约州从1987～1992年完成了8个热现场再生项目，1997年的数据表明，所有这些项目的性能都令人满意。8个项目中有6个项目位于平均日交通量9000～62000的州际公路上。对22个州热现场再生项目的调查表明路面性能都是优良。而那些路面性能不够好的州都能找到相应的原因。热现场再生路面的路用性能具体包括以下几个方面：图3-1再生剂对热现场再生路面的影响路表面破坏的修正热现场再生方法可修正路面混合料的缺陷，而常规重建技术却达不到此要求。对于正确设计和恰当施工的热现场再生路面，其抵抗开裂、车辙、松散和抗滑性能与正确设计、常规施工的路面相当。但与常规路面施工相比，热现场再生施工更易出现误差，因此完成的路面更易发生变化。许多现代的热现场再生方法能有效地消除常见的由于表面混合料波浪、推移和车辙而造成的表面不规则破坏，但该方法不能消除较少见的下层不稳定造成的路面表面破坏。与常规混合料或其它再生混合料一样，热现场再生不能消除材料本身带来的问题（集料的级配或质量，沥青胶结料的数量或质量，水敏感性，表面纹理），再生后的混合料其材料缺陷会重新显现出来。服务性能在早些时候，因无有效的规范，加热翻松再生路面的性能差异很大，许多项目的施工既无正确的设计也无严格的质量控制。当然在这期间也施工了许多性能很好的路面，其使用寿命远超过3～5年的设计寿命。还有大量的项目使用寿命在10年以上（几乎与50mm的新铺罩面层寿命相当）。有报告指出重新铺面法施工的路面使用寿命在8～12年。Shoenberger等人的论文总结得出重新铺面法施工的表面层与常规罩面一致。他们还指出该方法只在有限的条件下可能会有效节约成本，例如在一些特殊地点与其它方法联合使用时。摊铺常规罩面比在沥青混合料再生层上用再生列车摊铺新鲜混合料更经济。Shoenberger等人进一步指出，由于设备生产商的进步，在表面层和下面层之间能提供更好的粘结，而大多数摊铺工程并没有考虑到这个优点。但Ameri-Gaznon等人的研究表明，粘结程度对面层的抗车辙性能有很大影响，特别是在刹车和交叉口轮胎压力较高情况下更明显。例如在某个项目中，重新铺面法施工的路面表面服务性指数（PSI）大概比常规罩面的路面小0.5，也有一些报告称服务性能为优和良。由于重新拌和法的历史较短，尚没有建立路面服务性能数据。根据对早期性能的分析，重新拌和法施工的路面其使用寿命与常规沥青路面相当。Shoenberger等人指出，在使用重新拌和法施工磨耗层时必须谨慎，因为这种混合料与新鲜混合料相比，其质量和耐久性如何还没有历史数据加以说明。有人认为再生后摊铺的混合料有较大的变异，是因为新鲜沥青混合料的添加量是在回收料平均水平的基础上得到的，因而造成实际路表面的平整度有差异。他们进一步指出，在重新拌和法被用于高等级路面之前，应采用质量控制对过程进行改进。当需添加新鲜混合料以修正混合料组成的缺陷时，该过程尤其重要。混合料的组成必须均匀一致，符合要求。结构值大多数报告认为热现场再生混合料的结构值或层系数与常规的热拌沥青混合料一致。美国对50个州进行了电话调查，只有17个州考虑了热现场再生路面的结构值，其中14个州认为热现场再生路面的结构值与新鲜热拌沥青混合料相同，另外3个州认为其结构值比新鲜沥青混合料略低。热现场再生路面的质量控制和质量保证（QC/QA）指南和规范为了保证热现场再生项目的施工能满足业主的要求，有两个必备条件：①制订合适的规范，②保证混合料设计和施工满足规范要求。和常规沥青混合料摊铺一样，热现场再生法需要一套指南或规范，以记述项目的材料、人员和其它要求。这有助于业主对两种或多种方法进行分析，以确定最有效的方法。表4-1列出了热现场再生法的一套规范。主要包括路面初步分析以确定结构是否足够，确定热现场再生方法的适用性，对路面进行详细的分析，选择特定的热现场再生技术。表4-1热现场再生项目一般步骤步骤详细规定备注1．路面初步分析表4-2主要确定路面结构是否足够2．