泡沫瀝青在瀝青路面現(xiàn)場(chǎng)冷再生中的應(yīng)用

張 賀 強(qiáng)， 張 世 宏

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司 一分局，四川 都江堰 611830)

1 工程概況

達(dá)州經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)長(zhǎng)田新區(qū)經(jīng)開大道一期工程起點(diǎn)位于經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)南外鎮(zhèn)蔡坪村六組，與已建七河路相交，止點(diǎn)位于經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)斌郎鄉(xiāng)中峰村六組。路線全長(zhǎng)3 218.733 m。標(biāo)準(zhǔn)路幅寬度為30 m，道路等級(jí)為城市主干路。設(shè)計(jì)速度為50 km/h，路面結(jié)構(gòu)為瀝青混凝土。

在達(dá)州市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)市政管理委員會(huì)的大力支持下，泡沫瀝青冷再生技術(shù)在該次大修工程中得到充分利用，這是泡沫瀝青冷再生技術(shù)在達(dá)州市城市道路中的首次應(yīng)用，為該技術(shù)在達(dá)州地區(qū)進(jìn)一步推廣提供了更廣泛的技術(shù)支持。

針對(duì)經(jīng)開大道一期工程的情況及泡沫瀝青冷再生技術(shù)的特點(diǎn)，為保證再生混合料的路用性能，提高瀝青路面回收舊料的利用率，采取了調(diào)整再生礦料級(jí)配、優(yōu)選泡沫瀝青結(jié)合料、選用適宜的外摻劑及用量、優(yōu)化瀝青混合料的材料設(shè)計(jì)等多項(xiàng)措施，從多角度、全方位提高再生瀝青混合料的各項(xiàng)路用性能和舊料的利用率：同時(shí)，控制再生瀝青混合料的生產(chǎn)工藝和施工工藝，配備專業(yè)化的施工沒備和施工隊(duì)伍，為泡沫瀝青冷再生技術(shù)提供了系統(tǒng)的配套技術(shù)支持，從而達(dá)到了使該技術(shù)充分利用的目的。

2 泡沫瀝青冷再生簡(jiǎn)介

2.1 泡沫瀝青冷再生定義

泡沫瀝青冷再生技術(shù)是對(duì)回收瀝青路面材料和水泥穩(wěn)定基層材料進(jìn)行再生利用。不僅能夠充分發(fā)揮舊瀝青混合料的“剩余價(jià)值”，促進(jìn)舊路面材料的循環(huán)利用，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，減少資源浪費(fèi)，同時(shí)，也將半剛性路面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)為半柔性結(jié)構(gòu)，延長(zhǎng)了道路瀝青的使用壽命。

泡沫瀝青又叫膨脹瀝青，是將一定的常溫水注入熱瀝青，使其發(fā)生膨脹，形成大量的瀝青泡沫，經(jīng)過很短的時(shí)間，瀝青泡沫破裂。當(dāng)泡沫瀝青與集料接觸時(shí)，瀝青泡沫間化為數(shù)以萬計(jì)的“小顆粒”，散布于細(xì)集料的表面，形成黏有大量瀝青的細(xì)料填縫料，經(jīng)過拌和壓實(shí)，這些細(xì)料能填充于粗料之間的空隙，并形成類似砂漿的作用，使混合料達(dá)到穩(wěn)定。

2.2 泡沫瀝青技術(shù)參數(shù)

目前，評(píng)價(jià)瀝青發(fā)泡效果的技術(shù)參數(shù)主要有膨脹率(expansion ratio)、半衰期(half-life)和發(fā)泡指數(shù)。

膨脹率是指在瀝青發(fā)泡狀態(tài)下測(cè)量的最大體積與未發(fā)泡狀態(tài)下的體積之比。為了使泡沫瀝青與翻騰的集料充分接觸，形成良好的裹覆作用，必須使瀝青有較大的膨脹率，膨脹率越大，拌制的泡沫混合料質(zhì)量越好。

半衰期是指泡沫瀝青最大體積縮小到該體積一半所用的時(shí)間。該指標(biāo)實(shí)際上描述了瀝青泡沫的穩(wěn)定性。半衰期越長(zhǎng)，說明泡沫越不容易衰減，可以與集料有較長(zhǎng)時(shí)間的接觸與拌和，提高泡沫瀝青混合料的質(zhì)量。

