乳化瀝青廠拌冷再生在寧高高速大修中的應用

劉尚青

(青海省財政投資評審中心，青海西寧 810001)

0 引言

隨著公路建設事業的發展，我國公路建設的重心也逐步由“建設為主”向“建養并重、養護為主”轉變。傳統的瀝青路面大修養護常用銑刨重鋪方案，造成了舊瀝青混合料的廢棄，造成了極大的資源浪費和環境污染，影響了公路交通的可持續發展。廠拌冷再生技術作為再生技術的一種，具有舊料利用率高、再生料強度好、節能環保、再生方便等優點，在我國的公路養護工程中得到了一定的應用。根據膠結料的不同，可分乳化瀝青和泡沫瀝青廠拌冷再生兩種，其中乳化瀝青廠拌冷再生是目前我國應用較為廣泛的再生技術。

本文依托寧高高速公路大修改造工程，從混合料強度形成機理、原材料控制、混合料設計、施工工藝等方面，系統研究乳化瀝青廠拌冷再生技術在工程中的應用。

1 冷再生混合料強度機理

乳化瀝青在常溫下呈液態，并具有很好的流動性，可直接與集料進行拌和攤鋪碾壓。其強度形成過程與熱拌瀝青混合料不同，乳化瀝青是由基質瀝青、水以及穩定劑形成的穩定乳液，與集料拌和后，乳化瀝青與集料經過裹附、破乳分解、水分蒸發等過程，并在壓實功作用下緊密粘結在一起形成強度。值得關注的是，在混合料成型初期，由于混合料中水分含量仍較高，此時混合料的強度主要來源于內摩阻力，隨著車輛的不斷碾壓，水分的不斷蒸發，乳化瀝青破乳程度越來越高，瀝青微粒逐漸聚合成瀝青模，提高了集料之間的粘結性，同時混合料的密實度進一步增加，強度也隨之提高，因此，乳化瀝青廠拌冷再生混合料的強度形成是比較長的過程。當混合料中乳化瀝青完全破乳穩定后，混合料與熱拌瀝青混合料具有同樣的路用性能。

2 混合料設計

2.1 原材料要求

乳化瀝青廠拌冷再生原材料包括RAP料、新集料、水泥、礦粉、乳化瀝青和水。

1)RAP料，為加強再生混合料的級配控制，將寧高高速公路瀝青路面銑刨料進行篩分，分為0mm～9.5mm細銑刨料和9.5mm～26.5mm 粗銑刨料兩檔。

2)新集料，新添加集料粒徑為16mm～31.5mm。

3)水泥，采用普通硅酸鹽水泥 P.O42.5，其疏松、干燥、無聚團、結塊。

4)礦粉，必須干燥、清潔，無團塊，0.075篩孔通過率不小于75%，含水量小于1%。

5)乳化瀝青，乳化瀝青必須滿足表1中相關指標的要求。

表1 乳化瀝青技術要求

2.2 級配組成

寧高高速大修工程中乳化瀝青廠拌冷再生混合料配合比為:粗銑刨料∶細銑刨料∶新集料∶水泥∶礦粉=28%∶47%∶20%∶2%∶3%，級配曲線見圖1。

圖1 乳化瀝青廠拌冷再生混合料級配

2.3 最佳含水量確定

根據《公路瀝青路面再生技術規范》中確定乳化瀝青冷再生混合料的最佳含水量的要求，初步擬定冷再生混合料乳化瀝青摻量為4.0%，按1%的間隔變化初始含水量，從3.0%到7.0%分別進行擊實試驗，結果如圖2所示，最大干密度對應的含水量即為最佳含水量OWC，本工程中OWC=4.7%。

2.4 最佳乳化瀝青用量確定

在最佳含水量確定基礎上，以預估乳化瀝青用量為中值，按照0.5%的間隔變化乳化瀝青用量，結合孔隙率和劈裂強度試驗結果可確定設計級配對應的最佳乳化瀝青含量為4.3%，如圖3和圖4所示。

