G109乳化瀝青廠拌冷再生配合比設(shè)計(jì)研究

李斌1，王景亮，武奎，王景元

（1.甘肅省蘭州公路局，蘭州 730000；2.西安好友公路養(yǎng)護(hù)工程有限公司，西安 710000）

如今我國(guó)公路網(wǎng)建設(shè)已基本成型，公路建設(shè)已進(jìn)入大中修養(yǎng)護(hù)階段，對(duì)于養(yǎng)護(hù)有相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)手段，路面損壞輕微的，有薄層罩面、微表處、同步碎石封層等技術(shù)；有些嚴(yán)重的路面需要銑刨重建。目前高等級(jí)瀝青混凝土路面壽命一般為7 a 左右[1-3]。在路面重建過程中，會(huì)產(chǎn)生大量廢舊銑刨料，將銑刨料的回收再利用，能夠節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、減少污染。

乳化瀝青冷再生技術(shù)是指利用原瀝青路面材料（包括面層材料和部分基層材料）進(jìn)行銑刨后，加入部分新骨料或新集料，按比例加入一定劑量的添加劑（水泥、礦粉、石屑、乳化瀝青等）和一定量的水，通過拌和機(jī)重新拌和，最后碾壓成型，使之重新形成路面結(jié)構(gòu)層的一種工藝方法。

廠拌冷再生技術(shù)可作為路面的基層和下面層，能將瀝青路面的上面層和下面層一起回收利用，在水泥穩(wěn)定層和瀝青面層之間加上一層柔性層，能夠減少路面反射裂縫，減少干縮干裂，提高路面使用壽命。

本文通過室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行了銑刨料的配合比設(shè)計(jì)，以及用幾種乳化劑生產(chǎn)的乳化瀝青進(jìn)行配合比試驗(yàn)的一些性能研究。

1 原材料

（1）銑刨料（RAP）：選取G30 高速白銀工區(qū)提供的RAP 料，0 ～5 mm 銑刨料、5 ～10 mm 銑刨料、10 ～26.5 mm 銑刨料。

（2）新集料：選用石灰?guī)r20 ～30 mm，質(zhì)量符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2017）的規(guī)定。

（3）拌和用水：水潔凈，不含有害物質(zhì)，滿足工程用水需求。

（4）填充材料：礦粉（選用白銀市鴻泰康商貿(mào)有限公司的礦粉），水泥（選用京蘭42.5 普通硅酸鹽水泥），質(zhì)量均符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2017）的規(guī)定。

各種礦料外觀圖如圖1所示。

2 乳化瀝青

根據(jù)乳化瀝青冷再生路面混合料性能，選三種乳化劑，乳化劑分別命名為A、B、C；選兩種基質(zhì)瀝青SK90 號(hào)和克拉瑪依90 號(hào)。乳化瀝青指標(biāo)參照《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》和《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》，檢測(cè)結(jié)果如表1。

從表1中看出，生產(chǎn)的6 種乳化瀝青具有以下特征：

1）SK90 號(hào)基質(zhì)瀝青+乳化劑A、乳化劑C生產(chǎn)的乳化瀝青，1 d 和5 d 的儲(chǔ)存穩(wěn)定性均不合格，其它四種乳化瀝青均合格。

2）用克拉瑪依90 號(hào)基質(zhì)瀝青比SK90 號(hào)生產(chǎn)的乳化瀝青常溫儲(chǔ)存穩(wěn)定性好。

3）除了儲(chǔ)存穩(wěn)定性外，乳化瀝青的其它指標(biāo)均符合要求。

圖1 礦料外觀照片

3 銑刨料級(jí)配優(yōu)化選擇

廠拌乳化瀝青冷再生混合料級(jí)配采用《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 5521—2019）表5.4.2 中的中粒式級(jí)配要求，見表2。

本次配合比設(shè)計(jì)所用原材料的篩分試驗(yàn)結(jié)果匯總于表3，其中銑刨料的篩分試驗(yàn)參照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42—2005）T 0327 干篩法。

4 混合料級(jí)配組成設(shè)計(jì)

本文銑刨料摻入比例按90%，新集料、礦粉、水泥摻入比例10%來做配合比設(shè)計(jì)；根據(jù)林宏偉、葉亞青等人編寫的《水泥摻量對(duì)乳化瀝青冷再生混合料性能影響》文章中所得，水泥摻量均為1.5%[4]。礦粉添加量均為1.5%，根據(jù)各檔料的級(jí)配與合成級(jí)配要求，選了如表4幾種級(jí)配。

根據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 5521—2019）和《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011），制作馬歇爾試件，制作順序如下：