热现场再生的适用性表4-2如果热现场再生不适用，寻找其它维修或重建方法3．详细的路面分析表4-3原路面表面层的主要质量和特性4．选择热现场再生方法表4-4表面翻松、重新拌和、重新铺面或重新拌和-重新铺面5．a.重新拌和-选择再生剂（类型和用量），和/或设计新沥青混合料b.重新铺面-新沥青混合料罩面层根据ASTMD4887确定再生剂最佳用量6．完成热现场再生项目表4-5质量控制很重要说明：假定过程中已包含了合适的规范、招投标与付款、质量控制过程。表4-2初步路面结构分析所需信息项目详细资料原因路面调查•路面分级•路面结构a•路面历史•交通量•工作进度•热现场再生方法的适用性•进行详细的补充分析•工作进度路面结构•结构缺陷（类型和范围）a•非结构缺陷（类型和范围）•局部结构缺陷•热现场再生方法的适用性•选定热现场再生方法•需要初步进行局部修补处治之前（也可参考路面调查）•任何特别的处治或材料（表面处治、橡胶沥青、道路织物、环氧补丁等）•如可能，热现场再生之前需移走破损的路面（例如冷铣刨）几何线形和断面•宽度、定线和坡度•表面断面（车辙和磨损）b•热现场再生方法的适用性•热现场再生之前需进行初步处治（例如冷铣刨）各种情况•人工坑洞、沉盆、罩面等•附近情况（附近的植物、树、可燃物等）•工作进度，工作保护和可能的可燃物气体逆向-测试•必要的工作进度和保护性措施说明：a.一般地，有结构缺陷的路面（例如，结构承载力欠缺或基层强度不足，不包括可以维修的局部缺陷）不适用热现场再生方法。非结构性表面缺陷（车辙、磨损、开裂、老化、抗滑性能差等）的路面可适用热现场再生方法。b.要求改善路面宽度、线形或坡度，或车辙过大（约大于50mm）与路面磨损不适用热现场再生方法。在任何修复方法被选定之前，应在分析表面缺陷（例如车辙、开裂、表面抗滑不足）和成因的基础上选择最合适的修复方法。如果不了解缺陷的成因，就不可能应用恰当的修复技术，将来同样的破坏很可能还会出现。使用热现场再生可修复由混合料（如沥青过量、集料嵌挤不足或沥青胶结料太硬/太软）引起的问题。表4-2列出了老路面分析的要求，以确保选定合适的再生方法。不同的要求包括信息调查、路面结构的详细资料、以前处治的情况、路面的几何线形和断面尺寸以及其它各种结构（例如人工凿坑或路面罩面）。这些信息可帮助业主分析热现场再生方法的适用性，确定处治之前的需求（例如需冷铣刨）和特定的热现场再生技术（例如重新拌和或重新铺面）。表4-3列出了对路面详细分析获得信息的重要性。必须分析最重要的路面特性，包括开裂、磨损和车辙。原沥青路面的重要性能包括厚度、沥青含量、集料级配、密度和沥青胶结料的针入度与粘度。最后通过表4-4的指南选定合适的热现场再生技术。首先应分析原路面混合料以确定所需的热现场再生技术和再生剂的类型与用量，包括对混合料中沥青胶结料的抽提和回收。再生剂类型及用量的选择应能恢复沥青胶结料的流变特性。实际现场施工时可调整再生剂的用量，因为试验室的分析通常比真正所需的量多一些。热现场再生施工指南中，再生混合料较为满意的平均压实温度为初压105℃～115℃，具体根据特定的地点和周围环境而定。为了使老路面的翻松更有效，翻松深度内的最小温度应不小于再生前回收沥青胶结料的软化点。热拌沥青混合料施工的两个常见规范是方法规范和最终产品规范。为了保证沥青混合料质量，方法规范详细地描述所有的变化。而最终产品规范限定了混合料的一定性能，施工方法由承包商决定。两种规范各有利弊。例如，如果业主对施工方法有足够的经验，方法规范可能更容易制订。但方法规范要求监督者一直在现场，以保证方法正确。总体而言，最终产品规范相对更容易制订，因为其比方法规范简洁，但它很难规定性能要求和确定性能限值。当处理变异性很大的材料时（例如再生沥青路面材料RAP），就产生规范选用的问题了。因此在再生情况下，应联合采用方法规范和最终产品规范。