摘 要：本文将简要介绍一些发达国家在公路的沥青路面大、中修工程中，对沥青路面材料性能的恢复所采用的方法、设备以及今后的发展趋势——就地热再生技术。阐述采用就地热再生技术的理论依据，设备的施工系统。分析采用了就地热再生后，沥青材料所发生的变化以及经济和环保效益。
关键词：就地热再生 再生剂

    随着公路建设的高速发展，尤其是高速公路建设发展速度的不断提高，对公路路面的养护工作已经成为当今世界公路建设行业所面临的一个重要研究课题。人们一直在寻求更有效、更经济的公路养护方法，这对高速公路路面的大、中修工程更为重要。本文将着重介绍公路沥青路面大、中修工程中，对沥青路面材料性能的恢复所采用的方法与设备以及今后的发展趋势——就地热再生技术。

一、 回顾沥青路面大、中修所采用的几种方法与历程

    沥青路面大、中修大致可分为如下四个阶段：
    A.直接罩面法
早期对沥青路面的维修是采用直接在原路面上加铺一层约4～5cm厚的新沥青混合料。采用这种方法的特点是不必对原路面进行任何处理，施工周期比较短。但是这种方法的最大缺点是改变了原路面的结构设计，会给排水系统等带来一系列问题，尤其是对城市道路，是一种不可取的施工方法。此外，在桥梁的桥面上也是不允许多次采用的。因此，这种施工方法已被淘汰。

    B．冷铣削、加铺新料法
这种维修方法是对原沥青路面用铣刨机将面层铣削约4~5cm，然后在此基础上再加铺4~5cm的新沥青混合料。这种施工方法的优点是保留原路面的结构设计。众所周知，它的缺点是在铣削路面材料时所产生的噪音和对环境造成的污染，尤其是城市道路的施工中，其危害会更大。而且被铣削的材料必须运走集中堆放，等待回收再利用或被丢弃。所以，这种冷铣削法会使施工成本最高，浪费最多，且施工周期最长。

    Ｃ.热再生、加铺新料法
这种施工过程是对原旧路面面层热再生约2~3cm厚，然后在已再生的路面基础上加铺约2~3cm厚的新沥青混合料。这是目前欧、美一些发达国家仍在大规模使用的一种路面材料恢复性能的维修方法。由美国联邦公路管理局出版的“路面材料恢复性能维修”一书中，专门列出一个“沥青路面面层热再生”的标题。在这个标题下有这样的说明：“在2.5cm厚的热再生路面面层材料的基础上，再加铺2.5cm厚的新沥青混合料的效果。相当于在原来旧路面上加铺6.5cm新面层材料的效果。而这一结论已被广泛接受”。如图1所示，那就意味着我们把新加铺的面层厚度由6.5cm降低为2.5cm。而其路面质量相同，为此，其维修施工成本下降一半。为了进一步降低路面维修施工成本，现已开始采用第四种路面材料恢复性能的维修方法。

    D.100%就地热再生法
自从英达科技有限公司下属的美国子公司，在2000年９月研制生产出第一代沥青路面材料100%就地热再生设备以来，经过一年半的施工考核证明，高速公路路面材料100%热再生，与上述其它三种维修方法比较，除完全达到新拌沥青混合料所铺设路面的性能参数外，热再生深度最深达5cm，其维修成本最低，施工周期最短而且是目前世界上对沥青路面材料再生的最佳方法。该设备也是目前世界上唯一一种可对沥青路面材料进行100%热再生的设备。

    二、沥青路面材料100%就地热再生的理论依据
    通过对大修前沥青路面材料的取样分析，即钻取4.5cm厚的路面材料试样。如图2所示，并将试样切为相等厚度的５块，分析这５块试样中沥青所发生的变化规律。

    经过大量研究发现沥青的老化发生在顶层的2cm厚度中是可以肯定的。而且路面面层约2.5cm厚范围内的沥青随着公路使用年限的延长和气候的影响，会比2.5cm以下的沥青老化速度快得多。从路面面层铺设完成的第一天起，由于阳光紫外线的照射，气候环境如雨、雪、结冰、潮湿或高温特别干燥气候等因素的影响下就开始产生氧化。这些只是到目前为止，我们所认识到的几个路面沥青材料发生老化的主要原因。由于沥青性能的下降，从而使路面产生不同程度的破坏。
    一般沥青混合料中砾石的含量约94～95%，而砾石是由几万甚至几十万年所形成的物质。它在作为沥青混合料的骨料使用过程中，随着公路使用年限的延长而变化是微乎其微的。我们可以将它看作是一种不会随着公路使用年限的延长而发生变化的材料。此外，若假定原路面所铺设混合料的油、石比例和级配是完全符合标准的沥青混合料，那么随着使用年限的延长，路面材料中唯一发生变化的只有沥青。众所周知，沥青混合料中沥青的含量一般为5~6％。
    在上述结论的基础上，将所需进行热再生的路面材料进行定距离采样、分析和试验，得出当前须维修路面材料中所含沥青成分的百分比，作为标定值Ａc，那么在热再生过程中，只要均匀地加入再生剂量为δ，使得Ac+δ=5～6%，即可满足标准沥青混合料中沥青的标准含量，这样就可以达到新沥青混合料的性能参数与标准，在这样的理论依据下，我们设计并制造出沥青路面材料100%就地热再生设备R1。

