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试述就地热再生技术在江苏高速公路的应用

2020-04-27 306 上传者：管理员

摘要：目前，江苏高速公路行业已经由“建养并重”迈入“以养为主”的时代，预防性养护技术经过3个阶段的探索得到稳固发展。其中，结合江苏高速公路路面结构、总体性能、病害表现形式等具体现状，就地热再生技术“脱颖而出”，成为江苏省高速公路预防性养护的主要技术措施，应用里程逐年增加。本文总结了该项技术在江苏的应用实践，以期为高速公路行业提供相关经验借鉴。

关键词：
地热再生技术
江苏高速公路
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目前，江苏高速公路行业已经由“建养并重”迈入“以养为主”的时代，预防性养护技术经过3个阶段的探索得到稳固发展。其中，结合江苏高速公路路面结构、总体性能、病害表现形式等具体现状，就地热再生技术“脱颖而出”，成为江苏省高速公路预防性养护的主要技术措施，应用里程逐年增加。本文总结了该项技术在江苏的应用实践，以期为高速公路行业提供相关经验借鉴。

一、路面养护现状

1、步入“老龄化”

截至2018年年底，江苏省高速公路通车里程为4688公里，路网密度居全国之首。其中江苏交通控股有限公司（简称“江苏交控”）管养里程达4084公里，占比达87%。在这其中，通车10年及以上的高速公路占比75%，通车15年及以上的高速公路比例达35%。按照高速公路沥青路面15年的设计寿命，江苏高速公路将有大量路段的路龄接近或超过设计年限。江苏在全国率先面临高速公路“老龄化”的问题。江苏高速公路的发展逐步由“建养并重”跨入“以养为主”的时代。

2、病害以车辙、裂缝为主

江苏省高速公路沥青路面技术发展经历了3个阶段：建设探索期（2000年前）、技术发展期（2000年至2005年）、技术提升期（2005年后）。江苏早期建设的高速公路基层主要以二灰稳定碎石和二灰土为主，面层材料以AC/AK型混合料为主，中、下面层采用普通沥青，面层厚度相对较薄。随着技术的不断发展，现阶段江苏高速公路基层以抗裂型水泥稳定碎石为主，面层以Superpave和SMA型混合料为主，上、中面层使用改性沥青，面层厚度由15厘米逐渐发展至18厘米及以上。

根据2018年江苏交控全路网检测数据，江苏高速公路路面总体性能状况保持优良。路面使用性能指数PQI均值为94.57，优等率99.28%；路面破损指数PCI均值为97.84，路面行驶质量指数RQI均值为94.74，路面车辙深度指数RDI均值为89.53，路面抗滑指数SRI均值为92.87。其中，路面破损形式主要以横向裂缝为主，占总病害的51%，尤其在通车8年至10年的路段呈爆发式增长。路面性能状况指标中仅车辙深度指数RDI低于90，全路网车辙深度指数达优率仅为26%，车辙深度大于10毫米的路段占比7.4%。路面抗滑性能逐年衰减，已有27%的路段横向力系数下降到了48以下。检测结果表明江苏高速公路路面结构稳定，总体性能良好，病害以车辙和裂缝为主，抗滑问题也逐渐显现。

二、就地热再生与江苏高速公路更配

结合江苏高速公路实际情况，江苏交控提出了“基层耐久、中层稳定、面层舒适”的养护目标和“保基层、稳中层、修面层”的预防性养护理念。在这一理念的指导下，江苏探索了多种高速公路预防性养护技术，但是从实际使用效果来看，就地热再生技术具有施工速度快、车辙改善效果好、绿色环保等优势，对江苏高速公路具有更好的适用性。技术发展历程江苏交控自2002年引进芬兰卡罗泰康就地热再生机组后，已持续探索研究就地热再生技术近18年，累计实施就地热再生工程超过1400公里。纵观就地热再生技术在江苏的发展历程，总体可分为3个阶段。

1、第一阶段：探索起步

2002年至2005年，江苏虽然引进了进口的就地热再生机组，但是由于设备本身性能问题，以及施工人员操作控制问题，在这个阶段内进行的就地热再生工程质量并不稳定。主要表现为路面加热效果不理想，温度梯度大，路表温度高，内部温度低。再生后摊铺温度通常仅能达到90摄氏度至100摄氏度，容易造成路面压实度不足，路表均匀性差，从而引起路面松散等病害。因此在这一阶段的应用量也比较少。

2、第二阶段：发展掌握

2006年至2012年，江苏交控持续加大对就地热再生技术的科研投入。通过改进设备，组织人员培训、建立专业化的就地热再生队伍，江苏就地热再生技术水平越来越高。可实现再生后的摊铺温度稳定在130摄氏度左右，为就地热再生工程的质量提供了坚实保障。另外，通过对改性再生剂、骨架细化机理及骨架恢复技术、纤维抗老化性能及影响、就地热再生路面温度场优化等环节的系统研究，江苏在国内首次实现了高速公路SMA路面的就地热再生。正是在这一阶段，江苏就地热再生技术通过一系列技术的进步和使用经验的积累，应用里程逐年增加，已成为江苏高速公路路面预防性养护的主要技术措施。

3、第三阶段：提升创新

自2013年起，江苏交控对就地热再生技术实现了新一轮的提升创新。在这一阶段，再生后的摊铺温度可稳定地控制在130摄氏度至145摄氏度。在技术进步的同时，设备也得到了突破。目前江苏拥有明火、红外辐射和热风循环三种就地热再生机组，且均具有较成熟的施工工艺。此外在这一阶段，江苏交控牵头编写并发布了江苏省地方标准《沥青路面就地热再生施工技术规范（DB32/T3134-2016）》，详细规定了就地热再生技术的适用条件、病害预处理方法以及质量控制手段等，更好地指导江苏高速公路就地热再生工程的实施。现在，江苏已成为我国高速公路沥青路面就地热再生技术应用里程长、设备研发能力强、技术水平高的代表性省份。

