乳化瀝青廠(chǎng)拌冷再生技術(shù)在羅寧高速公路的應(yīng)用研究

■劉林榮

(福建省高速公路養(yǎng)護(hù)工程有限公司，福州 350001)

1 乳化瀝青廠(chǎng)拌冷再生技術(shù)概況

乳化瀝青廠(chǎng)拌冷再生是將舊瀝青路面銑刨后運(yùn)至拌和廠(chǎng)，通過(guò)破碎、篩分，再根據(jù)舊料中瀝青含量、瀝青老化程度、集料級(jí)配等指標(biāo)，摻入一定數(shù)量的新集料、乳化瀝青、水泥、水、再生劑等，經(jīng)特種拌和設(shè)備進(jìn)行常溫拌和，由常規(guī)攤鋪機(jī)按一定工藝常溫鋪筑，形成路面結(jié)構(gòu)層的一種再生技術(shù)。廠(chǎng)拌乳化瀝青冷再生是對(duì)瀝青舊料全面裹附的柔性類(lèi)再生技術(shù)，同時(shí)也是一種能夠?qū)崿F(xiàn)100%瀝青舊料再生的低碳環(huán)保的再生方式；適用于高速公路、干線(xiàn)公路、市政道路重載交通瀝青路面老路翻新、大修或改擴(kuò)建項(xiàng)目。

圖1 廠(chǎng)拌冷再生關(guān)鍵配套技術(shù)工藝

2 應(yīng)用項(xiàng)目概況及養(yǎng)護(hù)方案的選擇

2.1 養(yǎng)護(hù)歷史

羅寧高速至通車(chē)以來(lái)進(jìn)行過(guò)多次養(yǎng)護(hù)維修，主要維修措施均為路面日常中修處置。2008年、2009年、2013年、2014年、2015年均對(duì)局部路段實(shí)施過(guò)4～20cm不等的銑刨重鋪；2004年、2005年、2010年對(duì)局部路段進(jìn)行過(guò)加鋪4cmAC16-C瀝青混凝土罩面。

2.2 路面現(xiàn)狀

圖2 羅寧高速2002年～2015年養(yǎng)護(hù)歷史

羅寧高速下行主車(chē)道路面使用性能指數(shù)PQI均值88.92，處于良的水平；下行超車(chē)道路面使用性能指數(shù)PQI均值92.34，處于優(yōu)的水平，超車(chē)道PQI高于主車(chē)道PQI。羅寧高速路面損壞狀況指數(shù)PCI按1公里為評(píng)定單元對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，下行主車(chē)道損壞狀況指數(shù)PCI均值89.81，處于良的水平；下行超車(chē)道損壞狀況指數(shù)PCI均值為94.46，處于優(yōu)的水平。主車(chē)道較超車(chē)道路面損壞狀況更為嚴(yán)重。

羅寧高速路面病害較多，部分路段基層強(qiáng)度不足，路面典型病害主要為裂縫(網(wǎng)裂、龜裂、塊、縱、橫裂縫)、塊狀修補(bǔ)、坑槽、車(chē)轍、唧漿等，整體路況為主車(chē)道的病害比超車(chē)道嚴(yán)重，病害類(lèi)型參見(jiàn)圖3與圖4。

圖3 下行主車(chē)道病害比例

圖4 下行超車(chē)道病害比例

羅寧高速主導(dǎo)病害為塊狀修補(bǔ)，其中下行塊狀修補(bǔ)折合破損面積為1599.34m2，占路面面積比例為1.385%；其次為橫向裂縫和條狀修補(bǔ)類(lèi)病害，該兩類(lèi)病害折合破損面積占總路面面積的0.342%；其余病害較少。通過(guò)對(duì)路面修補(bǔ)、裂縫較為嚴(yán)重的段落取芯、開(kāi)槽后分析：橫向單條裂縫、縱橫交錯(cuò)裂縫，大多由上面層一直貫穿下面層直至基層，越往基層，裂縫越小；龜裂嚴(yán)重路段對(duì)路面結(jié)構(gòu)層逐層開(kāi)槽后發(fā)現(xiàn)，罩面層存在局部修補(bǔ)，修補(bǔ)處龜裂松散嚴(yán)重，水穩(wěn)層表面可見(jiàn)貫穿式裂縫，水穩(wěn)層整體性差，表面潮濕已呈松散狀態(tài)。經(jīng)過(guò)以上分析，最終確定對(duì)福建省羅寧高速公路路面下行K2002～K2017路段進(jìn)行維修。

