8.3 再生沥青层厚度对结构层底拉应力的影响 ....................... 61 8.4 本章小结 ................................................... 62 9 就地热再生工艺与经济效益评价 ................................ 63 9.1 就地热再生工艺 ............................................. 63
9.1.1 地热再生方式.......................................... 63 9.1.2 就地热再生设备........................................ 66 9.1.3 就地热再生过程控制.................................... 67 9.2 就地热再生经济效益 ......................................... 68
9.2.1 直接经济效益.......................................... 68 9.2.2 间接经济效益.......................................... 70 9.3 本章小结 ................................................... 71 10 结论与展望 .................................................. 71 10.1 主要研究结论 .......................................... 71 10.2 展望 .................................................. 72 参考文献 ....................................................... 73 致谢 ........................................................... 75
1 绪论
1.1 研究的意义
随着我国交通事业的发展与沥青路面使用年限的增加，越来越多的沥青路面由于病害或者道路等级提高的需要，已经不能满足使用要求。
在当前旧沥青道路改造中，热再生方式是路面再生的主流[1]。采用就地热再生技术对旧沥青道路路面以下一定深度范围内沥青混合料进行回收再利用，成为旧路再生中的重要一环。就地热再生方式是指采用专用就地热再生设备，对沥青路面进行加热并铣刨，就地掺入一定数量的再生剂与新沥青混合料，经热态拌合、摊铺、碾压等工序，对路表以下一定深度范围内的旧沥青混凝土再生的道路施工技术[2]。众所周知，由于沥青混合料属于典型的粘弹塑性材料，其粘弹性能是制约其路用功能的重要性质之一[3]。由于在就地热再生方式中，使用了部分已经发生老化的旧路沥青，为更好地发挥就地热再生沥青的粘弹性能，需要我们对就地热再生沥青路面的粘弹性能做进一步的分析与研究，故本项研究的意义在于：
（1）通过对沥青混合料回收再利用，提高资源利用效率，真正实现变废为宝，减少不必要的资源消耗与浪费，是建设“绿色中国”的重要组成部分；
（2）进一步提高就地热再生技术的可靠性和可行性，推广就地热再生技术，降低工程造价，节约社会财富；
（3）减少新拌沥青的生产，在减少生产过程中有害污染物排放的同时，降低废材堆放对土地的占用和对环境的污染，实现沥青道路的可持续发展[4]。
（4）针对沥青道路典型病害，通过分析影响就地热再生沥青混合料的粘弹性能的各种因素，掌握就地热再生沥青混合料在不同影响因素下的粘弹响应，从而确定影响就地热再生方式沥青混合料粘弹性能的关键影响因素，使就地热再生技术在能够满足路面使用性能的前提下，更好的为再生沥青道路设计服务，以满足沥青路面的使用要求；
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1.2 研究的目的
通过对就地热再生沥青道路粘弹性的研究，全面分析影响再生沥青混合料粘弹性的因素及就地热再生沥青道路的粘弹性力学响应，使就地热再生沥青道路的设计更加满足实际需要，达到以下目的：
（1）通过重复利用沥青混合料，提升资源利用效率，降低能源消耗，为国家节约大量的宝贵资源;
（2）通过对就地热再生沥青混合料粘弹性以及再生道路整体粘弹力学响应的研究，使就地热再生沥青道路的设计更加合理，实现在节约投资的同时获得更大经济效益，并减少就地热再生过程对环境的造成污染；
（3）基于粘弹性理论，通过粘弹性相关试验，对就地热再生沥青路面粘弹性力学响应作更加客观的分析与研究，以更好的掌握热再生沥青混合粘弹性响应随影响因素的变化规律，确定更加合理的配合比设计方法，提升使用就地热再生技术沥青道路的路用性能，减少因设计不当而给再生道路带来二次病害；
（4）通过分析就地热再生的施工工艺以及就地热再生的经济效益，客观分析与评价就地热再生方式相对其他旧路再生方式的优劣点，以进一步掌握就地热再生工艺对粘弹性的影响。
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国外的研究现状
国外对热再生沥青粘弹性质的研究起步较早，以美国为代表的西方发达国
