半柔性瀝青混合料在農村公路水泥路面改造中的應用

成相飛，張 雪（.南京市浦口區公路管理站，江蘇 南京003；.南京寧成交通工程有限公司，江蘇 南京 0000）

半柔性瀝青混合料在農村公路水泥路面改造中的應用

成相飛1，張 雪2
（1.南京市浦口區公路管理站，江蘇 南京210031；2.南京寧成交通工程有限公司，江蘇 南京 210000）

農村公路水泥路面由于其施工水平相對落后，部分路面結構承載力較差，需對原有結構進行一定程度的補強。而以往加鋪下面層結構通常選用70號道路石油瀝青AC-20C混合料。現為了提高經濟效益和環境效益，且綜合考慮其結構補強和抵抗反射裂縫的能力，將半柔性材料泡沫瀝青廠拌冷再生混合料應用于加鋪下面層結構中，對其配合比設計、材料性能進行試驗分析，并進行試驗路的鋪筑及使用性能觀測，最后對其技術經濟性進行評價，以利于推廣應用。

半柔性瀝青混合料；農村公路；水泥路面

0　引言

農村公路提檔升級改造是新農村建設、城鄉一體化戰略的一個先導性、基礎性的工程。江蘇省委省政府自2003年以來開展的農村公路建設與改造，極大地改善了農村的生產生活條件，促進了農村的經濟發展、社會發展。但是，隨著鎮村公交的開通，加上把城市的服務功能往農村延伸，原有的農村公路的標準就不適應了。因此，隨著新農村工作的推進，農村公路提檔升級改造工程勢在必行。

為了提高農村公路的行車舒適性，對原有水泥路面進行“黑色化”加鋪改造是解決此問題的關鍵。受農村公路建設資金的約束，以及我國綠色交通發展理念的秉承，如何選用經濟合理、性能優良且兼具綠色環保的加鋪層材料顯得尤為重要。本文依托浦口區農村公路水泥路面提檔升級改造工程，對半柔性材料泡沫瀝青廠拌冷再生混合料進行了系統的應用研究，為今后類似工程的推廣應用提供依據。

1　農村公路水泥路面瀝青加鋪層整體方案

1.1瀝青加鋪層厚度選擇

根據《關于實施農村公路提檔升級工程的意見》（蘇政發［2013］27號）中路面結構標準：三級公路瀝青混凝土面層厚度不低于8 cm，且保證水泥路面加鋪層的抗裂能力，提出農村公路水泥路面加鋪瀝青層厚度不小于10 cm的要求，依托工程選擇6 cm泡沫瀝青廠拌冷再生混合料下面層+4 cm成品橡膠瀝青混合料上面層。

1.2瀝青加鋪層結構

由于水泥路面加鋪對瀝青層的材料要求較高，需要瀝青層具有常規的抵抗泛油、擁包波浪、車轍、疲勞性能外，還需重視其抵抗水泥板反射裂縫的要求。

依托工程在水泥路面與瀝青加鋪面之間設置橡膠瀝青SAM I應力吸收層，瀝青加鋪下層選擇泡沫瀝青廠拌冷再生混合料，瀝青加鋪上層采用橡膠瀝青混合料。關于橡膠瀝青類型，綜合考慮農村公路建設成本的節約和施工的便利，主要選擇成品橡膠瀝青應用于上面層結構中。

2　半柔性泡沫瀝青混合料配合比設計

2.1原材料試驗

原材料試驗見表1～表5所列及圖1所示。

表1　水泥試驗結果表

表2　道路石油瀝青試驗結果表

表3　RAP料、新集料、水泥篩分通過方篩孔的百分率試驗結果表

表4　RAP料、新集料、水泥配合比組成表

表5　試驗級配通過方篩孔的百分率明細表

圖1　泡沫瀝青冷再生混合料設計級配曲線圖

2.2道路石油瀝青發泡性能試驗

采用維特根W LB 10型泡沫瀝青發生裝置進行基質瀝青的發泡特性試驗，在155℃、165℃及175℃三種溫度下，在不同添加水量下進行瀝青發泡特性試驗，測量其膨脹量及半衰期，試驗數據見表6所列。