2.3 原路面材料性能試驗(yàn)

通過(guò)對(duì)羅寧高速現(xiàn)場(chǎng)取芯試件進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)分析，主要指標(biāo)有回收瀝青的軟化點(diǎn)、延度、針入度、動(dòng)力粘度；芯樣的劈裂強(qiáng)度、毛體積密度、油石比、瀝青含量以及級(jí)配組成。

表1 銑刨料回收瀝青指標(biāo)

回收瀝青軟化點(diǎn)：罩面層介于68.1℃至67.4℃之間，上面層介于62.2℃至61.5℃，罩面層軟化點(diǎn)要高于上面層。延度：罩面層5℃延度均值為0.1cm，上面層5℃延度均值為4.7cm。針入度：介于27.2(0.1mm)至 32.8(0.1mm)。動(dòng)力粘度：罩面層的動(dòng)力粘度為2888.8Pa·s，上面層的動(dòng)力粘度為2730.8Pa·s。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可分析，羅寧高速總體表現(xiàn)瀝青老化較為嚴(yán)重。

表2 芯樣劈裂強(qiáng)度指標(biāo)

通過(guò)對(duì)各層面進(jìn)行劈裂強(qiáng)度測(cè)定，罩面層劈裂強(qiáng)度平均值為0.94MPa，上面層劈裂強(qiáng)度平均值為0.84MPa，中面層劈裂強(qiáng)度平均值為0.79MPa，下面層劈裂強(qiáng)度平均值為0.80MPa。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，各層劈裂強(qiáng)度均值較小。

2.4 養(yǎng)護(hù)方案選擇

羅寧高速自2000年通車(chē)以來(lái)，實(shí)施了多次加鋪罩面及銑刨重鋪等中修養(yǎng)護(hù)措施，但從未進(jìn)行過(guò)大修工程，路面病害頻繁出現(xiàn)，路面技術(shù)狀況逐年下降。路面舊材料的檢測(cè)各指標(biāo)雖下滑嚴(yán)重，但足以滿(mǎn)足路面再生要求，為貫徹國(guó)家資源循環(huán)利用的可持續(xù)方針，做到最大限度利用銑刨舊料減少環(huán)境污染，本次養(yǎng)護(hù)方案確定為上中面層采用AC型混合料，下面層及上基層采用乳化瀝青廠(chǎng)拌冷再生回鋪方案。

3 乳化瀝青廠(chǎng)拌冷再生技術(shù)的應(yīng)用

3.1 配合比設(shè)計(jì)

乳化瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)包括原材料分析、配合比(乳化瀝青及水、水泥用量)設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)配合比檢驗(yàn)三項(xiàng)內(nèi)容。

3.1.1 舊路面材料(RAP)

舊瀝青路面材料(RAP)按照路面不同結(jié)構(gòu)層進(jìn)行分層銑刨并回收。銑刨過(guò)程中嚴(yán)格控制銑刨機(jī)刀頭冷卻用水量及銑刨速度，以達(dá)到控制銑刨料的含水量及最大粒徑的要求。對(duì)于最大粒徑大于31.5mm銑刨舊料應(yīng)加以破碎，同時(shí)銑刨舊料的含水量應(yīng)控制在3.0%以下。采用隨機(jī)取樣的方法，取具有足夠用量的銑刨料，并低溫烘干確定含水量。然后按照不少于兩檔進(jìn)行篩分，確定各檔級(jí)配組成，并對(duì)各檔銑刨料進(jìn)行瀝青抽提，分析得出銑刨料抽提后的級(jí)配及瀝青含量。

