再生瀝青混合料性能及再生路面設計
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摘要：對國外冷再生設計中主要應用的AASHTO法和AI法進行了詳細闡述，提出了冷再生路面設計原則，并對冷再生路面設計中需要重點考慮的因素進行分析，包括舊路強度評價和最小表面層厚度，旨在提高再生路面的設計水平，達到減少成本浪費和保護環境的目的。
引言
隨著社會的發展，我國的道路數量逐年增加，許多服役多年的高速公路迎來了大中修期。為了在保證經濟成本的同時滿足環保要求，越來越多的路面在大修時應用了冷再生瀝青技術，其突出的優勢使其受到了路面設計與施工單位的青睞，逐漸成為了我國應用范圍最廣、前景最為廣闊的路面修復技術類型。目前我國對再生瀝青混合料性能特點和路用性能的研究較為重視，但對其路面設計方法重視度不夠，不利于再生路面的后續設計研究[1]。因此，應結合當下使用的再生瀝青混合料的性能特點對再生路面設計進行研究，以保證再生路面設計流程的有效性和實用性。
1國外冷再生設計方法
由于冷再生路面的應用性能優秀，國內外都對冷再生路面的設計進行了分析與研究，對冷再生路面結構設計方法進行完善，逐漸形成了系統的設計流程。當前主要的冷再生設計方法為AI法和AASHTO法。
1.1AASHTO法
該設計方法的基礎是有效厚度法與加鋪層設計方法，與路面剩余壽命具有較為緊密的聯系，表征體現為路面材料、彈性模量以及疲勞特征等，各種數據均有對應的表示結構數[2]。通過相應的公式能夠計算出路面的剩余壽命系數，根據再生層、罩面層結構等系數能夠將各自的厚度準確表示出來。根據泡沫瀝青冷再生層的結構等效系數（0.2～0.42）與乳化瀝青冷再生層的結構系數（0.17～0.41），能夠推斷出冷再生結構系數取0.3～0.35為最佳，這是通過大量的實驗數據所得出的科學計算結果，并在后續的應用中證明了其應用價值[3]。
1.2AI法
美國瀝青學會出版的《公路及城市道路瀝青路面厚度設計方法（ThicknessDesign-asphaltPavementsforHighwaysandStreets）》中介紹了許多有關再生路面結構設計的內容，包括混合料設計、厚度設計、冷再生施工以及材料評價等。AI法的材料主體為乳化瀝青冷再生混合料，不同環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法的針對主體。通常將再生瀝青混合料分為A和B兩個種類，其中A類是集料級配歸于一般的冷再生混合料，B類是可以歸為砂礫級配的材料，實際應用時要與相關資料相比對，以應用于不同的路面設計環境。路面厚度設計在AI法中屬于理論設計類型的一種，通常采用兩個應變作為整個設計流程中主要的設計指標[4]：一個指標是為了控制路面疲勞的瀝青混合料層底水平拉應變，目的是防止路面開裂；另一個指標是避免路面變形的針對路基的頂面豎向壓應變。通常將諾模圖作為確定路面厚度的主體，得到的路面數據與瀝青面層和冷再生基層相加的總厚度有直接聯系，具體需要根據交通量對照相應數據確定出最終的最小面層厚度，以符合對應的路面設計標準。根據不同交通量下的路面標準軸載作用次數，結合規范要求，計算得出滿足彎沉、疲勞性能要求的最小面層厚度，如表1所示。需要注意的是，在應用瀝青混凝土進行路面施工時需要根據性能與路面實際結構挑選，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（通常為一層或兩層）的瀝青表處，以避免因產生較大磨損而影響最終的路面應用效果[5]。厚度設計方面，如果有必要在冷再生基層下保留一部分舊粒料基層，應對其基層材料性質進行深入分析，從而確定最終的路面層厚度。在確定時需要結合舊路的折算系數，通常為0.1～0.2，具體可根據路面的實際情況進行選擇。
2冷再生路面設計原則