表6　道路石油瀝青發泡特性試驗數據表

根據表6的試驗結果，最終對所選用道路石油瀝青確定發泡溫度165℃，發泡水量控制在2.5%，膨脹量20，半衰期10.1 s。在該條件下，瀝青的膨脹量達到20倍，半衰期為10.1 s，具有較好的發泡性能。

2.3擊實試驗

對設計混合料進行振動擊實試驗，水泥劑量為1.5%，試驗結果見表7所列與圖2所示。

表7　擊實試驗結果表

圖2　不同含水量下干密度曲線圖

2.4確定最佳瀝青用量

根據設計要求，分別選用2.0%、2.5%、3.0%三個瀝青用量進行了泡沫瀝青冷再生混合料的劈裂試驗（15℃）、馬歇爾穩定度試驗（40℃）及凍融劈裂強度比等試驗，水泥劑量統一采用為1.5%，試驗結果分別見表8～表10所列。

表8　劈裂試驗結果表

表9　浸水馬歇爾穩定度試驗結果表

表10　凍融劈裂試驗結果表

2.5配合比設計結論

根據所用的RAP、新集料、道路石油瀝青、水泥等原材料，進行泡沫瀝青冷再生混合料配合比設計，得到泡沫瀝青用量為2.5%，水泥劑量為1.5%，泡沫瀝青冷再生混合料強度性能良好。配合比設計結果可用于泡沫瀝青冷再生下面層的施工指導。配合比設計結果見表11所列。

表11　泡沫瀝青冷再生混合料配合比設計結果表

3　半柔性泡沫瀝青混合料性能試驗

3.1抗拉強度

采用15℃劈裂試驗和干、濕劈裂強度比驗證混合料的抗拉強度，試驗結果見表12所列。

表12　劈裂試驗結果表

3.2水穩定性

采用浸水馬歇爾穩定度和凍融劈裂試驗驗證混合料的水穩定性，試驗結果見表13、表14所列。

表13　浸水馬歇爾穩定度試驗結果表

表14　凍融劈裂試驗結果表

從上述對泡沫瀝青混合料的性能試驗結果看，所設計的泡沫瀝青混合料各項性能均滿足技術要求。

4　半柔性瀝青混合料試驗路鋪筑及使用性能觀測

半柔性混合料類型為泡沫瀝青AC-20C型，采用集中廠拌冷再生的方式施工。

4.1拌制

（1）采用專用拌合設備，為維特根KM A220型拌合站，該設備配備泡沫瀝青發生裝置及精確的計量裝置，基質瀝青的溫度要控制在165℃，并不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。

（2）拌合設備的生產能力與攤鋪設備生產能力匹配。

（3）拌合時間以拌合后的冷再生混合料均勻一致，無結團成塊現象為度，拌合時間控制在50 s。

（4）每個工作班結束時，應打印出一個工作班材料用量和再生混合料拌和量的統計量，計算瀝青、水泥及添加新材料的用量，與設計值及容許值的波動相比較，評定是否符合要求。如果不符以上要求時，宜對設定值適當調整。

4.2運輸

再生混合料采用大噸位的運料車運輸。配備15輛大噸位運輸車輛，運料車用苫布覆蓋，防止運輸材料時水分蒸發或遭雨淋。

4.3攤鋪

（1）泡沫瀝青廠拌冷再生混合料采用“走鋼絲”控制厚度與平整度，熨平板不需要加熱。

（2）攤鋪機要緩慢、均勻、連續不間斷地攤鋪，中途不隨意變換速度或停頓，攤鋪速度控制在3 m/m i n，以防混合料離析。對局部位置由于攤鋪機收抖引起的塊狀離析現象，應及時安排工人鏟除粗集料窩，并用新拌混合料補撒。

（3）再生混合料的松鋪系數定為1.32，在攤鋪過程中，應隨時檢查攤鋪層厚度及路拱、橫坡。

4.4碾壓

（1）再生混合料攤鋪后單層壓實厚度為6 cm。

（2）該項目壓實施工流程為：單鋼輪壓路機前靜后弱振壓實1遍、前后弱振1遍—雙鋼輪壓路機前后振動3～4遍—輪胎壓路機靜壓6～8遍收光。壓路機以緩慢而均勻的速度碾壓，初壓速度為1.5～3 km/h，復壓和終壓速度宜為2～4 km/h。碾壓時，重疊1/3輪寬。