这样，业主、承包商、材料供应商和设备制造商的经验可用来获得质量符合要求的再生混合料。一般而言，再生项目采用最终产品规范的内容更多一些，这就允许和鼓励承包商进行再生混合料施工时开发和使用新的施工方法与设备。但在某些特定的情况下，可能会指定设备的类型以获得可接受的路面质量。建议建立再生剂与新鲜沥青混合料的用量与设备运动速度的关系，以减小由于速度改变和中断而造成的变异。表4-3对原路面详细分析后获得信息的重要性路面分析项目路面分析参数表面缺陷磨损车辙开裂摩擦表面状况a•开裂（类型和范围）•横断面•纵断面NMRNMRMNNNRN原沥青混凝土b（一般指表面层，但必须至少包括翻松深度）•厚度•沥青胶结料含量（翻松深度内）•坡度（翻松深度内）•密度•空隙率•回收沥青的针入度、粘度和软化点（翻松深度内）MMMMMMMMMMMRMMMMMMMMMMMN说明：M＝必须R＝建议N＝不必a.信息应有代表性，特殊区域（例如大范围的补丁）和局部结构破坏区域应作标记。b.一般以钻芯项目为基础。芯样应有代表性，若需要，特殊区域可增加芯样数。表4-4热现场再生方法选择目的a选项过程为改善由车辙或磨损引起的表面层变形的断面，但相对处于裂缝较少的未老化状况b表面翻松再生加热、翻松、复苏剂（如需要）、整平、重做断面c、压实d为改善由车辙或磨损引起的表面层严重变形的断面，摊铺一层新罩面。为了改善抗滑性能。为了提供一些路面强度。重新铺面加热、翻松、复苏、整平、摊铺新混合料f、重做断面、压实d加入复苏剂或新鲜混合料以改善原有的、开裂老化的表面层质量重新拌和加热、翻松、复苏剂、拌和和/或新鲜混合料、拌和、整平、重做断面、压实d说明：a.每种情况的主要目的；b.通常用于热拌沥青混合料罩面之前（表面再生）；c.标准熨平板和熨平板控制；d.标准压实设备和方法；e.为改善旧混合料的质量，可调整新鲜混合料的组成、级配和沥青胶结料含量；f.标准布料器和布料器控制。质量控制与质量保证（QC/QA）质量控制是指为检验产品和控制正在生产的产品的质量而进行的必要的试验。这些质量控制（QC）试验通常由承包商进行。由于再生混合料的变异性更大，因而试验频率应更高，即使是与常规混合料的试验方法相同，也应如此。开始施工前，了解原路面的质量很重要，包括集料级配和沥青胶结料含量。由于设计、养护和修复方案不同，首先应将路面分成几个子段落。一旦子段落已确定，应从每个子段落获得有代表性的材料试样。用这种方法可确定和分析原有材料的变异性。一般地，热现场再生混合料的质量控制与质量保证（QC/QA）测定方法与热拌再生沥青混合料相似。但与拌和楼生产的热拌再生混合料不同之处在于，热现场再生混合料是在现场生产和改性的。因此有必要对热现场再生混合料的取样和试验特点进行讨论。热现场再生是指旧路面已软化的材料被翻松，并与再生剂拌和后重新压实。现场混合料的取样可从摊铺机后取得，以检查混合料的组成，例如级配和沥青含量。旧路面材料也可从翻松机后取样，检查翻松混合料的沥青胶结料含量、再生混合料的沥青胶结料含量。热现场再生重点检查的项目是再生混合料的温度、压实密度、表面平整度、横坡、人工作业、摊铺厚度和摊铺外观。应采取措施防止路面施工产生过量的烟尘或火焰。表4-5列出了一些质量控制的建议指南。表中提到的一些试验也可由业主用于质量保证（QA）。QA试验的频率通常比QC的频率低得多。热现场再生的许多特点与常规热拌混合料施工相同。重要性质有ASTMD4887再生剂的适用性，新鲜混合料（如果用）的添加百分率，新沥青罩面层厚度（如果有）和初压温度。有些州在正式施工之前要求铺筑试验段以分析整个再生过程。纽约州交通部重新拌和规范要求承包商取样、试验和提供再生后松散混合料的试验结果。