瀝青路面冷再生技術(shù)及應(yīng)用

侯芳

摘要：瀝青路面冷再生技術(shù)因其具有降低施工成本、節(jié)約集料和瀝青膠結(jié)料、保持厚路面的幾何特性、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源、減少用戶的延誤等優(yōu)點(diǎn)。本文從其發(fā)展的目的和意義、技術(shù)原理、適用條件、混合料設(shè)計(jì)和施工工藝及應(yīng)用等方面對(duì)其進(jìn)行了闡述。

Abstract： The cold recycling technology asphalt pavement has many advantages， such as reducing construction cost， saving aggregate and asphalt binder， maintaining the geometric characteristics of thick pavement， protecting environment， saving energy and reducing the delay of users and so on. In this paper， the purpose and significance of its development， its technical principles， applicable conditions， mixture design and construction technology and application are described.

關(guān)鍵詞：冷再生；混合料設(shè)計(jì)；施工工藝；應(yīng)用

Key words： cold recycling；mixture design；construction technology；application

中圖分類號(hào)：U416.217 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）09-0179-03

0 引言

近幾十年來，隨著我國(guó)各項(xiàng)事業(yè)的蓬勃發(fā)展，交通建設(shè)特別是公路建設(shè)也得到了前所未有的發(fā)展，近年新建和改擴(kuò)建的公路中大多數(shù)為黑色路面即瀝青路面。瀝青路面的諸多優(yōu)點(diǎn)也是眾所周知的，但是瀝青路面有其固有的使用壽命。瀝青路面根據(jù)其所處自然環(huán)境、行車荷載以及其本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在服務(wù)不等的年份后其破壞速度會(huì)大大加快，及時(shí)的維修，如重新罩面或循環(huán)利用等方法，在一定程度上可以保持路面的質(zhì)量并延長(zhǎng)道路的使用壽命。我國(guó)目前每年需要翻修的瀝青路面已經(jīng)超過了15%，瀝青路面的廢棄量已達(dá)到每年250萬噸以上，并且這些數(shù)字還以每年15%的速度增長(zhǎng)。所以合理的利用瀝青路面再生技術(shù)已成為公路建設(shè)中的重要課題。

瀝青路面或基層在接近使用壽命期或者遭到嚴(yán)重?fù)p壞，傳統(tǒng)的對(duì)舊路面銑刨修補(bǔ)已不能滿足道路使用要求，此時(shí)采用就地冷再生，可以100%的利用原有路面的廢舊材料，節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用和能源消耗，提高路面維修速度和生產(chǎn)率。與傳統(tǒng)的施工方法相比，其主要優(yōu)點(diǎn)如下：降低施工成本、節(jié)約集料和瀝青膠結(jié)料、保持厚路面的幾何特性、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源、減少用戶的延誤等優(yōu)點(diǎn)。

瀝青路面的冷在生用于新建路面或是路面維修工程中，在技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟(jì)上也是比較合理的，可以節(jié)約生產(chǎn)成本，有利于環(huán)保，還有利于減少中斷交通的時(shí)間，有利于可持續(xù)發(fā)展。因此，如何更好的應(yīng)用瀝青路面的冷再生技術(shù)，達(dá)到預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是今后需要重點(diǎn)探討的問題。

1 冷再生的技術(shù)原理

瀝青路面的冷再生是指在常溫下對(duì)其進(jìn)行加工改造，使其成為新的道路基層。瀝青路面冷再生施工工藝是近年來發(fā)展起來的一種新的道路基層施工工藝，該種施工工藝是指充分利用舊路瀝青道路面層及基層鋪層材料，采用冷再生機(jī)進(jìn)行拌和，同時(shí)摻加相應(yīng)級(jí)配的碎石骨料，并按比例加入一定量的添加劑（水泥、泡沫瀝青、石灰、粉煤灰等），在常溫下通過適當(dāng)?shù)墓に嚰庸ず笥种匦录右岳谩?/p>

2 冷再生的適用條件

瀝青道路冷再生屬于道路維修、改造的范疇，它主要解決瀝青路面上基層破損的問題。其使用范圍廣泛，不僅適用于高等級(jí)公路的維修與改造，也適用一般市政道路主次干道及鄉(xiāng)間公路的維修與改造。

瀝青道路冷再生一般用在基層和底基層的再生利用中。對(duì)于既有瀝青路面基層和底基層的再生，由于組成的材料復(fù)雜，故首要問題是解決材料的分類和破碎，然后按基層或底基層的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行級(jí)配，可以單獨(dú)再生后做基層或底基層，也可以與既有瀝青面層一起再生后做基層或底基層。