2.3 泡沫瀝青冷再生性能

目前主要采用膨脹率和半衰期2個(gè)指標(biāo)對(duì)瀝青發(fā)泡特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。膨脹率反映泡沫瀝青的粘度大小。半衰期反映泡沫瀝青的穩(wěn)定性。評(píng)價(jià)瀝青發(fā)泡效果時(shí)，膨脹率和半衰期是兩個(gè)密不可分的指標(biāo)，最好的發(fā)泡效果應(yīng)使膨脹率盡量大，半衰期盡量長(zhǎng)，而不能單獨(dú)采用一個(gè)指標(biāo)來控制。

3 施工前的準(zhǔn)備

3.1 RAP取樣分析與級(jí)配設(shè)計(jì)

為給混合料組成設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確、可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，依據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41-2008)，可采用2200CR型再生機(jī)，對(duì)不同病害程度的路段分別進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)銑刨取樣，取樣槽的長(zhǎng)度為3 m，深度為10 cm，從取樣槽中部均勻取樣，利用取樣槽觀察了路面結(jié)構(gòu)層并量測(cè)了不同路段面層的厚度。然后，依據(jù)《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程(JTJ058-2000)，對(duì)銑刨的RAP檢測(cè)了含水率、砂當(dāng)量、塑性指數(shù)和級(jí)配(用干篩法)。

3.2 發(fā)泡試驗(yàn)

在室溫20 ℃左右對(duì)90號(hào)瀝青進(jìn)行了發(fā)泡試驗(yàn)，選擇了150 ℃、160 ℃和170 ℃三種瀝青發(fā)泡溫度，每種溫度下發(fā)泡用水量分別取1%、1.5%、2%和3%(相對(duì)于瀝青質(zhì)量，下同)，測(cè)定測(cè)其膨脹率與半衰期。繪制膨脹率與半衰期隨用水量的變化曲線圖，最終得出瀝青的最佳發(fā)泡溫度為160 ℃、發(fā)泡用水量為1.5%、膨脹率為16、半衰期為11。

3.3 確定最佳含水率

對(duì)5個(gè)不同含水量的銑刨料(或銑刨料、新碎石材料與水泥混合料)進(jìn)行土工擊實(shí)試驗(yàn)，通過土工擊實(shí)確定試件干密度(如某一試件的干密度與該批試件的平均干密度相差30 kg/m3以上，則將該試件剔除)，根據(jù)試件干密度——流體含量關(guān)系曲線，回歸分析得出最大干密度及其對(duì)應(yīng)的最佳含水量(最佳流體含量作為后期試驗(yàn)控制外加水量的控制指標(biāo))。

3.4 確定最佳泡沫瀝青用量

設(shè)計(jì)泡沫瀝青用量的確定步驟如下：準(zhǔn)備在較低溫度條件下烘干的銑刨料樣品，按5個(gè)不同的泡沫瀝青用量，分別稱取7 500 g的銑刨料，在保持最佳流體含量不變的前提下，確定外加水用量，加入銑刨料與新集料的混合物中并拌合均勻。稱取足夠混合料以獲得63.5+1.5 mm的擊實(shí)高度(通常1 150 g)放入試模中，用插刀周邊插搗15次，中間10次，使表面整平成凸圓弧面，按馬歇爾試件的成型方法進(jìn)行試件的成型(雙面各75次)。將裝有試件的試模在室溫條件下養(yǎng)生24小時(shí)，然后用脫模器脫模，將試件放在潔凈的平盤置于40 ℃的通風(fēng)烘箱中養(yǎng)生72小時(shí)。養(yǎng)生后的試件分為兩組，一組直接浸泡于25 ℃水浴中24 h進(jìn)行劈裂試驗(yàn)，另一組放入25 ℃烘箱中保溫1小時(shí)進(jìn)行劈裂試驗(yàn)，確定試件的劈裂強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度比等。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果綜合選擇最優(yōu)泡沫瀝青用量作為泡沫瀝青設(shè)計(jì)用量。如各試驗(yàn)結(jié)果不能滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，則應(yīng)考慮摻加水泥或增加水泥摻量，重復(fù)第4步試驗(yàn)。