表4-5热现场再生方法的质量控制a项目建议方法b宽度同常规翻松深度测定旧路面到第二拌和器的深度或用圆环法c复苏剂用量百分率（如果用）ASTMD4887根据用量计算复苏剂质量（如果用）同常规（规范和ASTMD4552）新鲜混合料添加百分率（如果用）根据用量（吨）和现场密度计算新沥青混合料罩面厚度（如果有）根据用量（吨）和现场密度计算初压温度监测断面深度中间点处温度新鲜沥青混合料温度（如果用）同常规沥青胶结料含量、级配和稳定度要求同常规压实同常规，与相关的重新压实的密度进行比较，这点很重要表面允许值同常规再生混合料中抽提沥青的针入度/粘度和软化点同常规说明：a.热现场再生法大多以常规沥青混合料的摊铺技术为依据，只在必要时对常规质量控制要求进行增补。必要时应建立质量控制项目和试验频率以确保与要求一致。b.应由质量技术员在有资质的试验室，对随机取样、有代表性的试样进行试验。c.已知内径（一般355mm＝0.1m2）的环被尽可能深地推进已翻松的旧路面，取走环内混合料并测定其质量，根据旧路面的密度计算得翻松深度。小结根据原路面破坏类型选择不同的热现场再生方法。与常规维修方法相比，热现场再生的三种方法可以在成本低得多的情况下有效地处治路面破坏。但为了保证路面的性能，热现场再生施工应有严格的质量控制和质量保证措施。必须对原路面的破坏成因进行确认，分析热现场再生方法的适用性。根据路面破坏的类型和维修目的选择合适的热现场再生方法。对原路面沥青胶结料进行试验，以便有效地选择再生剂。对于施工指南，应遵循碾压温度的建议。一般而言，热现场再生QC/QA的测定方法与热厂拌再生相似，但热现场再生软化和翻松后的材料应分析其级配和沥青胶结料特性。重点检查翻松深度、再生混合料温度、压实密度、表面平整度、横坡、人工作业、摊铺厚度和摊铺外观。热现场再生路面的经济分析费用比较如果选择得当，所有的再生方法都比常规维修方法便宜。由于方案、设备和选择维修方法的原因不同，在热现场再生的不同方法或热现场再生与常规方法之间很难进行比较，费用也因项目而异。费用的花费和节约与多种因素有关。总费用随再生剂的要求、使用的外掺剂和外掺混合料、当地材料与燃油费用、所处地区等因素的变化而变化。热现场再生能够节约成本主要是因为减少了运输费用，而且新鲜材料的用量很少。应该注意到，由于再生技术和设备的发展，再生法的成本随时间而改变。本节进行经济分析时，费用主要指承包商必须花费的人工、材料、设备、分包、重修或确保路面结构达到要求的费用。根据美国1990年的调查，对表面25mm深度内的旧路面进行翻松再生，添加再生剂成本约1.25美元/m2，而摊铺25mm厚的新路面约需2.05美元/m2，因此用双层铺面法再生（包括再生和加铺）约需总费用3.30美元/m2。用重新铺面法对旧路面表面25mm内的深度进行再生，然后摊铺25mm的罩面层，约花费3.62美元/m2。与冷铣刨后摊铺常规罩面层相比，最大可节约25％的费用。铣刨25mm路面，然后添加10～20％的新鲜集料重新拌和再生，约花费2.24美元/m2。加拿大有研究报告指出，对于50mm的处治深度，一般重新拌和法的价格为2.78～3.70美元/m2之间。用热现场再生方法不仅仅表现为费用的节约，与常规摊铺技术相比，它在旧路面上再生或修复混合料的缺陷，也节约了材料和能源。随着能源问题的出现，在选择铺路方案时应同时考虑经济和能源的要求。将来减少能源的消费会变得更重要。费用的计算表5-1可用来计算RAP混合料节约的费用。注意，由于按不同的用途将RAP分成了两种规格的材料，因此该方法将粗细集料分开计算，若RAP只有一个规格，集料则无需分开计算。表5-1热现场再生方法的费用计算A沥青胶结料节约的费用：新鲜AC＄/吨（）×混合料中AC％（）×混合料中RAP％（）每吨：＄B细集料节约的费用：新鲜细集料＄/吨（）×％混合料中细集料（）×混合料中RAP％（）＄C粗集料节约的费用：新鲜粗集料＄/吨（）×％混合料中粗集料（）×混合料中RAP％（）＄D合计＄E减去RAP所需费用（包括运输费、燃油费、人工费等）：所需费用＄/吨（）×混合料中RAP％（）＄F减去额外的加工/破碎费用：加工/破碎费用＄/吨（）×混合料中RAP％（）＄G减去各种附加费：各种附加费用＄/吨（）×混合料中RAP％（）＄H再生沥青混合料每吨节约的净值（D-E，F和G）＄热再生法的材料与混合料设计与新沥青路面相比，再生沥青路面的材料与混合料设计复杂得多，因为变量增加了。