乳化瀝青廠拌冷再生技術在內宜路應用探討

（1.四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司 成都 611141；2.公路建設與養護技術、材料及裝備行業研發中心 成都 611130；3.四川省路面結構材料及養護工程實驗室 成都611130）

廠拌乳化瀝青冷再生是利用專用機械設備先將原瀝青路面銑刨、翻挖、破碎，再加入適量的乳化瀝青、新集料（如需要）、水泥和水等，按一定比例拌和成混合料，然后經攤鋪和碾壓形成路面結構層的一種技術。具有可充分利用RAP、常溫施工、施工速度快、降低造價、節約能源、保護環境等優點，可用于高速公路和一、二級公路瀝青路面底基層、基層及下面層[1～3]。因此，近年來在昌九高速、G60 滬昆高速、G4 京港澳高速、福銀高速、京張汽車專用線等各等級道路得到了廣泛應用，室內配合比設計研究、性能研究、工程應用效果均達到了預期效果[4]。四川省路面大中修仍然以挖出重建為主[5]，每年都產生大量廢舊RAP 材料，且沒有得到很好的利用，造成了極大的浪費，推廣乳化瀝青廠拌冷再生技術，使路面養護走上資源節約型、環境友好型之路，實現交通可持續發展迫在眉睫。

本研究依托G85 渝昆高速公路（內宜路）乳化瀝青廠拌冷再生試驗段，對乳化瀝青冷再生混合料性能開展系列研究，為四川省推廣乳化瀝青廠拌冷再生技術積累經驗、提供參考。

1 項目概況

1.1 試驗段

本次試驗段選在G85 渝昆高速公路（內宜路）K251+000 ～K253+000 路段，本段于1999年底建成通車。原路面結構：5 cm 改性瀝青AK-16B+7cm普通瀝青AC-25I+20 cm 石灰粉煤灰穩定碎石+ 39 cm 石灰液態渣處治泥巖。2010年進行處治，處治路面結構：4 cm 改性瀝青AC-13C+8 cm 普通瀝青AC-20C+0.6 cm 稀漿封層+20 cm 水泥穩定碎石+嚴重病害處治后的原路面。本次冷再生路面結構：銑刨原瀝青面層12 cm，在原基層上鋪筑改性瀝青同步碎石封層+9 cm 乳化瀝青廠拌冷再生+5 cm 普通瀝青AC-20+4 cm 改性瀝青AC-13C。

1.2 拌和站

采用北京盛廣拓公路科技有限公司SLPR4000 型瀝青混合料冷再生拌和樓，如圖1所示。主要包括骨料供應系統、粉料供應系統、乳化瀝青供應系統、水供應系統、攪拌系統以及成品料輸送系統等。

為更好控制冷再生混合料級配，確保施工質量，需要對現場銑刨的RAP 在拌和站進行破碎、篩分、分級。本項目采用顎式破碎機，將RAP分成0 ～5 mm、5 ～10 mm、10 ～30 mm 三種規格，如圖2、圖3所示。

圖1 拌和站

圖2 破碎機

圖3 RAP 分級

2 原材料及成型方法

2.1 乳化瀝青

試驗段慢裂慢凝型普通乳化瀝青，性能指標如表1所示，滿足JTG F41—2008[6]技術要求。

2.2 RAP、新集料

對拌和站現場取的各檔RAP 材料進行篩分，取施工現場10 ～30 mm 石灰巖新集料，篩分結果如表2所示。

2.3 配合比

施工現場確定的乳化瀝青冷再生混合料配合比如表3所示，設計空隙率10%。

2.4 成型方法

取拌和站生產的乳化瀝青冷再生混合料，采用大型馬歇爾二次擊實成型，具體方法如下：

（1）一次擊實：混合料裝入試模中，雙面各擊實150 次；

（2）養生：將試樣連同試模一起側放在60 ℃的鼓風烘箱中養生48 h；

（3）二次擊實：將試模從烘箱中取出，立即放置于馬歇爾擊實儀上，雙面各擊實70 次，冷卻至常溫后脫模。

表1 乳化瀝青性能試驗結果

表2 原材料篩分結果

表3 乳化瀝青冷再生混合料配合比

3 性能檢測

3.1 高溫性能

（1）馬歇爾穩定度試驗

馬歇爾穩定試驗可在一定程上反應瀝青混合料的高溫型，對60 ℃烘箱養生48 h 的試件，進行40 ℃馬歇爾穩定度試驗，試驗結果見表4。由表4可以看出乳化瀝青冷再生混合料馬歇爾穩定度、殘留穩定度滿足規范要求。