4 現(xiàn)場(chǎng)施工

4.1 試驗(yàn)段

冷再生基層施工開工前，需先做鋪筑試驗(yàn)路段，試鋪路段施工分為試拌和試鋪兩個(gè)階段，試驗(yàn)段選在主線直線段，長(zhǎng)度不小于200 m，從施工工藝、工程質(zhì)量、施工管理、施工安全等各方面驗(yàn)證施工配合比及施工方案的可行性，并為正常施工提供技術(shù)依據(jù)。具體工作是：(1)確定拌和方案；(2)確定攤鋪方案；(3)確定壓實(shí)方案；(4)檢測(cè)試驗(yàn)路施工質(zhì)量，不符合要求時(shí)應(yīng)找出原因，采用糾正措施，重新鋪筑試驗(yàn)段，直到滿足要求為止。

4.2 施工

4.2.1 封閉交通

4.2.2 清理原路面

(1)清除原道路表面的石頭、垃圾、雜草等雜物；(2)清除積水。

4.2.3 舊路面銑刨與銑刨料的堆放

(1)冷再生的第一步是在設(shè)計(jì)厚度下刨除現(xiàn)有的瀝青路面，銑刨速度控制在6～7 m/min。采用運(yùn)輸車直接將銑刨料(rap)運(yùn)輸運(yùn)至拌和廠。

(2)rap材料的破碎、篩分和貯存 由于在rap自重和高溫的作用下，rap材料可重新粘結(jié)起來形成尺寸較大的顆粒，因此，rap料堆的高度不能太高，機(jī)械設(shè)備也不得在料堆上停留或行走。可協(xié)調(diào)好破碎篩分設(shè)備和拌和設(shè)備的生產(chǎn)速度，使rap料堆的高度減至最小(堆高不超過2 m)。為控制銑刨料的含水量，對(duì)銑刨料應(yīng)加強(qiáng)覆蓋。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(wěn)定，二是防止混合料儲(chǔ)存時(shí)間過長(zhǎng)出現(xiàn)粘結(jié)。(3)為增強(qiáng)下基層和冷再生基層混合料的粘結(jié)性能，在攤鋪冷再生基層混合料之前應(yīng)對(duì)下基層表面進(jìn)行處理。處理方式一般是在土基表面噴灑乳化瀝青，噴灑量一般為純?yōu)r青用量0.2～0.3 kg/m2，然后碾壓密實(shí)。

4.2.4 拌和

泡沫瀝青的生產(chǎn)設(shè)備要有精確的計(jì)量裝置，基質(zhì)瀝青的溫度要控制在最佳發(fā)泡溫度±10 ℃的范圍之內(nèi)。要定時(shí)檢測(cè)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(shè)置篩分板，因此rap和新鮮集料的用量就由冷料倉(cāng)進(jìn)料速度來控制。可在冷料輸送帶上取樣分析混合料級(jí)配來控制混合料的級(jí)配。拌和樓需有泡沫瀝青和水泥的精確計(jì)量裝置。

4.2.5 運(yùn)輸

拌和后的成品料直接輸送到自卸車上運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行攤鋪。(1)泡沫瀝青混合料采用干凈、有金屬底板的自卸汽車運(yùn)輸，車槽內(nèi)不得沾有有機(jī)物質(zhì)，車輛底部及兩側(cè)均應(yīng)清掃干凈。(2)車輛裝料分3次裝料，第一次靠車廂前部，第二次靠車廂后部，第三次靠車廂中部。(3)車輛的運(yùn)輸能力應(yīng)大于拌和能力和攤鋪能力，使攤鋪機(jī)連續(xù)均勻不間斷的進(jìn)行鋪筑。(4)運(yùn)料車應(yīng)靠近離攤鋪機(jī)30 cm左右以空檔停車，由攤鋪機(jī)推動(dòng)其前進(jìn)。( 5)運(yùn)料車應(yīng)分兩次卸料，第一次卸料斗起升高度為總起升高度的一半，第二次將隨著攤鋪機(jī)的不斷前進(jìn)和進(jìn)行混合料攤鋪，配合攤鋪機(jī)逐漸其升料斗進(jìn)行卸料。

5 結(jié) 語

泡沫瀝青冷再生技術(shù)適用范圍廣，施工受季節(jié)和氣候的影響小，壓實(shí)完后能立即開放交通，可減薄瀝青面層厚度，降低工程成本，是一項(xiàng)環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的筑路技術(shù)。冷再生技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，特別是泡沫瀝青混合料技術(shù)的應(yīng)用頗具發(fā)展?jié)摿Γ@方面的研究無論是對(duì)環(huán)保，還是對(duì)路面的使用性能都很有價(jià)值，值得推廣。