所有再生沥青路面的材料必须满足新沥青路面的材料要求外，对各种再生剂也应满足不同的要求。再生沥青混合料的设计具体又可分成热拌和冷拌再生混合料设计，而热拌与冷拌再生混合料的设计方法可以分成传统的马歇尔设计法和Superpave设计方法。现场和厂拌再生只是工艺流程上有区别，在混合料设计方面没有太大差别。大量资料表明含有RAP材料经过正确设计的热拌再生沥青混合料的路用性能至少与新混合料一样，其抗车辙性能优于新沥青路面，疲劳和低温性能与新沥青路面相当。沥青混合料热再生是将回收的沥青路面材料（RAP）与新材料（有时还包括再生剂）混合，生产热拌沥青混合料的过程。同传统的热拌沥青混合料相同，再生沥青混合料也必须经过正确的设计以保证其具有良好的性能。经过正确的设计的再生沥青混合料，能够达到与新鲜热拌沥青混合料相同的性能。热再生混合料通常有四个组成部分，分别为回收的沥青路面混合料、新鲜集料、新鲜沥青胶结料、有些时候还包括再生剂。再生混合料设计过程的两个步骤为原材料分析和混合料设计。进行原材料分析的目的是测定组成材料的重要性能，从而确定满足混合料性能要求的最佳的材料配比；混合料设计的目的是通过沥青混合料的击实试验结果确定沥青胶结料的等级及用量。材料选择及混合料设计的步骤如下：①获取RAP材料有代表性的试样；②试验室分析a．确定回收的沥青混合料的组成及性能；b．确定添加的新集料的用量；c．选择新添沥青胶结料的等级和用量；d．沥青混合料的拌和、压实及性能验证试验；③选择满足混合料设计标准要求的混合料最佳配比。材料分析材料分析的目的在于：通过取样、试验，确定材料的比例，以满足最终沥青混合料的要求。包括对老化后混合料（回收沥青路面RAP），拟用的再生剂和新鲜集料进行取样、分析。混合料中的RAP可能来自不同地点或沥青路面的不同层次，因此其构成或规格不同。为了分析变异性（如：级配、沥青用量）对混合料性能的影响，必须从原来路面、RAP运输车或RAP料堆上取得有代表性的样品。对一些重要的特性，如级配和沥青含量的变异作出正确评价。RAP取样从原路面取样：通过取样对一些重要性能，如级配、沥青用量、针入度和粘度等进行分析。调查施工历史资料和以前路面状况及养护记录，以了解不同路段的差异、表面破坏情况。根据这些情况可将路段按施工材料和铣刨深度分成不同的段落。路面取样应采用随机取样的方式。下面简单介绍一下取样过程：①根据历史资料，按结构组成将路面分成不同施工段落，②每一个施工段落按等长度分成6～8个子段落，③样品应从各子段落随机取样，④每份样品应取足够量（至少6.8公斤）用来做沥青胶结料的抽提、回收等试验，⑤每份样品应分开单独做试验。表6-1列出了美国几个州在施工过程中用于试验的取样频率和取样数量大小。建议取样数量为每1.6车道公里取一组3个芯样。虽然大多数单位所取芯样都贯穿整个结构深度，但通过目测也可将芯样钻至想要的深度。取样方法可参照AASHTOT168沥青铺路混合料取样方法进行。表6-1路面分析取样频率和尺寸州取样频率取样尺寸亚利桑那3个芯样/1.6车道公里150mm直径贯穿结构全深度佛罗里达1组3个芯样/1.6车道公里每车道至少两组芯样150mm直径贯穿结构全深度堪萨斯3个芯样/1.6车道公里至少30个芯样100mm直径贯穿结构全深度内华达1个芯样/750车道米100mm直径贯穿结构全深度德克萨斯10个芯样/项目150mm直径贯穿结构全深度威斯康星1个芯样/800米至少表面积230cm2怀俄明2个芯样/公里150mm直径贯穿结构全深度从RAP运输车上取样：在运输车将RAP从铣刨现场运往拌和场堆放的过程中，可以从车上取样。取样的方法见图6-1。