3 冷再生的混合料設(shè)計(jì)及工藝流程

瀝青路面冷再生的施工工法主要有現(xiàn)場(chǎng)冷再生即路拌法以及廠拌冷再生即集中拌和法。第一種工法是對(duì)舊瀝青料進(jìn)行機(jī)械銑刨和破碎，再按設(shè)計(jì)比例摻入新骨料，經(jīng)過集料拌合、鋪筑、碾壓、整平等工序在原路面上鋪筑再生層的工法。第二種工法是把破碎的舊路面材料集集中運(yùn)輸?shù)皆偕韬蠌S，采用固定式拌和機(jī)械制作成冷再生混合料，再轉(zhuǎn)運(yùn)到鋪筑現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行再生路面的鋪筑。對(duì)舊路面材料的二次利用是再生路面不同于普通路面的一大特點(diǎn)，其工法和技術(shù)要求必然與普通路面施工工法有一定差別，下文將對(duì)瀝青路面兩種冷再生工藝分別進(jìn)行重點(diǎn)解析。

3.1 廠拌冷再生

廠拌冷再生工藝專用機(jī)械由多臺(tái)具有單一功能的再生機(jī)械組成，其中除了路面施工必備的攤鋪機(jī)、壓路機(jī)和廠拌設(shè)備以外，還包括路用銑刨機(jī)、破碎篩分機(jī)以及再生拌和機(jī)等。廠拌冷再生工藝可以確保生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)路用混合料，并且由再生拌和設(shè)備自動(dòng)控制混合料級(jí)配與水泥的摻量以及混合料的均勻度，所以混合料質(zhì)量更有保障。

3.1.1 舊路面材料的回收與加工

路面再生處理中有道非常關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)，即舊瀝青路面的翻挖和銑刨工藝。相對(duì)于鋪筑新路面的工藝流程來說，對(duì)舊瀝青路面的翻挖和銑刨工藝是必做工序，而且工期較長(zhǎng)。薄層路面的翻挖和銑刨只需人工進(jìn)行簡(jiǎn)單處理即可；如果瀝青面層的厚度超過5cm，則必須借助專用機(jī)械進(jìn)行刨削處理，機(jī)械銑刨時(shí)注意必要擾動(dòng)下面的基層。

按設(shè)計(jì)要求的尺寸和規(guī)格對(duì)翻挖出來的舊路材料進(jìn)行破碎、篩分，以確保其再次用到再生路面的鋪筑時(shí)能夠達(dá)到“結(jié)構(gòu)均勻致密、質(zhì)量?jī)?yōu)、快速成型”的技術(shù)要求。

經(jīng)過破碎篩分的舊料按照“組成結(jié)構(gòu)”、“使用年限”、“養(yǎng)護(hù)狀況”等分類堆放，以備后續(xù)使用。

3.1.2 再生混合料組成設(shè)計(jì)

①確定骨料級(jí)配。舊料經(jīng)過瀝青路面行車荷載的反復(fù)作用以及銑刨、破碎、篩分處理后，再按比例外摻新集料，以進(jìn)一步優(yōu)化骨料級(jí)配，提高混合料強(qiáng)度。實(shí)際施工中可按照一般基層材料級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)對(duì)混合料配比進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。另外，考慮到再生瀝青混合料的配置成本，需要根據(jù)再生路面的使用要求和現(xiàn)場(chǎng)條件適量添加新集料，以免成本超標(biāo)。

②確定添加劑用量。根據(jù)技術(shù)規(guī)范制備標(biāo)準(zhǔn)試件并進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，根據(jù)再生路面的強(qiáng)度指標(biāo)確定外加劑的最佳摻量。結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)研究，本文根據(jù)對(duì)水泥穩(wěn)定粒料類材料強(qiáng)度的要求給出了水泥冷再生結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)參考值（見表1）。

③混合料物理力學(xué)性能試驗(yàn)。確定再生混合料配比后還需要實(shí)施物理力學(xué)性能試驗(yàn)來預(yù)測(cè)和評(píng)估混合料的性能，綜合分析結(jié)果設(shè)計(jì)確定路面結(jié)構(gòu)。如有必要，建議在實(shí)際施工中結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件對(duì)設(shè)計(jì)配比進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以確保再生混合料配比設(shè)計(jì)最優(yōu)化。

嚴(yán)格來講，再生混合料的配比設(shè)計(jì)以超出了技術(shù)范疇，實(shí)際施工中應(yīng)該綜合考慮路面使用要求、混合料性能、成本等諸多因素來確定最佳配比。

