基于泡沫瀝青的低碳綠色冷再生技術的應用研究

摘 要：本文依托海南西線高速公路路面改建工程，對泡沫瀝青廠拌冷再生配合比設計和施工工藝進行研究。通過室內配合比設計，確定了工程應用的最終級配組成，結合具體工程，簡述了泡沫瀝青廠拌冷再生的施工工藝以及施工過程中的關鍵控制環節，并對西線高速公路路面改建工程的再生效果進行了評價。

關鍵詞：泡沫瀝青 冷再生 施工工藝 質量控制

中圖分類號：U412 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）07（c）-0054-02

隨著我國的經濟在不斷快速的發展，其中交通量也在日益繁重起來，交通軸載在不斷的增加的背景下，國內道路行業的重心在一部分經濟發達地區已經從道路的修建逐漸轉變為大中修養和護理上轉移了。我國主要以半剛性基層柔性的路面結構形式為主要形式，如今兩種主要道路維修方案為直接加鋪和翻挖重建，而這兩種方式不僅會造成經濟上的浪費，同時也會進一步抬高路面標高，使路面結構更趨于復雜。泡沫瀝青廠拌冷再生技術作為路面再生技術的一個重要分支，能夠很好的解決這些問題，同時利用泡沫瀝青冷再生鋪筑的基層也擁有良好的路用性能，在國內道路行業越來越受到重視。交通部發布的《交通運輸“十二五”發展規劃》中，已經明確提出要加快建立以低碳為特征的交通運輸體系，強化節能減排，集約節約利用資源，促進資源循環利用，加強生態和環境保護，實現交通運輸綠色發展[1]。

本文介紹了低碳綠色泡沫瀝青冷再生在西線高速公路路面改建工程中的設計、施工及應用情況，這是海南省內第一次大規模將泡沫瀝青廠拌冷再生技術應用于路面大修工程中，供今后類似項目參考。

1 瀝青發泡的原理

瀝青發泡的基本過程是當冷水滴與高溫瀝青（140 ℃以上）接觸時，水轉化成蒸汽，形成大量氣泡，使瀝青的體積發生膨脹，形成大量的瀝青泡沫，經過很短的時間瀝青泡沫破裂，在近1 min內瀝青又恢復原狀。整個過程僅僅是瀝青暫時的物理變化，沒有發生化學反應。Walt等人對泡沫瀝青的機理進行了分析，指出泡沫瀝青是一種水飽和瀝青。而當泡沫瀝青與集料接觸時，瀝青泡沫瞬間化為數以百萬計的“小顆粒”，散布于細粒料（特別是粒徑小于0.075 mm）的表面，形成粘有大量瀝青的細料填縫料，經過拌和壓實，這些細料能填充于濕冷的粗料之間的空隙并形成類似砂漿的作用，使混合料達到穩定。

2 泡沫瀝青混合料室內配合比設計

通過室內配合比試驗表明，本項目中使用SK70#瀝青的適宜發泡溫度為165 ℃，發泡用水量為3.5%，配合比為RAP：新集料：水泥=80%∶18.5%∶1.5%，泡沫瀝青的用量為2.5%、含水量為5.3%（泡沫瀝青和水均為外摻）。所設計的冷再生混合料15℃浸水劈裂強度為0.66 MPa，強度滿足JTGF41-2008規定的15℃劈裂強度不小于0.5 MPa強度指標。

3 泡沫瀝青廠拌冷再生施工工藝

（1）銑刨現有路面。冷再生的第一步是在設計厚度下刨除現有的瀝青路面，銑刨時盡量不得混入水泥穩定碎石基層廢料，然后將RAP材料運至拌和廠。

（2）RAP材料的破碎和貯存。RAP材料經破碎、篩分后，可達到生產所需的尺寸及級配，RAP材料在破碎后即可送至拌和樓生產，也可以貯存起來以后使用。由于在RAP自重和高溫的作用下，RAP材料可重新粘結起來形成尺寸較大的顆粒，因此RAP料堆的高度不能太高，機械設備也不得在料堆上停留或行走。可協調好破碎篩分設備和拌和設備的生產速度，使RAP料堆的高度減至最小。對于較小粒徑的RAP材料，為了減少RAP材料中的含水量對冷再生混合料質量的影響，應將粒徑較小的RAP材料采取覆蓋的措施。RAP材料盡量按照“先到先用”的原則，一是保證RAP材料中的含水量穩定；二是防止混合料儲存時間過長出現粘結。

（3）拌和。泡沫瀝青的生產設備要有精確的計量裝置，基質瀝青的溫度要控制在最佳發泡溫度±10 ℃的范圍之內。要定時檢測泡沫瀝青的性能，包括泡沫瀝青的膨脹比和半衰期。

冷廠拌的拌和樓通常不設置篩分板，因此RAP和新鮮集料的用量就由冷料倉進料速度來控制。可在冷料輸送帶上取樣分析混合料級配來控制混合料的級配。拌和樓需有泡沫瀝青和水泥的精確計量裝置。