可参照AASHTOT2集料取样方法进行。从RAP料堆上取样：为了从RAP料堆上取得有代表性的样品，应从料堆10个不同的地方取样，且应尽量减少离析的影响，而且取样时应从料堆表面150mm以下的材料中取样。将试样剥开分散，去除大于50mm的团粒。建议取样后的试样数量不少于5公斤，一半用于混合料组成分析，另一半用于沥青混合料设计。需单独取样做抽提试验以分析集料级配和沥青胶结料性质。可参照AASHTOT2集料取样方法进行。建议取5组试样进行阿布森（Abson）回收试验确定沥青胶结料性质。由于铣刨过程中经过了二次破碎，集料的级配可能会改变，因此对从RAP冷料堆取样的试样应进行试验。对于堆放的RAP料堆应做好标记，一旦决定被用于混合料设计，就不可加入其它铣刨料。注意：对于热现场再生，从原路面取样更为常见。从料从料堆取样从卡车上取样从路面取样将料堆分成12～16将料堆分成12～16块栅格如果路面为双车道如果路面为单车道每一块随机选取一点取样每一块随机选取一点取样每个时间段落随机选择两辆卡车取样每个时间段落随机选择两辆卡车取样将路面分成等长的12～16个段落如果取样机械不能从每个取样点的料堆顶部及邻近边缘的料堆的一半位置处取样如果取样机械可以从每个取样点料堆的上部第三层及下部第三层取样如果取样机械不能从每个取样点的料堆顶部及邻近边缘的料堆的一半位置处取样如果取样机械可以从每个取样点料堆的上部第三层及下部第三层取样每辆卡车随机取一个样品每个段落每车道随机取一个样品每辆卡车随机取一个样品每个段落每车道随机取一个样品每个段落随机取一个样品进行试验进行试验进行试验进行试验进行试验进行试验每层每块进行一次试验每层每块进行一次试验分析试验数据，确定平均值、标准差分析试验数据，确定平均值、标准差分析试验数据，确定平均值、标准差分析试验数据，确定平均值、标准差分析试验数据，确定平均值、标准差分析试验数据，确定平均值、标准差分析试验数据，确定平均值、标准差分析试验数据，确定平均值、标准差图6-1取样方案流程图RAP分析在进行混合料设计之前，必须对RAP材料进行分析。这是因为由于老化和氧化，沥青混合料内部发生了较大变化。对于沥青胶结料主要表现为：轻质油分丧失、沥青质增加，变硬（粘度增加），延度降低。由于交通荷载及环境的影响，集料级配有一定衰减。因此在设计开始之前，必须分析RAP的组成。一般是确定回收沥青路面的集料级配、沥青含量和60℃沥青粘度。从有代表性的RAP试样中回收已老化的沥青胶结料，用来确定其性质。下面简单介绍集料和胶结料的分析方法。集料分析：可用AASHTOT30回收集料的力学分析方法或AASHTOT27粗、细集料筛分方法对从RAP中回收的集料进行分析。任何级配的缺陷都可以通过加入适当粒径的新鲜或回收集料进行修正。建议对粗、细集料的棱角性进行检查。如果要回收沥青以做进一步研究，可用AASHTOT164方法进行抽提，若不准备回收沥青胶结料只确定RAP的组成（沥青含量和集料级配），也可用AASHTOT308燃烧法试验，燃烧法偶尔会使级配略有变化，应与当地的经验结合起来。沥青胶结料分析：RAP混合料设计过程中,我们不但要知道RAP中的沥青含量,有时也需要测试残存胶结料的性质,沥青含量通常使用溶剂法抽提或燃烧法，而残存胶结料性质,通常用阿伯松（AASHTOT170）和旋转蒸发器法(AASHTOTP2)。对于RAP最好使用改进的AASHTOTP2，然后用AASHTOT202方法测试60℃粘度以检查回收沥青的一致性，从而确定再生混合料中新鲜沥青的用量和等级。有的单位还测试回收沥青25℃的针入度。如果再生混合料中RAP的用量少于15-20％，无需对抽提出的沥青进行试验，所用新鲜沥青的等级也无需改变，与普通沥青混合料一样。再生剂使用再生剂有四个目的：①恢复已老化沥青胶结料的性能，使之满足施工和混合料的最终使用要求；②恢复再生混合料的最佳性能，保持耐久性；③提供足够的沥青胶结料以裹覆再生混合料中加入的新鲜集料；④提供足够的沥青胶结料以满足混合料设计的需要。