④再生混合料的制備。連續(xù)滾筒式拌和機(jī)和間歇分拌式拌和機(jī)都能拌制水泥穩(wěn)定廢舊瀝青混合料，拌制工藝基本類似于水泥穩(wěn)定土的生產(chǎn)工藝，圖1所示為廢舊瀝青混合料廠拌冷再生生產(chǎn)工藝流程。

⑤再生混合料的鋪筑。按照試驗(yàn)段確定的松鋪參數(shù)，用瀝青攤鋪機(jī)或穩(wěn)定土攤鋪機(jī)攤鋪冷再生層混合料；參考一般路面結(jié)構(gòu)的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)再生混合料進(jìn)行碾壓，碾壓成型后進(jìn)行為期7d的養(yǎng)生，以提高路面強(qiáng)度。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)冷再生

瀝青路面現(xiàn)場(chǎng)冷再生的工藝，實(shí)際是基于舊的瀝青面層鋪筑再生面層，施工時(shí)可按摻量比例摻入新骨料、水泥添加劑，在自然環(huán)境下連續(xù)地完成路面材料的銑刨、破碎、拌和、攤鋪及壓實(shí)成型，最終會(huì)形成新的面層結(jié)構(gòu)。

相對(duì)于與廠拌冷再生工法而言，瀝青路面現(xiàn)場(chǎng)冷再生所需要的施工機(jī)械比較復(fù)雜，也是影響混合料質(zhì)量的關(guān)鍵因素，主要包括三大類，即冷再生主機(jī)、配套施工機(jī)械、通用配套機(jī)械。

①冷再生主機(jī)。冷再生主機(jī)有大、中、小三種機(jī)型，有的帶熨平板，有的不帶熨平板，如圖2所示。

②專用配套機(jī)械。目前常用水泥稀漿攪拌輸送車作為專用配套機(jī)械。

③通用配套機(jī)械。通用配套機(jī)械主要有壓路機(jī)、平地機(jī)、水泥撒布車、供水車、新骨料運(yùn)輸卡車等。

4 冷再生的應(yīng)用

近年來，在一些道路初步實(shí)踐了以現(xiàn)場(chǎng)冷再生作為路面基層（或底基層）的路面結(jié)構(gòu)大修，并且達(dá)到了預(yù)期效果?，F(xiàn)以密云京沈路為例加以說明?，F(xiàn)將有關(guān)情況介紹如下。

第一步，我們首先編制了圖3所示路面改建工程施工方案框圖。

4.1 前期工作

①通過鉆孔檢測(cè)舊路結(jié)構(gòu)為石灰土底基層；灰土碎石基層，厚度為15cm；瀝青混凝土，厚度約為15～18cm。②開展舊路路況調(diào)查，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量路面彎沉量，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)推算舊路灰土碎石基層E0值，后續(xù)根據(jù)該值計(jì)算舊路頂面回彈模量。③開展交通量及軸載調(diào)查，通過運(yùn)算摸清“累計(jì)當(dāng)量軸載次數(shù)”，采用8年制標(biāo)準(zhǔn)參考參數(shù)預(yù)測(cè)交通量，根據(jù)預(yù)測(cè)值確定冷再生層的厚度和強(qiáng)度。④基于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù)最終確定大修路面結(jié)構(gòu)：舊路結(jié)構(gòu)；冷再生基層，20cm；下封層；瀝青混凝土面層，4+6cm。⑤設(shè)定外摻劑最佳劑量以及現(xiàn)場(chǎng)冷再生結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，如表2所示。

基于表2中的冷再生結(jié)構(gòu)厚度、舊路瀝青面層材料性質(zhì)確定適合的外摻劑，在參考表3試驗(yàn)段檢測(cè)結(jié)果確定外摻6%的水泥。

⑥推薦基層級(jí)配范圍。冷再生基層的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)密實(shí)度等性能主要取決于骨料級(jí)配是否合理。本工程根據(jù)相關(guān)規(guī)范，推薦使用表4所示級(jí)配范圍。

現(xiàn)場(chǎng)采用舊路面材料進(jìn)行冷再生層處理，再生機(jī)刀頭的磨損會(huì)使粒徑發(fā)生變化，通過添加骨料來優(yōu)化基層級(jí)配。在冷再生層施工中，如果能將最大粒徑dmax控制在31.5mm以內(nèi)，確保4.75mm的最低通過率大于或大于等于30%，并將0.075mm通過率控制在10%內(nèi)，就可適當(dāng)放寬冷再生基層級(jí)配要求。

