乳化瀝青冷再生混合料配合比設計及應用探討

羅玉剛 劉文足

摘要：文章以某高速公路路面工程為例，對乳化瀝青冷再生混合料級配、最佳含水率、水泥摻和量等進行配合比設計，并闡述其施工應用方法，為冷再生技術的應用提供參考。

關鍵詞：高速公路;乳化瀝青冷再生技術;配合比設計;施工應用

中圖分類號：U412.366 文獻標識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.10.014

文章編號：1673-4874（2019）10-0048-03

0引言

目前我國高速公路總里程已超13萬km，居世界第一位。歷經多年的運行，我國早期修建的高速公路路面已進入維修階段，隨之會產生大量的廢舊瀝青混合枓。瀝青冷再生技術可有效利用廢舊瀝青混合枓，在保護生態環境的同時，提高資源利用率，降低工程成本。本文以某高速公路路面工程為例，對乳化瀝青冷再生混合枓級配、最佳含水率、水泥摻和量等進行配合比設計，并闡述其施工應用，為冷再生技術的應用提供參考。

1工程概況

該高速公路為瀝青混凝土路面，雙向四車道設計，設計時速為100km/h。該高速公路路面歷經多年運行，加之重車多、車流量大、瀝青混合料老化等因素，導致出現車轍、坑槽、沉陷等多種病害，對路面使用壽命及車輛行駛有著嚴重的影響，急需進行修復。綜合該路段實際情況，結合環境保護、造價等多種因素，采用乳化瀝青冷再生技術，以降低建設成本，提高資源利用效率，保護周邊生態環境。

2 乳化瀝青冷再生混合料配合比設計

2.1級配設計

為了確保乳化瀝青冷再生混合料級配符合工程需求，會在混合枓中添加一定比例的新枓，確保混合枓密實度。為對再生瀝青混合枓集枓級配情況進行分析，將新舊枓比例初步定為3：7、2：8、1：9三種比例進行合成，篩分結果如表1所示。

將表1中的分析結果進行曲線分析，其曲線分析結果如圖1所示。由曲線分析圖可知，按3：7新舊集料比例配置的混合枓與按1：9新舊集料比例配置的混合枓兩者的分析曲線雖然處于規范值的上下限之間，但是與中值曲線存在較大偏離。按2：8新舊集料比例配置的混合料分析曲線和中值曲線基本重合，說明該級配混合料可以形成密實的嵌體結構，因此在本工程中混合料級配選用2：8新舊集料比例。

2.2 確定混合料的最佳含水率

根據《公路瀝青路面再生技術規范》（JTG F41-2008）規定，需將乳化瀝青再生混合枓試件進行75次的雙面擊實，本次試驗試件采用75次一次擊實成型。

通過上文分析可知本工程乳化瀝青混合枓級配選擇2：8的新舊集料配置比例，在本次試驗試件同樣采用該級配比例。其中水泥分別采用以下五種類型：（1）0%PO42.5;（2）1%PO42.5;（3）2%PO42.5;（4）2%42.5R;（5）2%52.5R。將乳化瀝青量定為4.5%，分別對上述五種不同類型的水泥進行試件試驗，從而得到不同類型水泥的最佳含水率。曲線分析圖如圖2所示。

由圖2可以看出，當冷再生混合料分別摻和1%PO42.5、2%PO42.5、2%42.5R和2%52.5R的水泥時，與未摻和水泥相比，其最大干密度分別提高了0.82%、1.24%、2.16%、2.22%，其最佳含水量提高了5%、12%、15%、16%。當水泥摻和量不斷提高，混合枓的最大干密度與最佳含水量依次增加。其中2%42.5R和2%52.5R的摻和水泥量一致，但是標號不同，混合料的最大干密度與最佳含水量在水泥標號的提高下呈現增加的趨勢。這是由于高標號的水泥和水之間水化反應物質、產物多，導致密實度與需求量增大，因此導致2%52.5R水泥摻和的混合料最佳含水量高于2%P042.5R。

2.3 水泥摻和量及標號確定

采用0%PO42.5、1%PO42.5、2%PO42.5、2%42.5R、2%52.5R五類水泥摻和量及標號進行力學試驗，將試件乳化瀝青用量暫定為4.5%，并按照《公路瀝青路面再生技術規范》進行苗實與養護，以測試不同水泥摻和量及標號的混合料劈裂強度。試驗結果如表2所示。并將試驗結果進行曲線分析，如圖3所示。