（4）攤鋪、通風、碾壓。傳統的攤鋪機即可攤鋪冷廠拌再生的混合料，混合料中適度的水分可防止熨平板下的混合料發生“撕裂”、“脫空”等現象，熨平板不必預熱，以防止混合料中水分散失過快而影響混合料的和易性。連續穩定的攤鋪是提高路面質量、減少路面離析的主要措施之一。對于泡沫瀝青混合料，攤鋪機的攤鋪速度應根據拌和樓的產量、施工機械的配套情況及攤鋪厚度、攤鋪寬度按1～3 m/min予以調整，做到緩慢、均勻，不間斷的攤鋪。

碾壓的組合應根據試驗路段決定，建議初壓采用1臺DD130雙鋼輪壓路機前靜后振碾壓2遍，復壓用1臺18 t單鋼輪振動壓路機振壓4遍，然后用26 t輪胎壓路機碾壓4～6遍，終壓采用雙鋼輪壓路機靜壓2遍。終壓采用鋼輪壓路機碾壓，以消除輪跡。施工過程中要注意碾壓不能過量，否則可能使泡沫瀝青再生料中的細料上浮，形成軟弱夾層，最終影響路面的使用。本工程中各標段使用的碾壓組合方案如下表所示，從現場情況來看，只要保證單鋼輪壓路機的碾壓遍數，整體的壓實效果都較好。壓路機碾壓時可噴少量的水霧，以防止壓路機輪粘結冷再生混合料。冷廠拌再生混合料常是“篷松”狀，因此需要增大松鋪厚度以保證壓實厚度滿足要求。混合料中的含水量對壓實至關重要，合適的水分含量可潤滑集料，有助于壓實。但過度的水分會導致混合料密度低，且水分會長時間的滯留在結構層中。混合料中過度的水分使攤鋪后混合料的養生期間延長。

（5）養生。泡沫瀝青冷再生在加鋪瀝青下面層前必須進行養生，養生時間不易少于7 d。當滿足以下兩個條件之一時，可以提前結束養生：泡沫瀝青再生層可以取出完整的芯樣；泡沫瀝青再生層含水量低于2%。在封閉交通的情況下養生時，可進行自然養生，一般不需采取措施；在開放交通的的條件下養生時，泡沫瀝青再生層在完成壓實至少1 d后方可開放交通，但應嚴格限制重型車輛通行，行車速度控制在40 km/h以內，并嚴禁在再生上掉頭和急剎車，為避免車輪對表層的破壞，可在再生層上均勻噴灑慢裂乳化瀝青，噴灑用量折合純瀝青后宜為0.05～0.2 kg/m2。

本項目所在地屬于高溫多雨地區，為了研究適合雨季養生的方式，本次通過不同的方案進行養生，分別采取自然養生、覆蓋薄膜養生和撒布封層養生均收到很好的效果。養生3天后對不同方案進行取芯，基本都能取出完整的芯樣，同時不同方案之間的芯樣完整程度沒有顯著差異。從現場情況來看，在高溫下碾壓完成后的泡沫瀝青冷再生表面在幾小時內就已經變干發白，這是造成本次試驗結果的主要原因。因此在高溫多雨地區并不存在泡沫瀝青冷再生養生困難的問題，只要保證施工過程中避開雨水，在施工完成后數小時后即可以通過撒布封層的方式進行進一步的封水，同時也不會延長強度形成的時間。

4 施工效果評價

4.1 室內試驗檢測

在室內進行了干濕劈裂強度及水穩定性試驗，從試驗指標來看，各標段試驗結果均能滿足規范對泡沫瀝青作為下面層的要求。

4.2 現場壓實度檢測

從各標段現場壓實度的檢測結果可以看出，各標段壓實度均能滿足規范要求，碾壓效果較好。

4.3 取芯檢測

從取芯檢測情況來看，均能在養生3～7天內取出完整芯樣，部分標段在養生2～3天后即能取出完整芯樣，且芯樣外觀、完整性情況均較優。

5 結語

西線高速公路路面改建工程在海南省內第一次采用了泡沫瀝青廠拌冷再生技術，施工取得了非常良好的應用效果，路面平整密實，至今未出現任何病害。泡沫瀝青廠拌冷再生技術以其具有的良好的環保經濟性，符合國家的發展環境友好型技術的政策方針，同時具有施工方便，養生時間短等優勢，在路面大修改造工程中具備較為廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]交通部.交通運輸“十二五”發展規劃.2011.

[2]徐金枝，崔文社，郝培文，等.泡沫瀝青廠拌冷再生技術在高速公路中的應用[J].武漢理工大學學報，2006.

[3]拾方治，孫大權，羅芳艷，等.泡沫瀝青混合料物理力學特性的試驗研究[J].公路，2004.

[4]Wirtgen Group.Wirtgen Cold Recycling Manual[S].2004.

[5]拾方治，馬衛民.瀝青路面再生技術手冊[M].北京：人民交通出版社，2006.

[6]同濟大學，杭州市公路局.泡沫瀝青冷再生技術的應用研究[R].公路，2007.