（2）車轍試驗

研究表明，車轍試驗能較好地反應瀝青混合料高溫抗變形能力，為此對乳化瀝青冷再生混合料進行車轍試驗，試驗結果見圖4、圖5所示。

1）碾壓成型的車轍板試件分別60 ℃烘箱養生24 h、48 h、72 h 后，分別進行60 ℃車轍試驗；

2）碾壓成型的車轍板試件在60 ℃烘箱養生48 h 后，分別進行60 ℃、70 ℃車轍試驗。

圖4 60 ℃動穩定度隨養生時間變化

圖5 不同溫度動穩定度

從圖4可以看出，隨著養生時間增加，乳化瀝青冷再生混合料動穩定度不斷增加，48 h 后，增加幅度開始減緩。從養生時間由24 h 增加到48 h，動穩定度增加了39.6%，養生時間由48 h增加到72 h，動穩定度僅增加了8.9%。

從圖5可以看出，60 ℃動穩定度滿足規范要求，溫度增加到70 ℃，動穩定度下降了89.6%，這可能與使用的乳化瀝青為普通乳化瀝青有關。

3.2 劈裂試驗

劈裂強度是瀝青路面結構設計參數之一，可反映瀝青混合料的抗拉性能，JTG F41—2008 中規定可采用劈裂強度進行冷再生混合料的配合比設計，為此實驗室對乳化瀝青冷再生混合料劈裂強度進行了研究。

（1）不同齡期劈裂強度

對一次擊實成型后的試件，在60 ℃烘箱進行不同齡期（24 h、48 h 及72 h）養生后，進行二次擊實成型，試件冷卻脫模，測試15 ℃劈裂強度，試驗結果見圖6。

圖6 15 ℃劈裂強度隨養生時間變化

從圖6可以看出，隨著養生時間增加，乳化瀝青冷再生混合料15 ℃劈裂強度不斷增加，養生時間由24 h 增加到72 h，劈裂強度增加了42.9%，養生48h 劈裂強度為0.86 MPa，滿足規范使用求。

（2）15 ℃干濕劈裂試驗

對60 ℃烘箱養生48 h 后的試件，分別進行15 ℃干、濕劈裂強度試驗，試驗結果如圖7所示。

（3）25 ℃劈裂試驗

對60 ℃烘箱養生48 h 后的試件，分別進行25 ℃干、濕劈裂強度試驗，試驗方法如下：

一組試件放入25 ℃±0.5 ℃的水中保溫1.5 h ～2 h，然后進行干劈裂試驗；另一組試件放入25 ℃±0.5 ℃的水中浸泡24 h，然后進行濕劈裂試驗，試驗結果如圖7所示。

圖7 不同溫度劈裂試驗結果

從圖7可以看出，25 ℃干、濕劈裂強度分別約為15 ℃干、濕劈裂強度60%，15 ℃干濕劈裂強度比為95.7%，25 ℃干濕劈裂強度比為104.2%，滿足規范使用要求。

3.3 水穩性能

為了更好評價乳化瀝青冷再生混合料水穩性能，采用凍融劈裂試驗、水敏感性測試、飛散試驗進行試驗。

（1）凍融劈裂試驗（F-T）

凍融劈裂試驗試驗廣泛用于評價瀝青混合料的水穩性能，操作簡單，易于推廣。對60 ℃烘箱養生48 h 養生后的兩組試件，按照JTG E20—2011 方式進行凍融劈裂試驗。

（2）水敏感性測試

由于凍融劈裂試驗所需試驗時間較長，國外開發了快速評價瀝青混合料水穩性能試驗儀器——MIST 水敏感性試驗儀，可在數小時時間內完成水穩性評價試驗，并可模擬輪胎壓力對潮濕路面的沖刷，如圖8。

圖8 MIST 水敏感性測試儀

對60 ℃烘箱養生48 h 養生后的兩組試件，一組試件采用ASTM D7870 / D7870M-13 標準參數進行試驗[8]：試驗溫度為60 ℃，最大沖刷應力為40 psi，沖刷次數3 500 次，另一組試件不經處理，兩組試件一起放入25 ℃恒溫水浴中2 ～3 h，測試劈裂強度，試驗結果如圖9。