3.1.2 乳化瀝青

根據(jù)銑刨料分析結(jié)果所確定的級(jí)配組成，按照規(guī)范要求對(duì)乳化瀝青冷再生混合料進(jìn)行初步級(jí)配合成，通過(guò)室內(nèi)裹覆試驗(yàn)和早期強(qiáng)度試驗(yàn)進(jìn)行配伍性設(shè)計(jì)，選擇拌合均勻、裹覆狀態(tài)好、慢裂、陽(yáng)離子乳化瀝青配方用于配合比設(shè)計(jì)。乳化瀝青冷再生所用的乳化瀝青指標(biāo)需滿(mǎn)足下表要求。

3.1.3 再生混合料配合比

根據(jù)初選的乳化瀝青配方采用馬歇爾擊實(shí)或旋轉(zhuǎn)壓實(shí)的方法在室內(nèi)成型試件，在滿(mǎn)足性能指標(biāo)的前提下最終確定最佳乳化瀝青用量、最佳含水率以及水泥摻量。

3.1.3.1 最佳含水量(OWC)

首先初步假定特種乳化瀝青用量和水泥 (如特種乳化瀝青用量4%，水泥用量2%)，試驗(yàn)過(guò)程中保持特種乳化瀝青用量不變，從而確定再生混合料中的最佳含水量。再按照《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E51)中的重型擊實(shí)試驗(yàn)(T0804-94)方法(丙法)，通過(guò)選取5個(gè)不同含水量的擊實(shí)試驗(yàn)獲得再生混合料干密度隨含水量變化曲線(xiàn)，求得最大干密度時(shí)的含水量，即為再生混合料的最佳含水量(OWC)。

3.1.3.2 水硬膠結(jié)料類(lèi)型及用量

選擇普通硅酸鹽緩凝水泥作為膠結(jié)材料，進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度(7d)試驗(yàn)，根據(jù)其試驗(yàn)結(jié)果確定再生混合料的水硬膠結(jié)料用量。

3.1.3.3 最佳特種乳化瀝青用量(OEC)

以預(yù)估的特種乳化瀝青用量為中值，按照一定的間隔變化形成5個(gè)特種乳化瀝青用量，保持最佳含水量(OWC)不變，制備馬歇爾試件雙面各擊實(shí)75次，擊實(shí)成型后的馬歇爾試件先連同試模自然養(yǎng)生24h，再放入60℃烘箱中養(yǎng)生40h，后取出放在25℃室溫下冷卻8h。按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定方法計(jì)算并測(cè)得測(cè)得各組再生混合料的最大理論相對(duì)密度γt、毛體積相對(duì)密度、干濕劈裂強(qiáng)度比、馬歇爾殘留穩(wěn)定度。根據(jù)劈裂強(qiáng)度與浸水劈裂強(qiáng)度，或馬歇爾穩(wěn)定度與浸水馬歇爾穩(wěn)定度、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果(優(yōu)先選用劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果)，并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，確定再生混合料的最佳特種乳化瀝青用量(OEC)。

3.2 工藝及質(zhì)量控制

3.2.1 設(shè)備組合

乳化瀝青廠(chǎng)拌冷再生施工機(jī)械應(yīng)配備瀝青拌和設(shè)備、運(yùn)輸車(chē)輛、銑刨機(jī)、攤鋪機(jī)、雙鋼輪壓路機(jī)、單鋼輪壓路機(jī)、膠輪壓路機(jī)、瀝青灑布車(chē)和水車(chē)等。

3.2.2 工藝流程

乳化瀝青廠(chǎng)拌冷再生技術(shù)工藝流程圖如圖5所示。

圖5 工藝流程圖

3.2.3 質(zhì)量控制要點(diǎn)

