乳化瀝青冷再生技術研究與應用

原永強

(太原市市政公共設施管理處，山西太原 030009)

0 引言

我國很多公路、市政道路路面結構都是半剛性基層的薄層瀝青路面，這在二級公路中最為普遍。在進行路面維修時，若將薄層瀝青層加以回收則意義不大，在這種情況下將薄層瀝青面層連同下面的基層一起加以翻挖后，加入部分新的混合骨料和穩定劑，在自然環境下利用冷再生拌和設備對舊瀝青路面進行再生，形成滿足路面強度等指標要求的新型柔性路面基層?？蓮V泛應用于舊路改造升級、高速公路大修工程，大幅度提高城市道路的整體質量，充分發揮城市市政道路建設投資的效益。本文就乳化瀝青冷再生技術的研究及應用進行闡述。

1 乳化瀝青冷再生技術

1)再生原理、優勢。乳化瀝青具有不易燃燒、無毒、無臭、生產工藝簡單、便于冷施工、原料價廉易得等特點。另外乳化瀝青中瀝青微粒帶有電荷，與帶有相反電荷的骨料微粒能牢固吸附并能均勻地分布。乳化瀝青在常溫下呈液態，礦料不需反復加熱和持續加溫，既節省了燃料，也有效地防止了瀝青的高溫老化，改善了施工條件，減少了環境污染。

2)與泡沫瀝青再生對比情況見表1。

表1 乳化瀝青冷再生與泡沫瀝青再生對比情況表

2 乳化瀝青的應用研究

乳化瀝青冷再生技術的核心問題是如何生產滿足路用要求的冷再生乳化瀝青，本文將從試驗分析的角度探討冷再生乳化瀝青的制備，乳化劑的選擇及用量的確定。

2.1 原材料

2.1.1 基質瀝青

基質瀝青是乳化瀝青的主要原料，也是冷再生混合料的最終膠結料。生產冷再生乳化瀝青用的基質瀝青除了滿足路用要求外，還必須滿足乳化要求，因此在選擇基質瀝青時，最好是選擇稠度較低且含蠟量較低的瀝青。本次冷再生選用韓國SK70A瀝青，具體指標見表2。

表2 基質瀝青指標

2.1.2 乳化劑

乳化劑的選取依據和方法:冷再生乳化瀝青乳化劑選取的重要原則有兩個:

1)冷再生混合料的強度上升要先慢后快，先期慢是要保證攤鋪時碾壓密實，后期快是要保證下道工序能盡快進行;2)破乳速度要滿足施工要求，即冷再生混合料從拌和廠運出到施工現場攤鋪不能破乳，同時要求經施工作業后混合料強度在最短的時間達到設計或使用要求。因此，綜合以上因素，破乳時間應當控制在4 h以上，以5 h為上界。

在長期的實踐過程中發現單一的乳化劑，乳化效果并不是太好。因而乳化時要添加其他物質來協同乳化劑發揮應有的效應。乳化劑在乳化瀝青中占的比例很小，但其對乳化瀝青的生產、儲存及混合料的施工性能都有很大的影響。為了滿足冷再生混合料拌和、運輸及攤鋪的要求，同時滿足攤鋪結束后盡早獲得冷再生混合料強度的要求，在調配冷再生乳化瀝青前需要確定乳化劑的配比，表3，表4是配比試驗結果。

表3 乳化劑試驗比例

表4 各配方乳化瀝青指標檢測

根據JTG F40-2004公路瀝青路面施工技術規范的規定，試驗結果符合要求。接下來進行冷再生混合料的馬歇爾試驗，將乳化瀝青與銑刨料(合適的級配要求)及穩定劑拌和得到冷再生混合料，放到塑料桶中密封。4 h后觀察冷再生混合料的顏色，顏色仍呈褐色說明乳化瀝青并未破乳;密封5 h后顏色已經變成黑色，表明破乳。以上的結果符合我們對冷再生用乳化瀝青破乳時間控制的要求。再使用這些混合料進行馬歇爾試驗(要說明的是冷再生的集料級配及材料組成已事先作過設計，具體比例見表5)，檢驗不同配比下強度形成的時間快慢。

表5 試驗室冷再生混合料組成百分比

所作試件脫模后在室內放置，分別在6 h，12 h，24 h，48 h，120 h，168 h的齡期下進行穩定度試驗，試驗結果見表6，圖1。

表6 各配方冷再生瀝青混合料齡期與穩定度對應表

圖1 各配方乳化瀝青冷再生混合料穩定度曲線

分析圖1可見LA的前后期強度增速均比較慢;LC的前期強度上升速率較快，后期強度增速較慢;LB的前期強度上升速率較慢，而后期強度增速較快。從施工及盡快開放交通兩大要素考慮，我們希望設計混合料的前期強度及增速較慢，以給其他工序更多時間;后期強度增速要快，以便混合料盡快開放交通。由此，LB的配比最符合要求，宜選用LB作為乳化劑比例。