家，于上世纪七十年代开始大规模的研究和推广利用热再生材料进行道路再生。1993年加拿大John Emery Geotechnical Engineering公司的Emery等人从适用性和实验的角度出发，提出对于细级配就地热再生沥青混合料，其抗疲劳和抗车辙性是确定旧料能否被选做回收料的关键[6]。2007年韩国首尔产业大学的Taesoon Park通过分别对泛油区和非泛油区路面进行样本取样，全面对比与分析了导致就地热再生沥青道路表层出现泛油病害的原因[7]。2013年美国佛罗里达国际大学城市与环境学院的Ali Hesham 等人通过在执行Superpave标准的路面和就地热拌沥青铺筑的路面分别取样，测试了就地热再生沥青混合料的抗车辙、抗水毁以及抗低温等路用性能，指出就地热拌沥青混合料能够很好地满足Superpave的沥青道路设计要求，且长期性能表现上可以优于新拌沥青铺筑路面[8]。
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在沥青道路粘弹性能研究方面，自上世纪50年代末以来，国外学者就先于国内开始对沥青混合料粘弹性能方面进行研究。1945年，Burmister利用层状体系理论发表多层线弹性体的一般解。1997年，美国乔治亚理工学院的Park S.W.等人基于Boltzmann叠加原理和粘弹性材料本构模型关系式，推导出了将复述模量转换到松弛模量的关系式，进而可以将松弛模量或蠕变柔量转换为为Prony级数表示形式，为进一步进行粘弹性分析提供了方便[9]。2011年，加拿大加尔拉力大学的J. Stastna等人通过在高温条件下的重复蠕变和回复实验，证明了之前的五参数模型可以很好地表征重复拉伸蠕变和重复剪切蠕变模型，同时也可以用从线弹性实验达到的数据所拟合出的复合模型来表征这一模型[10]。2013年，印度理工学院的Padmarekha, A.等人通过将未老化、短期老化以及长期老化的三种沥青混合料样本，分别在低幅高频震荡剪切蠕变和大应力松弛条件下进行动态测试，发现随着荷载频率逐渐增大，沥青混合料性质展现出了粘弹固体区、粘弹流动区和二者之间的转化区，并存着相互的转化[11]。2013年，美国德州农工大学德克萨斯交通研究所的Kassem Emad等人，通过测试不同荷载形式作用下的轴向和横向应变，发现粘弹性泊松比并不是如之前学者提出的随时间的延长而降低的，而是在应力松弛实验的开始阶段随时间的延长逐渐增长，之后趋于稳定[12]。 1.3.2 国内的研究现状
自上世纪八十年代初开始国内学者开始了对沥青回收再利用的研究。1981年长沙交通学院的饶德宏通过对国外发达国家的沥青路面的再生利用技术做综合论述，指出当时国外的沥青再生利用方法按处理方式主要分为就地再生利用的办法和厂内破碎加工的办法，我国应基于实际情况予以借鉴和和发展[13]。2010年大连理工大学的孔令然，通过对旧路提取沥青进行沥青提取分析其路用性能，在进行就地热再生沥青混合料配合比设计的基础上，通过实验分析了就地热再生沥青混合料的高温稳定性能和耐久性能，从而确定了最佳沥青用量[14]。2013年，江苏省建筑科学研究院有限公司的徐静等人，通过改变就地热再生沥青混料的不同再生剂的掺量分析马歇尔性能和高温稳定性等指标，指出就地热再生混合料有“两高两低”的特点，掺加再生剂可显著提高其抗水害和低温抗裂性能[15]。
在沥青混合料粘弹性研究方面，我国同样始于上世纪的80年代。1986年湖南大学的叶国铮通过使用脉冲疲劳机对沥青混凝土进行粘弹性试验，总结了进度
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模量等与温度的关系，并通过对试件和现场沥青混凝土作应变历程分析，表明Burgers模型基本适用[16]。1995年，长沙理工大学的郑健龙将Burgers模型作为沥青混合料粘弹性本构模型，提出了一种通过动态试验确定Burgers参数的方法。并通过引入一个损伤函数，提出利用Burgers模型分析沥青混合料疲劳特性的方法[17]。2002年，哈尔滨工业大学的谭忆秋等人，通过研究沥青在重复荷载下的变形，提出了新的物理意义明确描述低温状态下沥青粘弹性的参数，可以有效的将沥青的粘弹部分分离[18]。2004年，哈尔滨工业大学的任瑞波等人，通过引入F.Durbin的方法实现Laplace逆变换,并通过实例计算路表弯沉表，从沥青混合料粘弹力学理论角度出发，推导出了沥青道路对应于多层粘弹半空间轴对称问题的理论解[19]。2006年，长沙理工大学的关宏信等人采用Maxwell模型模拟了沥青混合料的粘弹性性质，并利用ANSYS分析了在定周期荷载作用下的粘弹应力响应，证明与分析结果一致[20]。2009年，大连理工大学的赵延庆等人针对目前我国在沥青路面设计上采用路标弯沉为主要控制指标，利用“准弹性”法分别求解并分析了沥青层厚度、基层模量等因素影响下的沥青路面路表弯沉的粘弹性响应
[21]
。2014年，合肥工业大学的董满生等人，基于传统的Burgers粘弹模型，提出
引入温度和时间效应沥青混合料本构模型，通过蠕变实验进行数学模型的参数拟合，并证明了该数学模型能够很好描述蠕变过程[22]。 1.3.3 文献综述
从上世纪六十年代起，国外先于我国开始了对沥青粘弹性能的研究，并于七十年代开始大规模的推广和使用热再生沥青技术。在研究初期，主要研究了沥青流变特性的线粘弹性和非线性粘弹性以及其路用性能关系[23]。近些年，中内外学者主要研究了典型的Bugers模型在分析沥青粘弹性的适用性以及粘弹性参数等问题[24]，并利用有限元分析的方法[25]进一步的客观分析沥青粘弹性响应。但是对非线性粘弹性材料的本构关系理论模型的求解和非线性粘弹性材料的力学行为的分析有待进行进一步的研究。
同时国内外学者主要针对热再生沥青在其低温抗裂性低等缺陷，提出了不同的改善方案。又因为粘弹性质是制约就地热再生沥青混合料路用性能的重要方面，所以有必要对做进一步的研究和分析。
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