再生剂是一些有机材料，通过化学和物理的作用将已老化的沥青恢复到想要的水平。再生剂选择时，老化沥青与再生剂混合物的粘度特性是决定因素。再生剂的种类主要有：软化剂、回收剂、改性剂、熔化油、混合油以及芳香油。也有人将再生剂定义为一种碳氢化合物产品，通过物理作用将已老化的沥青性能恢复，达到规范要求。根据这个定义，较软的沥青和一些特殊产品也可以作为再生剂。当再生混合料中总沥青用量增加时可使用沥青胶结料作为再生剂，选用特定等级的沥青与RAP中已老化的沥青混合后达到规范要求。一般AC-10，AC-5或AC2.5（相当于针入度85-100、120-150或200-300）的沥青常用于此。在美国，软等级的沥青作为再生剂使用比化学再生剂更普遍。如果老化沥青的粘度特别高（或针入度特别低）或者是再生混合料中RAP的用量远大于50％，可少量添加一些化学再生剂用于改善已老化的沥青胶结料，而无需改变沥青用量。乳化再生剂具有一定优点：增进流动性及和易性，控制温度以防止混合料在拌和筒中被过度加热。而且可以调整乳化液的配方以保证再生混合料中沥青胶结料的最终设计粘度。缺点是必须加热使乳化液中30～35％的水分去除。为了保证再生剂发挥作用，建议其性能要求如下：①在再生混合料中易于分散；②能改变RAP中已老化沥青的粘度，使其达到要求的水平；③与已老化的沥青相容，不会发生脱水收缩反应（蜡从沥青中析出）；④能重新分布已老化沥青胶结料中的沥青质；⑤能延长再生沥青混合料的寿命；⑥性质均匀；⑦不易冒烟和着火。为了分析再生剂的性能，一些单位做了各种不同试验。表6-2列出了ASTMD4552再生剂分类中包含的物理特性，比较重要的性能如下：①60℃粘度，测定沥青胶结料的一致性；②闪点，评价再生剂中有机挥发物的存在，这也是运输、施工和储存时的安全要求；③饱和重量百分率，确保兼容性；④重量损失，减少施工中烟尘产生和挥发物损失；⑤老化试验，减少热拌时再生剂的过度老化，确保耐久性。再生剂（RA）等级的选择依据旧路面中沥青的含量和硬度而定。一般地，低粘度的再生剂用于老化沥青粘度较高的情况，反之亦然。RA1，RA5，RA25和RA75等级的乳化沥青更适用于新鲜集料添加量少于30％的情况，而等级RA250和RA500更适用于混合料中新鲜集料添加量大于30％的情况。乳化再生剂的规范与乳化沥青相似（见表6-3）。乳化再生剂的选择由旧路面中沥青的一致性、再生的方法和数量、新鲜集料（如添加）和其它设计要求而定。表6-2ASTMD4552热拌混合料再生剂规范试验试验方法RA1RA5RA25RA75RA250RA500最小最大最小最大最小最大最小最大最小最大最小最大60℃粘度，cStD2170或D217150175176900901450045011250012501375003750160000闪点，COC，℃D92425…425…425…425…425…425…饱和，wt%D2007…30…30…30…30…30…30RTFO或TFO残留物试验，163℃D2872或D1754粘度比*-…3…3…3…3…3…3重量变化，±％-…4…4…3…3…3…3密度D70或D1298报告报告报告报告报告报告表6-3ASTMD5505乳化再生剂规范试验试验方法ER-1ER-2ER-35最小最大最小最大最小最大乳化再生剂粘度，50℃，SSF筛上剩余量，％储存稳定性，24h，％D244D244D2441000.11.5204500.11.5204500.11.5残留物含量，蒸馏法，％稀释密度压实性*bD244D70可变65报告报告报告65报告报告65报告报告蒸馏残留物粘度，60℃，cSt饱和，％溶解度，三氯乙烯D2170D2007D20425097.52003097.53097.530蒸馏残留物RTFO*c针入度，4℃，50g，5sRTFO，重量变化，％D5D287247520045754说明：a.ER-1应使用可饮用水稀释；b.