瀝青混合料通常被應用在路面的上半部分，具有質量好、價格高的特點，是防止路面在長時間的使用過程中出現開裂或變形的必要環節。進行冷再生路面設計的目的是最大程度利用瀝青混合料，在節約資源的同時，達到環境保護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應用特點，使最終的再生瀝青混合料通常被應用在對材料要求較高且能夠承受較大載荷的路面結構的上部，在使用前還需要根據實際路況調整混合料比例，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度，冷再生下的混合料強度與水分蒸發以及密度增加有著十分緊密的聯系。在完成路面鋪筑后的1～2年，混合料的抗磨耗能力會隨著時間的推移而逐漸降低，甚至最終導致一些不可逆轉的路面損傷，嚴重影響路面應用效果[6]。因此，冷再生下的瀝青混合料通常不被直接應用在路面結構的表面，如果需要應用在表面，應根據實際情況改變應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別，生產出的混合料性質與應用效果并無差別。在路面結構的應用方面二者也是相同的，因此不必對其加工方法過于糾結，只需要根據實際情況選擇適合的加工方法即可。
3冷再生路面設計需要重點考慮的因素
從國外設計方案中可以得出相應的結構設計經驗，通常情況下需要考慮舊路的使用壽命、強度以及受損情況等，與我國的實際路面狀況相結合后才能制定出對應的路面設計方案，具體可以將其分為五個步驟：強度評價、混合料參數確定、結構組合設計、厚度計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度評價與最小面層厚度的確定。（1）舊路強度評價。冷再生瀝青路面結構層厚度與舊路瀝青層厚度、下基層強度和實際的交通載荷量有著密切關系，相應的數據需要依據公式將各種與之相關的參數代入才能最終確定。瀝青路面的結構設計與路面改建的概念類似，其再生層厚度計算方法可以套用改建路面設計方法。即使應用AASHTO方法也只是將結構設計作為罩面，不同的只是結構層系數取值。如果基層頂面以下的材料類型與性質均是已知狀態，可以通過計算估計出水泥混凝土基層頂面的當量回彈模量，以此為基礎計算出相應數據，能最大程度提升數據的精準度，并為其提供基本的路面設計參考數據以幫助確定最終的路面設計方案[7]。（2）最小面層厚度。由于冷再生的瀝青混合料的特殊性質，在應用初期，其抗磨耗能力比普通路面低得多，在自然環境、外界溫度以及交通載荷量變化等的影響下，出現不同程度的路面結構損壞。因此，在應用冷再生瀝青混合料之前，一般需要設置一層質量較高的表面層，以保證最終的路面強度與實際應用效果。需要注意的是，雖然AI冷再生路面結構的相關計算方法為后續計算最小面層厚度提供了參考數值，但由于交通數值的國內外現行執行標準不同，因此在計算時需要注意標準數值的不同帶入方法以及公式的不同應用。對于非設計層的面層厚度，雖然給出了相應的厚度范圍，但從整體來看，由于新標準的應用，原本的推薦結構不再適用于當前的路面結構設計，在指導設計方面可能會出現一些偏差。雖然對新鋪設的路面影響并不大，但從舊路的再生瀝青混合料修復與再利用過程的角度，實際的路面設計方案的確定增加了一定的困難。加之冷再生技術通常應用于高速公路，由于現階段的交通量較大，對路面的強度與耐久性提出了新的要求，需要綜合考慮各種可能發生的情況，才能最終確定最小面層厚度。
4結語
綜上所述，為充分發揮再生瀝青混合料的應用效果，應在考慮實際舊路強度與混合料性能特點的情況下制定嚴格的技術實施方案，從而達到縮減成本、保護環境的最終目的。
參考文獻：
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[7]戴勝，姚曉光，王燕，等.再生瀝青混合料配合比設計參數研究[J].功能材料，2018，49（9）：9141-9147.
作者：趙璐 單位：衡水市公路勘測設計所