三、工程质量与效益

目前，江苏高速公路路面养护主要以铣刨重铺和就地热再生技术为主，其中铣刨重铺累计应用量占总养护里程的37%，就地热再生占31%。因此本文选取铣刨重铺作为参考，来对比分析就地热再生工程的养护质量与效益。

1、车辙改善效果明显持久

根据汾灌、连徐和宁靖盐3条高速公路2012年至2017年就地热再生和铣刨重铺路段的养护历史数据，统计分析表明两者在平整度和抗滑性能方面的养护效果和后期发展规律均相当。对于车辙病害，就地热再生和铣刨重铺均具有明显的改善效果。但是相比于铣刨重铺路段，就地热再生养护路段的车辙深度后期发展相对更加缓慢。养护5年后路表车辙深度仍保持在5毫米左右。由于就地热再生技术充分利用了旧料的抗车辙性能，导致其对车辙的养护效果更加持久。

2、加权平均寿命期望值

作为高速公路管养单位，不仅需要关注养护技术的养护效果，更关心该技术的实际使用寿命。为此，基于连徐、汾灌、宁靖盐3条高速公路2005年至2015年的实际养护历史数据，采用统计分析方法提出了加权平均寿命期望值的概念。采用加权平均的处理方法，主要是为体现不同使用年限维修路段占比的不同。

此外，为了消除期望值计算的主观因素，引入维修比例的概念，以相对值作为权重求解，增强了计算结果的客观性，与实际情况更相符合。加权平均寿命期望值的计算，如下式所示。

式中使用年限即养护后路面的使用年限；当年维修比例即指在对应的使用年限养护路段被二次维修的比例；维修总比例即指截止统计年限内养护路段被二次维修的总比例。计算结果表明江苏高速公路就地热再生路面的加权平均寿命期望值可以达到9年，相当于单层铣刨重铺的75%。

3、节约12.5%养护成本

就地热再生技术可100%循环利用原路面的旧沥青混合料，减少了对各种原材料的开采加工，同时就地利用避免了旧料的往返运输，节约运输能耗，因此就地热再生技术具有绿色、节能环保、经济等特点。根据江苏省的工程单价，当掺15%的SMA-13新料时，就地热再生技术每平米的养护单价为69元；相比而言，采用铣刨重铺技术养护一平米SMA-13路面需要105.8元。考虑两种技术的使用寿命不一样，式中使用年限即养护后路面的使用年限；当年维修比例即指在对应的使用年限养护路段被二次维修的比例；维修总比例即指截至统计年限内养护路段被二次维修的总比例。计算结果表明，江苏高速公路就地热再生路面的加权平均寿命期望值可以达到9年，相当于单层铣刨重铺的75%节约12.5%养护成本就地热再生技术可100%循环利用原路面的旧沥青混合料，减少了对各种原材料的开采加工，同时就地利用避免了旧料的往返运输，节约运输能耗，因此就地热再生技术具有绿色、节能环保、经济等特点。根据江苏省的工程单价，当掺加15%的SMA-13新料时，就地热再生技术每平方米的养护单价为69元；相比而言，采用铣刨重铺技术养护每平方米SMA-13路面需要105.8元。考虑两种技术的使用寿命不一样，引入年平均养护单价的概念，即养护单价与使用寿命的比值。计算结果表明江苏高速公路就地热再生的年平均养护单价仍少于铣刨重铺，节约了12.5%养护成本。对于江苏高速公路而言，就地热再生技术具有更高的性价比。

统计分析2013年至2017年在宿淮盐、盐靖、宁宿徐、汾灌、锡宜、连徐等高速公路上采用就地热再生和铣刨重铺养护路段的历史数据，结果表明相比铣刨重铺，就地热再生技术节约能源消耗42%，减少碳排放48%。截至目前江苏高速公路因推广使用就地热再生技术，已累计减少CO2排放2.41万吨。

进一步分析就地热再生技术各环节的能耗分布，发现就地热再生机组的加热、铣刨、复拌一体化工艺是能耗的主要部分，占总能耗的70%。因此对就地热再生机组的升级改造，进一步提高设备的热效率降低总能耗也是就地热再生技术今后发展的重要方向之一。

四、新探索和新思考

江苏高速公路就地热再生技术经过18年的研究应用，在养护效果、使用寿命，以及经济环保效益等方面取得了显著的成绩，但是技术的进步没有止境。在新形势下，为响应国家建设交通强国的战略，推进公路交通高质量发展，江苏高速公路就地热再生技术仍需不断发展完善以适应更江苏高速公路就地热再生和铣刨重铺能源消耗与碳排放高的需求。从就地热再生技术在江苏高速公路的应用实践来看，尚有几个方面需进一步探索思考。

原路面就地热再生适应性评估方法。从路面整体结构性能需求和再生层性能目标出发，更准确地评估原路面对就地热再生技术的适应性。加热过程的精细化控制。在控制沥青二次老化和铣刨对集料损伤前提下，针对原路面的状态，采取相应的全过程温度控制措施。就地热再生工程质量验收标准。对于就地热再生路面不能仅按照新建路的标准验收，需要制定符合再生路面的专用质量标准体系。深层次就地热再生技术开发。随着路龄的不断增加，一些深层次的病害逐渐显现，而传统就地热再生技术仅能改善表面层，造成再生后原有病害继续发展，因此江苏对深层次的就地热再生技术有着强烈的需求。

吴赞平.江苏高速公路的就地热再生技术应用[J].中国公路,2020(1):72-75.