1）向拌和機(jī)內(nèi)加入混合集料，先拌和30 s，再加入外加水，拌和30 s，再加加入乳化瀝青，拌和60 s，最后加入礦粉、水泥，拌和60 s。

2）將拌和均勻的混合料裝入試模，用細(xì)鐵棍，外側(cè)搗15 次，中間搗10 次，然后放到馬歇爾擊實(shí)儀上，雙面擊實(shí)50 次。

3）試模側(cè)放入60 ℃烘箱中，養(yǎng)生時(shí)間不少于40 h。

4）將試模從烘箱中取出，立即雙面擊實(shí)25次。

5）將試模側(cè)放在地面上，在室溫下冷卻不少于12 h 脫膜。

銑刨料在這六種比例下，選用油石比（純基質(zhì)瀝青）2.5%，外加水2.0%制做的馬歇爾試件。

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》T 0705—2011 檢測(cè)的空隙率如表5。

由表5數(shù)據(jù)，選用了比例四做銑刨料的配合比設(shè)計(jì)，在此種配合比情況下，混合集料的篩分結(jié)果如圖2。

RAP 集料在比例四的配合比情況下，用離心分離法對(duì)銑刨料中瀝青含量試驗(yàn)，檢測(cè)數(shù)據(jù)如表6。

表1 冷再生乳化瀝青檢測(cè)項(xiàng)目及技術(shù)要求

表2 乳化瀝青冷再生中粒式混合料級(jí)配要求

表3 集料分檔篩分的通過率

表4 銑刨料比例設(shè)計(jì)

表5 各種比例下的空隙率

5 最佳外加水量

根據(jù)選取的級(jí)配，在不同油石比下，做不同加水量的拌和，觀察混合料的拌和均勻性、集料瀝青裹覆狀態(tài)及混合料的狀態(tài)，如果拌和完成后混合料的和易性良好，無花白料，料漿不聚集，粗細(xì)料不分離，且拌和完成后放于室外至少3 h后混合料不結(jié)團(tuán)，則混合料達(dá)到理想拌和狀態(tài)。根據(jù)拌和試驗(yàn)，最后確定的混合料不同油石比對(duì)應(yīng)的最佳外加水量，如表7所示。

6 最佳油石比

本試驗(yàn)選擇1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%七種油石比，采用馬歇爾擊實(shí)成型試件進(jìn)行試驗(yàn)，依據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 5521—2019）設(shè)計(jì)要求，依據(jù)空隙率、劈裂試驗(yàn)、干濕劈裂強(qiáng)度比，求得最佳油石比，見表8、圖3、4。

表6 銑刨料的檢測(cè)數(shù)據(jù)

表7 油石比對(duì)應(yīng)的外加水量

表8 油石比的檢測(cè)數(shù)據(jù)

在此種配合比情況下，由表8、圖3、圖4得出結(jié)論：

1）隨著油石比的增大，空隙率減小，劈裂強(qiáng)度先增大再減小。干濕劈裂強(qiáng)度比增大。油石比≤2.0%時(shí)，干濕劈裂強(qiáng)度都不合格，當(dāng)油石比≥3.5%時(shí)，空隙率均不合格；所以油石比可用范圍在2.0%～3.5%之間；

圖3 劈裂強(qiáng)度

圖4 干濕劈裂強(qiáng)度比

2）根據(jù)劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)，得出最佳油石比為2.5%。圖5、6 為不同油石比下，拌和好的冷再生混合料，以及制作好的馬歇爾試模。

7 再生乳化劑與混合料評(píng)價(jià)

從上面結(jié)論可知，選最佳油石比2.5%，外加水2.0%，對(duì)這幾種乳化瀝青制作馬歇爾試模，檢測(cè)劈裂強(qiáng)度、干濕劈裂強(qiáng)度比、凍融劈裂強(qiáng)度比、車轍動(dòng)穩(wěn)定度，試驗(yàn)結(jié)果如表9所示。

圖5 不同油石比的拌和混合料

圖6 不同油石比的馬歇爾試件

表9 幾種再生乳化劑的試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

由表9可知：

1）用基質(zhì)瀝青SK90 號(hào)比克拉瑪依90 號(hào)生產(chǎn)的乳化瀝青性能指標(biāo)好；

2）乳化劑C 生產(chǎn)的乳化瀝青的車轍動(dòng)穩(wěn)定度較差，乳化劑A、B 車轍動(dòng)穩(wěn)定度略好，最好的為基質(zhì)瀝青SK90 號(hào) +乳化劑B。

8 路用效果評(píng)價(jià)

G109 蘭州段翻新改建工程使用1 a 后，道路通行能力良好, 無任何變形與表面剝落等病害,路面平整行車舒適，使用冷再生技術(shù)鋪筑的上基層路段與其他路段無差異，這表明經(jīng)過乳化瀝青廠拌冷再生應(yīng)用在上基層的技術(shù)能夠有效處治路面龜裂、沉陷、車轍、坑槽、基層松散等病害。

9 結(jié)語

乳化瀝青冷再生技術(shù)是一項(xiàng)先進(jìn)的養(yǎng)護(hù)技術(shù)，我國(guó)已逐漸在推廣應(yīng)用，但是技術(shù)成熟度仍需要繼續(xù)探索。本文通過對(duì)G109 翻新工程的乳化瀝青冷再生配合比設(shè)計(jì)研究總結(jié)了以下幾點(diǎn)。

a）白銀工區(qū)銑刨料、新集料、礦粉、水泥的最佳比例為，10 ～26.5 mm 銑刨料：5 ～10 mm 銑刨料：0 ～5 mm 銑刨料：新集料20 ～30 mm：礦粉：水泥=25:40:25:7:1.5:1.5。

b）最佳的乳化瀝青為，選用基質(zhì)瀝青SK90號(hào)和乳化劑B 來生產(chǎn)乳化瀝青。

c）最佳油石比為2.5%；油石比的可選擇范圍為2.0%～3.5%之間。