4.2 施工工藝

①工前根據(jù)施工圖和技術(shù)規(guī)程做足準(zhǔn)備工作。不斷交半幅施工（作業(yè)面寬度為10.5m），且要用擋板圍護(hù)起作業(yè)面，另外半幅正常通車，但是必須作業(yè)過程中指派專人負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)疏導(dǎo)交通，并做好安全警示工作。②確定工作段長(zhǎng)度，WR2500路面再生機(jī)大概每分鐘行進(jìn)8m，作業(yè)寬度為2.5m，為了盡快完工并開放交通，路面機(jī)每日的作業(yè)量最好達(dá)到300～400m。③作業(yè)前徹底清表，保持作業(yè)面整潔。④局部銑刨。針對(duì)路面擁包、車轍現(xiàn)象，可采取局部銑刨的工法來整平面層，使面層厚度基本一致。⑤提前備好外摻劑，基于設(shè)計(jì)配合每平米水泥劑的添加比例，人工攤鋪均勻。⑥再生拌和。引進(jìn)德國(guó)WR2500路面再生機(jī)按指定厚度破碎舊瀝青面層，破碎中電控加水，將最佳含水量控制在1%～2%之間。⑦整平。用CA30振動(dòng)壓路機(jī)關(guān)閉振動(dòng)碾壓一遍后，用PY-1800刮平機(jī)按設(shè)計(jì)標(biāo)高及橫坡坡度以及“初平→中平→細(xì)平”的作業(yè)流程整平面層。⑧碾壓成型。在水泥加水拌和后初凝時(shí)間前完成將面層壓實(shí)。碾壓作業(yè)一氣呵成，不提倡中途歇工或隔一日再補(bǔ)壓，以免影響面層成形質(zhì)量。⑨養(yǎng)生。冷再生層施工后，路面的成型質(zhì)量在很大程度上取決于是否按要求進(jìn)行了養(yǎng)生。工后應(yīng)該采用專用水車加壓均勻?yàn)⑺M(jìn)行為期7d的路面養(yǎng)生，養(yǎng)生期間嚴(yán)禁通車。

5 瀝青路面冷再生技術(shù)性能評(píng)價(jià)

利用水泥穩(wěn)定廢舊瀝青混合料作為路面基層或底基層，材料的基本性能與水泥穩(wěn)定砂礫或水泥穩(wěn)定碎石的性能相近，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均能滿足對(duì)這兩種材料要求的指標(biāo)水平，通過試驗(yàn)路試驗(yàn)，施工工藝可采用水泥穩(wěn)定砂礫的工藝，因此施工費(fèi)用沒用提高?；谝陨显?，將水泥穩(wěn)定廢舊瀝青混合料基層或底基層的工程造價(jià)與水泥穩(wěn)定砂礫基層的造價(jià)進(jìn)行比較，材料價(jià)格見表5。

利用水泥穩(wěn)定廢舊瀝青混合料作為路面基層或底基層（按厚度20cm，路面寬度9m計(jì)算）每公里節(jié)約的工程造價(jià)約為：

M=1000m×9m×0.20m×1.3×（80-45）元/m3=8.19萬元

（式中1.3是松方系數(shù)，沒有考慮水泥所占體積）。

如果廢舊瀝青混合料得到了利用，除了工程費(fèi)節(jié)約之外，廢舊瀝青路面材料回收加工廠還有每立方米20元的利潤(rùn)。每修筑一公里的水泥穩(wěn)定廢舊瀝青混合料基層，回收廠就可獲得1000m×9m×0.20m×1.3×20元/m3=4.68萬元的利潤(rùn)收入。如果這些材料不被利用，廢舊瀝青路面材料回收加工廠就不能有這部分利潤(rùn)收入，從這個(gè)意義上講，對(duì)于與廢舊材料利用有關(guān)的兩個(gè)企業(yè)來說，相當(dāng)于每公里獲得了12.87萬元的經(jīng)濟(jì)效益。

綜上所述采用瀝青路面冷再生技術(shù)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益：一是完全利用廢舊材料，有效節(jié)約了砂石料等自然資源和廢棄舊料占用的大量土地資源；二是提高了作業(yè)效率，縮短了工期，創(chuàng)造了良好的社會(huì)效益；三是降低了施工成本，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。但是它同樣以下問題：①舊路面材料破碎篩分處理及料場(chǎng)管理不規(guī)范；②再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法幾乎是空白；③再生設(shè)備大部分靠國(guó)外進(jìn)口，國(guó)內(nèi)開發(fā)少；④再生混合料的技術(shù)指標(biāo)體系還需進(jìn)一步完善。這也是我們今后瀝青路面冷再生研究的重點(diǎn)和方向。

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