道路泡沫瀝青冷再生技術(shù)在山西省的應(yīng)用

霍 俊

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院路博公司，山西 太原 030006）

隨著道路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和道路通車?yán)锍痰牟粩鄶U(kuò)大，舊路維修改造的規(guī)模也迅速增加，道路將由原來建設(shè)為主的發(fā)展階段逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榻B(yǎng)并舉的發(fā)展階段，將形成建設(shè)、維修、重建和升級(jí)改造的任務(wù)格局。

道路工程既是民生工程，也是資源、能源消耗大戶。一方面，道路工程建設(shè)消耗的大量瀝青、砂石材料是不可再生資源，日益短缺。另一方面，道路維修和改造會(huì)產(chǎn)生大量廢舊材料。以山西省為例，按照5年到10年的大修周期測算，全省每年高速公路大中修規(guī)模將超過新建公路通車規(guī)模，每年將產(chǎn)生廢舊混合料200多萬m3；全省13萬km的普通公路網(wǎng)每年產(chǎn)生廢舊混合料的數(shù)量將超過400萬m3。

交通運(yùn)輸部《“十二五”公路養(yǎng)護(hù)管理發(fā)展綱要》提出到“十二五”末全國公路國省干線、高速公路廢舊瀝青路面材料循環(huán)利用率分別達(dá)到40%、70%和90%的目標(biāo)。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)就必須研究推廣廢舊材料的再生利用技術(shù)。其中，泡沫瀝青冷再生、乳化瀝青冷再生技術(shù)是能耗最低、最環(huán)保、消化廢舊路面材料比例最高的瀝青路面再生方式，是目前我國瀝青路面再生的主流技術(shù)之一。2011年在道路上應(yīng)用泡沫瀝青冷再生技術(shù)，已取得成效。從路用效果看，該技術(shù)應(yīng)用非常成功，其可靠性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性以及節(jié)能降耗效果得到了驗(yàn)證。現(xiàn)選取有代表性的某道路為例重點(diǎn)介紹。

1 項(xiàng)目概況

某道路全長1 926m，道路規(guī)劃紅線寬40m，為16m機(jī)動(dòng)車道+（2.0m寬分隔帶+5.5m寬非機(jī)動(dòng)車道+4.5m寬路側(cè)帶）×2。原路面結(jié)構(gòu)為1～1.5cm細(xì)粒式瀝青混凝土+3～8.5cm瀝青灌入式碎石+14～22cm水泥穩(wěn)定碎石或礦渣+12～18cm砂石。

2 路況調(diào)查

路面龜網(wǎng)裂嚴(yán)重，坑槽、沉陷、擁包、磋板等病害多達(dá)6種，路面變形嚴(yán)重。鉆芯取樣結(jié)果顯示，基層水穩(wěn)松散，無法提取完整芯樣，表明基層強(qiáng)度不足。經(jīng)調(diào)查，機(jī)動(dòng)車道路面破損率為72.3%。根據(jù)以上分析得出：路面的PCI＜70，RQI＜70，且道路結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足，路面抗滑性能指標(biāo)BRN＜70、SFC＜33.5，均為次差等路。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

路面設(shè)計(jì)在滿足項(xiàng)目區(qū)域交通量和使用功能的前提下，根據(jù)太原的氣候、水文、地質(zhì)等自然條件和交通情況，在設(shè)計(jì)年限內(nèi)具有足夠的承載力、耐久性、舒適性、安全性的要求，根據(jù)《城鎮(zhèn)道路養(yǎng)護(hù)規(guī)范》（JTG F41—2008），結(jié)合太原市在該地區(qū)老路改造路面設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及施工要求，本著因地制宜、合理選材、方便施工、舊料循環(huán)利用、節(jié)能環(huán)保、節(jié)約投資的原則，遵循道路工程新技術(shù)的發(fā)展方向，進(jìn)行路面綜合設(shè)計(jì)，選擇經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)并適合該地區(qū)情況的路面結(jié)構(gòu)方案（如圖1所示）。