允许乳化剂改变，包括高漂浮性和阳离子乳化剂。工程师应采取必要措施以防不相容的物质在容器中被混合。供应商应提供乳化剂的化学特性（高飘浮性乳化剂的平坦试验，阳离子乳化剂的颗粒电荷试验及其它必要的试验）。c.RTFO应标准，经工程师同意也可用薄膜烘箱试验替代（D1754）。热现场再生的材料和混合料设计根据ARRA指南要求，热现场再生一般对表面20mm～40mm深度的路面进行。与常规热拌沥青混合料一样，再生混合料也必须经过正确的设计才能保证获得应有的性能。当设计正确时，再生混合料的性能可以与新鲜的沥青混合料相当。混合料设计过程热现场再生混合料设计过程大致分以下几步：①回收材料的分析；②再生剂类型和用量的选择；③确定是否需要添加新鲜集料或沥青胶结料或新鲜热拌沥青混合料；④准备和试验沥青混合料；⑤选择新鲜集料、沥青胶结料和再生剂或新鲜热拌沥青混合料的最佳组合。以下步骤是混合料设计中最重要的几步。混合料设计的详细步骤见表6-4。步骤A.确定材料性质和比例步骤B.准备混合料设计所用的材料步骤C.完成混合料设计步骤D.进行质量控制/质量保证（QC/QA）试验表6-4热现场再生沥青混合料设计步骤A.确定材料特性和比例1.获取有代表性的RAPa、新鲜集料a和新鲜沥青胶结料的试样b。2.确定RAP中沥青胶结料的含量（包括回收沥青的针入度/粘度）b。3.确定RAP的集料级配，包括毛体积密度。4.确定新鲜集料的级配、压碎值、毛体积密度和吸水率c。5.确定是否需要调整集料的级配以获得VMA，保证有足够的稳定性d。6.确定整个集料混合物的级配，检查是否符合规范要求，必要时作调整。B.准备混合料设计用的材料1.确定沥青用量的增量（范围）。2.选定新加入新鲜沥青的等级或针入度/粘度。3.确定每一增量RAP、新鲜集料和新鲜沥青胶结料的质量。C.完成混合料设计1.准备压实试件（包含RAPe、新鲜集料和新鲜沥青胶结料）。2.测试试件—毛体积密度、最大理论密度、稳定度、流值、空隙率、VMA、外观。3.报告再生混合料设计。D.质量控制/质量保证（QC/QA）1.与常规热拌沥青混合料相似，但应增加对RAP的测试（含水量、级配、沥青含量），重点测试回收沥青的绝对粘度和针入度。注意：a．所有试样必须有代表性。应使用过程控制数据。b．新鲜沥青胶结料在再生混合料中的性能应满足规范要求。c．对于以前未使用过的新鲜集料，应考察其岩性和抗剥落性能。对于RAP集料，当与集料有关的路面破坏已发生时也应进行相应试验。d.为了达到VMA要求，通常需使用洁净的细集料。e.对RAP进行烘干应小心，以防沥青胶结料被过分老化，然后加入适当加热的新鲜集料使拌和温度满足RAP沥青与新鲜沥青的混合物的拌和温度粘度要求。图6-2列出了热现场再生混合料设计的步骤，与热厂拌再生法基本一致，主要不同在于：①热现场再生时RAP的用量一般很高。而热厂拌混合料再生时RAP的用量为15－20％，热现场再生时RAP用量通常达80－100％；如果使用100％的RAP，无需确定RAP和新鲜集料的混合级配组成。②热现场再生混合料的空隙率可高于4％。更高的设计空隙率（例如6％）在加拿大热现场再生中有成功的范例。下面举一个热现场再生100％利用RAP的例子。设计实例热现场再生利用100％RAP。已老化的沥青胶结料粘度是50000泊，再生剂的粘度是100泊，目标粘度是2000泊。确定所需再生剂的用量。如图6-3所示，点A是老化沥青的粘度（50000泊），点C是再生剂的粘度（100泊），画一条水平线代表目标粘度（2000泊）。连接点A和点C。直线AC和目标粘度线交点的横坐标就是胶结料中再生剂的用量（42％）。集料级配，沥青用量，集料级配，沥青用量，RAP中抽提沥青的粘度新鲜集料的级配确定再生混合料中的合成级配确定沥青要求估算混合料中新鲜沥青的用量选择新鲜沥青胶