從圖9可以看出，與凍融劈裂試驗的0.52 MPa相比，MIST 處理試件的劈裂強度下降為0.33 MPa，這也導致MIST 試驗的TSR僅有63.2%，遠小于凍融劈裂試驗的92.6%。也即，對乳化瀝青冷再生混合料，MIST 試驗條件比凍融劈裂更苛刻，混合料抗水沖刷性能較差，MIST 是否能有效評價冷再生混合料還需進一步研究。

圖9 凍融劈裂與MIST 試驗結果對比

（3）飛散試驗

對60 ℃烘箱養生48 h 養生后的兩組試件進行試驗，分別進行標準飛散試驗和浸水飛散試驗，其中標準飛散試驗試件在室溫中放置了4 d，浸水飛散試驗試件在室溫中放置了10 d，試驗結果圖10所示。

從圖10中可以看出，乳化瀝青冷再生標準飛散質量損失為12.1%，滿足規范中對SMA 的要求；浸水飛散質量損失為13.9%，與標準飛散相比，略有增加，但仍然滿足規范要求，可能與試件在室溫中放置試件較長有關，需要進一步研究。

3.4 滲水試驗

乳化瀝青冷再生混合料空隙率較大，其滲水系數直接決定了水是否易于進入，也影響了混合料的耐久性。ASTM PS129-01,（2001）[9]依據達西定律，測定變水頭壓力下混合料的滲水系數，水在混合料內部只有豎向流動。將養生48 h 后的試件分別切割成約3 cm 和6 cm 兩個高度，采用滲水儀對試件進行滲水試驗，試驗結果如表5所示。

圖10 飛散試驗結果

表5 滲水試驗結果

從表5可以看出，滲水系數與試件厚度有一定關系，試件厚度越大，滲水系數越小；滲水系數與空隙率相關性不強。文獻[10]給出了瀝青混合料滲水系數的等級范圍，如表6所示，并認為混合料滲水系數的上限為1.25×10-3cm/s。可以看出，試驗室測得乳化瀝青混合料滲水系數屬于低滲透性范圍，實際路面設計厚度通常大于10 cm，可見滲水系數應該更低。也即雖然乳化瀝青冷再生混合料空隙率較大，但可能分布較廣，未形成上下連通的空隙，滲水系數較小。

表6 熱拌瀝青混合料滲水系數分級

4 試驗段鋪筑

2015年10月15-21日，在K251+000 ～K253+000段現場鋪筑了試驗段，如圖11所示。從現場施工效果來看，舊路面RAP 材料為卵碎石，吸水性較差，保水效果不好；施工氣溫較高，在25 ℃左右，混合料運至現場，到開始攤鋪一般等待時間為2 h，混合料失水較多，比較干澀，鋼輪壓路機碾壓過后，新集料表面瀝青膜較薄，易被帶走而形成“花白料”，有微裂縫出現，重型輪胎壓路機碾壓后，可有效消除微裂紋。

圖11 試驗段鋪筑現場

碾壓成型后，自然養生24 h、48 h 進行現場鉆芯。養生24 h 后取芯，比較困難，個別位置能取出完整芯樣，養生48 h 后，可完整取出芯樣，如圖12所示。對芯樣測試空隙率及滲水系數，如表7所示。可以看出，現場施工厚度變異性較大，空隙率均勻較好，略大于目標空隙率10%，滲水系數小于室內試驗結果。可見，采用合理的壓實工藝、壓實設備，乳化瀝青冷再生混合料壓實度能得到有效控制。

5 結論

（1）乳化瀝青冷再生混合料強度隨養生齡期的增加而增加，室內可采用60 ℃養生48 h 的試件評價乳化瀝青冷再生混合料性能。

（2）乳化瀝青冷再生混合料性能的高溫性能、水穩性能等各項性能指標均滿足現行規范要求，MIST、飛散試驗用于評價水穩性能還需進一步研究。

（3）乳化瀝青冷再生混合料滲水系數與高度有一定關系，與空隙率關系不明顯。雖然混合料空隙率較大，但其空隙分布較廣，連通空隙少，導致滲水系數較小。

（4）應根據原材料、天氣情況，及時調整含水量，采用合理的碾壓工藝，保證壓實效果。現場高度控制變異性較大，滲水系數小于室內結果，乳化瀝青廠拌冷再生技術長期使用性能還需跟蹤觀測。

圖12 鉆芯取樣

表7 芯樣測試結果