圖1 再生設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

4 配合比設(shè)計(jì)

4.1 基層廠拌泡沫瀝青再生配合比設(shè)計(jì)

4.1.1 原材料性能檢驗(yàn)與級(jí)配設(shè)計(jì)

為了得到與正式施工時(shí)大致相同的代表性銑刨材料，特選用專門的銑刨設(shè)備，按要求從行車道不同位置取樣，通過自然晾曬使其干燥，再篩分。由于銑刨料中粗集料偏多，根據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG F41—2008）的級(jí)配范圍要求，混合材料采用中粒式級(jí)配，故在級(jí)配設(shè)計(jì)中加入了部分砂當(dāng)量滿足要求的0～3mm細(xì)集料，同時(shí)也加入了1.5%的普通硅酸鹽水泥（32.5#），摻加比例及合成級(jí)配如表1所示。

表1 合成級(jí)配表

泡沫瀝青穩(wěn)定材料對級(jí)配有特定的要求，尤其是對細(xì)集料數(shù)量。因其與冷材料進(jìn)行拌合的過程中，瀝青只對細(xì)集料產(chǎn)生裹附，所以足夠的細(xì)集料能夠保證泡沫瀝青均勻分散。

4.1.2 瀝青發(fā)泡試驗(yàn)

泡沫瀝青冷再生技術(shù)的關(guān)鍵就是要使瀝青產(chǎn)生較好的發(fā)泡效果，從而使其更好地發(fā)揮作用。SK90#瀝青的發(fā)泡特性見表2。

表2 SK90#瀝青發(fā)泡特性

通過在150℃、160℃的溫度下，每種溫度選擇四種不同用水量，用膨脹率和半衰期作為評價(jià)指標(biāo)，確定該瀝青最佳的發(fā)泡溫度和發(fā)泡用水量。試驗(yàn)表明，膨脹率越大，拌制的泡沫混合料質(zhì)量越好。半衰期越長，說明泡沫越不容易衰減，可以與泡沫有較長時(shí)間的接觸與拌合，以提高泡沫瀝青的質(zhì)量。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，最終確定本項(xiàng)目SK90#瀝青最佳發(fā)泡條件為：發(fā)泡溫度150℃，發(fā)泡用水量2%。

4.1.3 重型擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果（見表3）

表3 泡沫瀝青再生混合料重型擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

4.1.4 強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果（見表4）

表4 不同泡沫瀝青用量下混合料的劈裂強(qiáng)度

最佳泡沫瀝青用量是通過干濕劈裂強(qiáng)度并結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)加以確定。泡沫瀝青發(fā)泡及混合料的拌合采用專用設(shè)備進(jìn)行，試件成形采用馬歇爾擊實(shí)方法。為了使室內(nèi)試驗(yàn)盡可能與實(shí)際施工一致，使試驗(yàn)更好地指導(dǎo)生產(chǎn)，試件養(yǎng)生方法與常規(guī)瀝青混合料養(yǎng)生方法一致。然后做15℃時(shí)的干濕劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得知，泡沫瀝青用量為3%時(shí)，各項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)均達(dá)要求。故最佳泡沫瀝青用量確定為3%，考慮到施工質(zhì)量方面的要求，允許波動(dòng)±0.2%。

4.1.5 配合比設(shè)計(jì)結(jié)果（見表5）

表5 泡沫瀝青冷再生混合料配合比方案

5 施工工藝及質(zhì)量控制

5.1 路面銑刨

首先對瀝青面層和水穩(wěn)基層進(jìn)行分層銑刨，采用維特根W1900和W2000兩臺(tái)銑刨機(jī)，銑刨過程中注意銑刨深度和速度，連續(xù)檢測，銑刨深度能夠根據(jù)路面結(jié)構(gòu)層厚度進(jìn)行調(diào)整，銑刨速度均勻，材料級(jí)配基本穩(wěn)定。