3.2.3.1 舊路面材料的回收、堆放

本項(xiàng)目羅寧高速舊路面挖除方式是采用路面銑刨機(jī)進(jìn)行分層銑刨。銑刨機(jī)在銑刨過(guò)程中刀頭冷卻水用量不宜過(guò)大，以確保銑刨回收的瀝青路面材料(RAP)的含水量；銑刨速度控制在6m/min～8m/min之間，以確保銑刨?gòu)U料的均勻性減少材料的變異性。本次羅寧路面維修工程再生場(chǎng)地設(shè)置在羅源服務(wù)區(qū)，場(chǎng)地占地面積10畝、雨棚料倉(cāng)4個(gè)，所有回收舊路面材料經(jīng)過(guò)破碎篩分后全部進(jìn)行分倉(cāng)堆放。為避免回收舊路面材料和篩分好舊路面材料長(zhǎng)時(shí)間因自重及潮濕堆放造成結(jié)團(tuán)情況，料倉(cāng)中的回收舊路面材料應(yīng)盡快使用。本工程由于拌和場(chǎng)場(chǎng)地堆料倉(cāng)的飽和儲(chǔ)存量約4000t，再生混合料每日生產(chǎn)量約1300t，新舊料更新周期快不易積壓。

3.2.3.2 施工前準(zhǔn)備

本次羅寧路面維修工程實(shí)施方案為：銑刨主車(chē)道23cm瀝青面層及1cm基層，加鋪1cm改性瀝青碎石封層，其上加鋪12cm乳化瀝青廠(chǎng)拌冷再生和7cm改性瀝青AC-20C；銑刨超車(chē)道4cm上面層，然后統(tǒng)一進(jìn)行加鋪5cm改性瀝青AC-16C上面層。攤鋪再生混合料前，提前24h在原路面基層上噴灑1cm改性瀝青碎石封層，瀝青噴灑量 0.4～0.6kg/m2，碎石用量 4kg/m2。

3.2.3.3 再生混合料拌制

采用具備加水系統(tǒng)的瀝青拌和設(shè)備拌制混合料，按照冷料和水硬膠結(jié)料干拌5～8s，加水濕潤(rùn)拌和5～8s，噴灑特種乳化瀝青拌和25～30s至均勻，總拌和時(shí)間按照不超過(guò)45s，拌和后的混合料均勻一致，無(wú)結(jié)團(tuán)成塊現(xiàn)象。對(duì)于已經(jīng)存放數(shù)天后的特種乳化瀝青可能會(huì)出現(xiàn)聚集或分層現(xiàn)象，生產(chǎn)前需打開(kāi)瀝青儲(chǔ)存罐的攪拌裝置，使特種乳化瀝青分布均勻。拌制混合料時(shí)按照生產(chǎn)配合比的用水量進(jìn)行拌和加水控制。加水比例可根據(jù)生產(chǎn)時(shí)的氣溫情況進(jìn)行適當(dāng)比例的調(diào)整，當(dāng)氣溫高于30°時(shí)可增加0.5～1.0%的用水量。再生混合料的含水量應(yīng)進(jìn)行跟蹤控制，含水量太低容易發(fā)生粘輪現(xiàn)象而導(dǎo)致的拉痕嚴(yán)重影響路面的外觀(guān)和質(zhì)量；含水量太高易導(dǎo)致碾壓過(guò)程中出現(xiàn)泌水現(xiàn)象而影響碾壓效果，且壓實(shí)度也很難滿(mǎn)足要求。

3.2.3.4 再生混合料運(yùn)輸

拌和后的冷再生混合料不宜儲(chǔ)存，應(yīng)立刻運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)施工，拌和站離攤鋪現(xiàn)場(chǎng)不宜超過(guò)50km，確保特種乳化瀝青破乳時(shí)間和水硬膠結(jié)料終凝時(shí)間滿(mǎn)足技術(shù)要求，開(kāi)始拌和至壓實(shí)結(jié)束時(shí)間不宜超過(guò)6h。運(yùn)輸車(chē)輛的車(chē)廂內(nèi)應(yīng)清洗干凈，防止污染混合料。運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)采用塑料卷材覆蓋再生混合料，防止混合料提前破乳。羅寧高速路面維修工程拌合場(chǎng)羅源服務(wù)區(qū)距施工現(xiàn)場(chǎng)綜合運(yùn)距為18km，單點(diǎn)最遠(yuǎn)運(yùn)距為28km。