三、R1热再生施工系统与工作原理

    1. R1热再生施工系统

    在R1热再生整个施工系统中，首先采用2～3台HM-16型预加热器，将所需进行热再生的路面以连续加热的方式加热到约130°C左右，加热深度约4～5cm。预加热器的台数取决于气候与施工环境温度等，而加热深度则取决于原路面面层材料的厚度。在预加热过程中，最靠近R1的那台HM-16型预加热器应带有均匀撒布砂料的功能。预加热完成后，R1紧随其后对已加热的路面以连续的方式进行100%的热再生处理。
目前已生产出两种结构类型的R1，一种R1设备本身配备有沥青摊铺与熨平装置，而另一种R1设备不配置沥青料摊铺与熨平装置。后者则需一台带有拾料器的摊铺机配合R1独立对热再生后混合料的摊铺，最后进行与传统压实工序相同的方法压实，完成路面热再生施工。整个100%热再生施工过程是一组设备相互配合且连续进行的施工过程。

    2.R1的工作原理与过程
    R1的主要工作过程如图4所示

     四、沥青路面材料100%热再生的结果分析

    经过100%热再生设备对沥青路面材料进行热再生后：
    1．由于再生剂的加入，改善了沥青的性能，如图5中沥青脆性曲线。

    原沥青的脆性曲线为 a，它随着使用年限的延长按a的规律上升。在热再生的过程中，由于适量再生剂的均匀加入，改善了原沥青的脆性性能，使沥青的脆性性能大大降低，如图5中曲线b所示。热再生后的沥青脆性将随着使用年限的延长而按曲线c的规律上升。显然，曲线c的斜率远远小于曲线a的斜率。这样的结果意味着改善了沥青的脆性性能，从而延长了沥青的使用寿命。

    2．沥青混合料的稳定性有所提高。其原因是由于沥青拌和场对原材料的管理状况，尤其是长期露天堆放的砾石料，使尘埃贴附在砾石表面。砾石在拌和前虽然经过烘干过程，但直到进入拌缸后，仍有部分尘埃依然贴附在砾石表面。当沥青喷入拌缸进行拌和时，沥青首先包裹该尘埃层，并以此状态被运送至摊铺工地进行摊铺、压实。这样的新材料在车轮碾压路面受力时，仍存在着较大的流动性，而且这种流动所产生的骨料滑移是一个非均匀过程，由此造成以新拌和材料摊铺的路面与热再生后的路面材料在相同厚度状态下，经过相同时间的使用后，前者沉陷量较后者大。由此分析得出，经热再生处理后的沥青混合料比新拌和混合料更为稳定。
通过对美国费城一条穿越市区的高速公路实地考察，该高速公路所经过的市区段是用两种不同的方法在一年前进行路面大修的。一种是用冷铣削的方法，即先将路面面层5cm沥青料铣削掉，然后加铺压实后为5cm的新拌沥青混合料。另一种方法是采用Ｒ1对原旧沥青路面直接进行５cm深的100%热再生。在该公路完成路面维修并开放交通半年后，我们由两种施工方法的分界线两侧分别步行目视检查约１公里。在新混合料铺设区内的路面发现很多细而长的横向裂纹。而在经100%热再生区内的路面仅发现一条很短的细微裂纹。这就进一步验证了100%热再生路面材料较新拌混合料更为稳定的结论是正确的。

    五、沥青路面热再生技术展望
    Ｒ１经过一年半的施工考核证明，由该沥青路面100%就地热再生设备再生后的路面完全达到新沥青路面的各项性能指标。由图7所示路面质量与使用年限之关系曲线分析结果，对一条公路的沥青路面，用Ｒ１可进行多次的100%就地热再生施工。所以，Ｒ１是一种真正能够恢复沥青路面性能的维修设备，也是高速公路路面大、中修最为有效的设备之一，该设备以及施工方法目前在北美是一致被接受和认可的。
    2001年10月初，在美国的费城、纽约两市对Ｒ１的施工效果实地考察后，又访问了美国公路建设和运输行业的有关专家，共同讨论和比较沥青路面大、中修的几种施工方法。大家一致认为，Ｒ１的就地热再生施工方法无论从施工成本、施工周期、对环境所造成污染程度等等，都是最佳施工方法，尤其是大大降低了施工成本所带来的巨大经济效益。目前在美国许多州的高速公路路面维修工程投标中，100%就地热再生已被列为优选的施工方法。相信在近期内，沥青路面100%就地热再生技术与设备将很快会被广泛推广和应用。