5.2 泡沫瀝青冷再生混合料拌合

對銑刨后的瀝青面層材料進(jìn)行泡沫瀝青廠拌冷再生，根據(jù)目標(biāo)配合比，通過試拌確定實(shí)際生產(chǎn)配合比，實(shí)際生產(chǎn)過程中，隨時(shí)觀測拌合是否均勻，一旦發(fā)現(xiàn)瀝青出現(xiàn)條狀或結(jié)塊現(xiàn)象，必須立即停止生產(chǎn)，查明原因。每個(gè)工作班結(jié)束后應(yīng)統(tǒng)計(jì)材料用量和再生混合料拌合量，計(jì)算水泥、瀝青及添加新材料的用量，與設(shè)計(jì)值對比，評定其是否符合要求。再生材料拌合完成后，盡快運(yùn)輸至現(xiàn)場進(jìn)行攤鋪和壓實(shí)。

5.3 攤鋪和碾壓

攤鋪和碾壓應(yīng)符合《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 034—2000）中的要求。

5.4 泡沫瀝青混合料養(yǎng)生

泡沫瀝青混合料再生層養(yǎng)生的主要目的是將再生層內(nèi)的水分進(jìn)行必要的蒸發(fā)。應(yīng)保證在泡沫瀝青混合料再生層上加鋪封層前，其含水量低于拌合時(shí)含水量的40%以下。天氣晴好時(shí)，封閉交通自然養(yǎng)生2d，然后開放交通7～10d，最后加鋪封層和瀝青面層。氣溫較低或遇陰雨天氣，封閉養(yǎng)生時(shí)間可適當(dāng)延長。

5.5 泡沫再生混合料質(zhì)量監(jiān)控評價(jià)

泡沫再生混合料施工期間，每天要提取樣品進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)檢測，包括混合料的含水量、馬歇爾試件穩(wěn)定度、劈裂強(qiáng)度和水穩(wěn)性等試驗(yàn)。經(jīng)檢驗(yàn)，混合料的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求（見表6），合格率為100%。

表6 泡沫瀝青冷再生混合料性能指標(biāo)要求

5.6 泡沫瀝青再生層質(zhì)量監(jiān)控評價(jià)

泡沫瀝青再生層完工后，按照要求進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)檢測，檢測結(jié)果均滿足檢驗(yàn)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。此外，在完工后第三天就可以取出完整芯樣。泡沫瀝青冷再生施工結(jié)束一周后對表面進(jìn)行彎沉測試，目的在于評價(jià)冷再生層表面的初期結(jié)構(gòu)承載能力。彎沉值測定按照《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTJ 059—95）中規(guī)定的方法進(jìn)行。根據(jù)檢測結(jié)果，泡沫瀝青再生層彎沉平均值為31.44（0.01mm），均方差為0.91，保證率系數(shù)為1.645，彎沉代表值為42.81（0.01mm），小于設(shè)計(jì)容許彎沉48（0.01mm）。

6 結(jié)語

瀝青路面冷再生在我國的應(yīng)用開始不久，還是一項(xiàng)新技術(shù)，技術(shù)復(fù)雜，難度較大。《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTJ F41—2008）作為一個(gè)服務(wù)全國的技術(shù)規(guī)范，在滿足普遍性要求的同時(shí)，對山西省的針對性不夠，存在部分指標(biāo)和方法不能很好地指導(dǎo)山西省瀝青路面冷再生的實(shí)際情況。因此，急需廣大工程技術(shù)人員在實(shí)際工作中，充分總結(jié)積累冷再生混合料設(shè)計(jì)、材料技術(shù)要求、試驗(yàn)方法和施工工藝、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等經(jīng)驗(yàn)，為道路維修產(chǎn)生的廢舊路面材料循環(huán)利用與道路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)，充分發(fā)揮舊路面材料的 “剩余價(jià)值”，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，減少資源浪費(fèi)形成符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式的產(chǎn)業(yè)鏈做出貢獻(xiàn)。

［1］JTG F41—2008，公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］拾方治，馬衛(wèi)民.瀝青路面再生技術(shù)手冊［M］.北京：人民交通出版社，2006.