圖2 擊實試驗結果

圖3 孔隙率試驗結果

圖4 劈裂強度試驗結果

2.5 單點性能驗證

采用設計級配、最佳材料用量成型再生混合料試件，其孔隙率為9.8%，滿足孔隙率9%～14%要求，干劈裂強度1.17MPa，滿足不小于0MPa要求，凍融劈裂試驗結果TSR=74.9%，滿足不小于70%要求，各項性能指標能夠滿足設計要求。

2.6 混合料配合比設計結果

根據以上分析，寧高高速公路大修工程中乳化瀝青廠拌冷再生混合料的配合比如表2所示。

表2 再生混合料配合比設計結果%

3 施工控制

廠拌冷再生混合料施工過程包括舊路面銑刨、銑刨料預處理、路面處治、混合料拌和、運輸、攤鋪碾壓及養生等過程，其施工控制如下:

1)準備工作。

基層病害處治后清掃銑刨面，攤鋪前噴灑乳化瀝青，用量為0.3 kg/m2～0.5 kg/m2。

2)RAP料預處理。

利用振動篩分機將RAP料分為0mm～9.5mm細銑刨料和9.5mm～26.5mm 粗銑刨料，分檔堆放。

3)拌和。

根據配合比設計要求時刻監測拌和樓集料、乳化瀝青及水的比例，保證混合料攪拌均勻。

4)運輸。

乳化瀝青冷再生瀝青混合料應采取前、后、中裝料的方式，避免出現離析現象。為減少水分蒸發，需要對運輸車上混合料采取覆蓋措施。

5)攤鋪碾壓。

攤鋪過程中控制攤鋪速度在3m/min左右，防止離析。碾壓組合采用2臺雙鋼輪壓路機，1臺單鋼輪壓路機和1臺輪胎壓路機，碾壓方案如表3所示。

表3 試鋪段碾壓方式

6)養生。

在加鋪上層結構前必須進行養生，養生時間不少于3 d，直至可取出完整芯樣或含水量低于2%。

4 經濟分析

寧高高速大修工程中，采用乳化瀝青冷再生層替代下面層熱拌瀝青混合料SUP-25，厚度均為8cm。采用再生工程同期的當地瀝青混合料單價，SUP-25單價為1 100元/m3，乳化瀝青冷再生混合料單價以650元/m3估算。經濟效益分析如表4所示。

表4 本項目經濟效益分析

乳化瀝青冷再生瀝青路面的價格相對傳統的熱拌瀝青路面具有明顯的價格優勢，其價格較SUP-25低450元/m3，整個冷再生工程相比SUP-25節省成本為360萬元，降低成本約41%。

5 結語

1)乳化瀝青廠拌冷再生混合料強度隨著乳化瀝青的破乳、水分的蒸發，強度逐漸提高。

2)采用馬歇爾設計方法，通過擊實試驗確定最佳含水量4.7%，以干濕劈裂強度試驗確定最佳乳化瀝青用量為4.3%，根據設計結果進行性能驗證，其滿足我國再生規范技術指標要求。

3)提出乳化瀝青廠拌冷再生混合料施工過程控制要點。

4)乳化瀝青廠拌冷再生混合料用于下面層時，與普通瀝青Sup-25相比具有顯著的經濟效益，推廣應用前景廣闊。

［1］劉福明，高建華，孫紅燕，等.乳化瀝青冷再生技術在高速公路大修工程中的應用［J］.中外公路，2009(6):20-21.

［2］丁武洋，劉 強，吳 旻.乳化瀝青廠拌冷再生混合料關鍵技術研究及應用［J］.中外公路，2012(5):32-33.

［3］吳超凡，曾夢瀾，鐘夢武，等.乳化瀝青冷再生混合料設計方法試驗研究［J］.湖南大學學報(自然科學版)，2008，5(8):35-36.

［4］吳超凡，曾夢瀾，趙明華，等.乳化瀝青冷再生混合料路用性能試驗研究［J］.公路交通科技，2009，26(7):27-32.

［5］JTG F41—2008，公路瀝青路面再生技術規范［S］.