2.2 離子類型

由于舊路面銑刨材料呈堿性，選擇陽離子乳化瀝青，為了保證對基質瀝青的乳化效果，通常要將乳化劑水溶液pH值控制在1.6 ～1.8。

2.3 材料性質

乳化瀝青中瀝青固含量62%，乳化時基質瀝青溫度加熱為140℃，皂液(乳化劑水溶液)pH 值1.6～1.8，皂液溫度為40℃，冷再生乳化瀝青出口溫度60℃～80℃。

3 乳化瀝青冷再生混合料的配合比設計

本文以京滬高速公路冷再生段為例，采用GTM旋轉壓實試驗進行配比設計。

3.1 舊瀝青混合料的抽提篩分

采用離心分離法對舊瀝青混合料進行抽提試驗，并且對瀝青混合料抽提后的回收礦料進行篩分試驗，這樣就能得到舊集料的級配組成。抽提后瀝青混合料中的細料含量有所增多，進一步說明，舊瀝青抽提前混合料中的細料被瀝青和大塊團粒所裹覆。使用多年后，經試驗分析該路面仍然含有較多的瀝青結合料。在項目中冷再生混合料為上基層，經過分析決定將其級配調整為粗粒式，表7為JTG F41-2008公路瀝青路面再生技術規范中規定的乳化瀝青冷再生混合料工程設計級配范圍。

表7 乳化瀝青冷再生混合料工程設計級配范圍

由表7可知，舊瀝青混合料篩分曲線基本落在規范規定基層級配范圍之外，因此如使用原路面的舊瀝青混合料就需要通過配合比設計對其進行摻配。同時原樣舊料中的粗料偏少，由篩分曲線可知，抽提瀝青后的細料含量已超出規范規定級配范圍，說明瀝青路面經過車輛荷載的長期作用以及冷再生機械的銑刨之后，礦質集料已經被破碎細化。

3.2 新骨料

舊瀝青混合料的骨架已經遭到破壞，為了更好地提高冷再生混合料的性能，需要摻加新的骨料進行調整。

3.3 乳化瀝青冷再生混合料的礦料級配

參照JTG F41-2008公路瀝青路面冷再生技術規范通過計算分析，確定本工程的冷再生混合料設計摻配比例為:RAP(10 mm～30 mm)∶RAP(0 mm ～10 mm)∶新礦料∶礦粉∶水泥 =50∶30∶16∶2∶2。

3.4 乳化瀝青冷再生混合料目標配合比確定

3.4.1 確定最佳含水量和最佳油石比

按照表7的混合料級配，采用旋轉壓實儀成型試件，控制總含水量為(3.7 ±0.3)%，試模直徑為 150 mm，壓實儀轉角 1.25%，壓頭壓力為600 kPa，旋轉50次后放入60℃ 鼓風干燥箱中6 h再旋轉25次后立即脫模，放入60℃鼓風干燥箱中養生48 h。然后等試件冷卻至室溫后進行劈裂強度、浸水劈裂強度等指標的測試，結果見表8。

表8 各項指標檢測結果

由表8可知，劈裂強度和浸水劈裂強度最大時所對應的油石比均為3.0%，取油石比3.0%作為設計油石比，外加用水量為2.5%。在設計油石比下測得成型后試件濕密度為2.260 g/cm3。

3.4.2 乳化瀝青冷再生混合料性能檢驗

初期水穩定性檢驗采用旋轉壓實儀成型試件，旋轉50次后60℃養生6 h，取出冷卻后進行劈裂試驗和浸水劈裂試驗，并進行初期強度檢驗，試驗結果見表9。

表9 劈裂試驗結果

高溫穩定性檢驗采用車轍試驗，其動穩定度為1 225次/mm，結果符合規定要求。

3.5 路用效果評價

京滬高速公路冷再生段自2008年維修以來，一直未進行任何形式的養護，現路面整體性能良好。這表明經過乳化瀝青冷再生技術能夠有效處置瀝青路面裂縫、沉陷、坑槽、路面強度不足等病害。

4 結語

乳化瀝青冷再生技術目前在中國還處于起步階段，相關的技術規范和設備也不夠完整和完善，但通過實踐的檢驗和證明，冷再生混合料具有良好的路用性能，相反隨著工藝的不斷成熟，乳化瀝青冷再生技術將被越來越多地應用于高速公路、市政道路瀝青路面的改擴建工程中。

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［2］張寶成.淺談就地冷再生技術在城市道路改造工程中的應用［J］.北方交通，2009(6):60-62.

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