（3）嚴禁壓路機在剛完成碾壓或正在碾壓的路段上掉頭、急剎車及停放。

4.5工作縫

工作縫包括縱向工作縫和橫向縫，都應采用垂直的平接縫。所有的接縫處都要往完全壓實的路段一側去除部分材料。縱向接縫至少去除20 cm，橫向接縫至少去除10 cm。

4.6養生及開放交通

（1）冷再生層在加鋪上層結構前必須進行養生，養生時間一般為2～5 d。

（2）養生方法：

a.在封閉交通的情況下養生時，可進行自然養生，一般無需采取措施。

b.在開放交通的條件下養生時，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，行車速度應控制在40 km/h以內，并嚴禁車輛在再生層上掉頭和急剎車。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（稀釋至30%左右的有效含量），噴灑用量折合純瀝青后宜為0.05～0.2 kg/m2。

c.養生完成后，在鋪筑上層瀝青前噴灑粘層。

d.養生初期在遇到弱雨水作用時，可不進行覆蓋；在遇到較強的雨水作用時，采取必要的防雨措施。

4.7試驗路使用性能跟蹤觀測

試驗路通車1 a后，項目組進行了一次全面的跟蹤觀測。根據現場徒步觀察，依托工程對舊水泥路面斷板、裂縫、板角破碎、板底脫空、接縫碎裂、填縫料損失等典型病害進行處治后，板塊表面灑布AR-SAM I后加鋪泡沫瀝青廠拌冷再生混合料和成品橡膠瀝青混合料，3.6 km范圍內左右幅各出現2條貫穿半幅寬度的裂縫，反射裂縫數量明顯減少，同時也未出現其他任何路面病害現象。從取芯檢測情況看，裂縫均位于相鄰板塊的橫向接縫處，分析原因是由于原水泥混凝土板塊處理不徹底而引起的反射裂縫，具體情況見圖3、圖4所示。

圖3　試驗路整體情況實景

圖4　板塊處治不徹底引起反射裂縫實景

5　半柔性瀝青混合料技術經濟性評價

課題組分別以試驗路實施的6 cm泡沫瀝青廠拌冷再生混合料與傳統6 cm 70號普通瀝青混合料AC-20C的施工造價進行對比分析，泡沫瀝青冷再生混合料施工單價為850元/m3，70號普通瀝青混合料AC-20C施工單價為1 100元/m3，造價節省約20%，經濟效益相當可觀。

6　結語

結合浦口區農村公路水泥路面提檔升級改造工程，將半柔性泡沫瀝青廠拌冷再生混合料應用于加鋪下面層結構中，對其配合比設計、材料性能進行試驗分析，并進行了試驗路的鋪筑及使用性能觀測，最后對其技術經濟性進行評價，得出半柔性泡沫瀝青廠拌冷再生混合料是一種性能優良、經濟合理且兼具綠色環保的加鋪層材料，可供類似項目參考。

在半柔性泡沫瀝青廠拌冷再生混合料的應用過程中需重視以下幾點：

（1）后場需架設篩分設備對銑刨料進行合理分檔，建議將銑刨料分為0～10 m m和10～20 m m兩檔，并根據分檔后的銑刨料篩分結果有針對性地選擇新集料的規格，以致合成級配滿足再生規范的要求。

（2）在泡沫瀝青混合料生產過程中，應嚴格控制道路石油瀝青的發泡溫度和發泡用水量，得到性能優良的泡沫瀝青，并且合理控制拌合時間，以拌合后的冷再生混合料均勻一致，無團結成塊現象為度。

（3）在前場碾壓過程中，鑒于農村公路改造寬度有限，建議壓實設備配置為1臺20 t以上單鋼輪振動壓路機+1臺12 t以上雙鋼輪振動壓路機+1臺25 t以上膠輪壓路機，并按試驗路確定的碾壓工藝進行碾壓，以保證壓實度滿足要求。

（4）冷再生層在加鋪上層結構前必須進行養生，養生時間一般為2～5 d。但特殊情況需冬季施工時，養生時間應適當延長為7 d或更長，以便達到較好的成型效果。

TU528.42

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1009-7716（2016）09-0111-05

2016-05-09

成相飛（1982-），男，江蘇南京人，工程師，從事道路與橋梁工程管理工作。