由試驗結果可知，在同等齡期下摻和水泥的混合料隨水泥摻和量的提高，混合料的劈裂強度處于上升的趨勢。從綜合混合料所需強度、成本及施工周期方面考慮，建議水泥摻和量在2%左右。摻和早強水泥比摻和普通水泥的混合料強度有明顯提高，但是到第7d、28d時，強度增加已不明顯。根據《公路瀝青路面再生技術規范》要求，乳化瀝青冷再生混合料在應用于基層時，15℃劈裂強度應≥0.4MPa應用于底基層時應≥0.5MPa。摻和普通水泥的混合料需3d才能達到規范劈裂強度要求，摻和早強水泥的混合料只需1d劈裂強度即可達到規范強度要求，但是兩者后期強度差距不大，均可滿足規范要求。早強水泥2%PO42.5與2%52.5R摻和量混合料劈裂強度相差不大，但2%PO42.5比2%52.5R使用更為經濟。綜合考慮選擇2%PO42.5的水泥類型最為合適，不但符合項目需求，還可以提高混合料強度，加快施工周期。

2.4 確定混合料的乳化瀝青最佳量

本次試驗采用4%、4.5%、5%、5.5%、6%五類乳化瀝青摻和量進行試件制作，通過濕劈裂強度、千劈裂強度及干濕劈裂強度比試驗來確定乳化瀝青最佳用量。試驗結果如表3和圖4-5所示。

由上述圖表中可以看出，混合料的干濕劈裂強度及干濕劈裂強度比都伴隨瀝青用量的增加而出現先增后降的情況。當瀝青用量達到5%時，干濕劈裂強度達到最大值，因此本工程中冷再生混合料乳化瀝青最佳用量定為5%。

3 乳化瀝青冷再生混合料施工應用

3.1拌制

依據上文中所設計混合料配合比將集料放入料倉中進行拌合，在拌合過程中需嚴格按照每種原材料的摻入規范，確保與設計的一致性，本工程采用KMA220冷再生設備進行拌合，該設備操作方便可移動，并且采用精準計量，確保乳化瀝青、水泥、水、集料等用量與設計的一致性。在進行混合料拌制時，要把握好拌合時間，如拌合時間過長則容易導致集料與乳化瀝青發生離析的情況，使得混合料提前破乳，不利于強度的形成;如拌合時間過短則會導致集料周圍乳化瀝青包裹不均勻。拌制時需要確保集料被瀝青包裹充分，混合料均勻，無結塊現象。

3.2 運輸

混合料運輸時間不宜過長，否則容易致使混合料在還沒進行攤鋪碾壓就出現破乳、成型的現象，再攤鋪碾壓導致強度被破壞，致使混合科成型強度下降。同時混合料不宜長時間儲藏，應在1h內進行攤鋪。根據本工程實際情況，運輸時間最長為20min，加上混合料運輸車準備工作所需時間，本工程攤鋪可以在1h內完成。

3.3 攤鋪

攤鋪是乳化瀝青冷再生混合料施工的關鍵工序，如遇到雨水天氣，應馬上停止攤鋪。在攤鋪前應做好攤鋪機的安裝調試工作，確保熨平板不存在接縫，避免攤鋪時出現紋路。在進行攤鋪時攤鋪機應持續、緩慢、勻速前進，不得出現中途停頓的情況。如在進行攤鋪作業時發現不平整、離析等現象時，應分析其原因。本工程混合料松鋪系數設定為1.2，在攤鋪完成之后要及時計算混合料的松鋪系數，確保與工程設計相符。在進行本工程攤鋪作業時，還配置了5名工作人員，其中2名負責攤鋪機平衡條的調試，1名操作攤鋪機，2名負責攤鋪后的接縫及找平。

3.4 碾壓

碾壓是確保混合科成型強度的重要工序，本工程中壓路機設備分別為26T橡膠輪壓路機與13T雙鋼輪壓路機。初壓采用13T雙鋼輪壓路機先靜壓兩次，第一次主要是確保攤鋪的混合料不發生粘接及推移等情況，第二次則為消除輪跡;復壓采用13T雙鋼輪壓路機進行震動碾壓兩次，確保碾壓的密實度;終壓先采用26T橡膠輪胎壓路機碾壓兩次，最后再采用13T雙鋼輪壓路機靜壓兩次。在碾壓作業時，需齊縫碾壓，相鄰碾壓區域需確保30cm的重疊，確保碾壓的平整度。在進行碾壓作業時，壓路機不得出現中途預留、緊急制動等違規操作，在碾壓設備無法碾壓的邊角處采用夯實機進行夯實。

3.5 養生

本工程采用早強型乳化瀝青冷再生混合料，養生時段只需1d，在養生期間需封閉交通，禁止車輛通行，并保持路面濕潤，如遇到雨水天氣，應覆蓋養生布，防止出現離析現象。

4 結語

本文以某高速公路路面工程為例，對乳化瀝青冷再生混合料配合比設計與應用進行研究，通過各類試驗，最終確定該公路乳化瀝青冷再生混合料各項最佳配合比，即為新舊集料2：8配比、最佳含水率為6.5%、瀝青含量為5%、PO42.5R早強水泥摻和為2%。通過施工應用，其質量優于規范及設計要求，并節約了礦石資源、降低了工程造價，減少了污染排放物。