3.2.3.5 再生混合料攤鋪

本項(xiàng)目采用瀝青攤鋪機(jī)攤鋪混合料，攤鋪時(shí)采用平衡梁自動(dòng)找平方式按照2m/min～3m/min攤鋪速度進(jìn)行攤鋪。攤鋪過(guò)程中設(shè)專(zhuān)人進(jìn)行攤鋪機(jī)的螺旋布料器旋轉(zhuǎn)控制，發(fā)現(xiàn)超粒徑集料時(shí)及時(shí)清除，對(duì)出現(xiàn)個(gè)別離析、波浪、裂縫、拖痕時(shí)，在初壓前及時(shí)采用人工進(jìn)行翻挖補(bǔ)料后再壓實(shí)。

3.2.3.6 再生混合料壓實(shí)

壓實(shí)是保證施工質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，羅寧高速路面維修工程冷再生路面壓實(shí)工藝通過(guò)實(shí)驗(yàn)段數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)：采用2臺(tái)雙鋼輪壓路機(jī)、1臺(tái)單鋼輪壓路機(jī)、1臺(tái)輪胎式壓路機(jī)進(jìn)行初壓、復(fù)壓、終壓分機(jī)分組的組合式碾壓方案。碾壓控制過(guò)程中采取現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)驗(yàn)雙層控制，派兩組專(zhuān)人進(jìn)行壓實(shí)工藝控制，一組進(jìn)行壓路機(jī)壓實(shí)，發(fā)現(xiàn)推移或泌水現(xiàn)象時(shí)，及時(shí)停止碾壓，待涼曬一段時(shí)間，水分基本蒸發(fā)后，繼續(xù)碾壓；另一組進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)灌砂法對(duì)壓實(shí)情況進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)壓實(shí)度不足段落及時(shí)分析原因，調(diào)整施工與碾壓工藝。

表4 壓路機(jī)組合遍數(shù)

3.2.3.7 再生面層養(yǎng)生

壓實(shí)結(jié)束經(jīng)檢測(cè)合格后，進(jìn)入養(yǎng)生階段。本項(xiàng)目實(shí)施季節(jié)為秋季，天氣干燥、日平均氣溫基本高于20℃、養(yǎng)生采用無(wú)覆蓋自然養(yǎng)生，養(yǎng)生期視當(dāng)天氣溫而定，干燥、晴天按照36h控制，潮濕陰天按照72h控制。再進(jìn)入下一道攤鋪瀝青面層工藝時(shí)進(jìn)行取芯及含水量檢測(cè)的判定，一般判定以含水量小于2%或取出完整芯樣作為結(jié)束養(yǎng)生進(jìn)入下道工序的依據(jù)。養(yǎng)生結(jié)束后路面嚴(yán)禁重車(chē)、超載車(chē)輛通行，指揮通行車(chē)輛勻速慢行，禁止緊急制動(dòng)、加速啟動(dòng)以及車(chē)輛轉(zhuǎn)彎和扭轉(zhuǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

2017年羅寧高速公路的路面維修，經(jīng)過(guò)一年的使用觀(guān)測(cè)及路檢巡查，結(jié)果表明歷年反復(fù)維修的路面病害路段得到有效的治理，路面的典型病害得到徹底處置，路用性能顯著改善，說(shuō)明2017年度羅寧高速B道路面維修方案措施是有效的。

本文通過(guò)研究分析羅寧高速公路路面病害類(lèi)型及成因從而提出有效的病害路面維修方案，并針對(duì)性地對(duì)乳化瀝青廠(chǎng)拌冷再生技術(shù)展開(kāi)研究，為國(guó)內(nèi)瀝青路面養(yǎng)護(hù)提供借鑒和參考。