乳化瀝青廠拌冷再生技術在大中修養護工程中的應用研究

蔡海泉

(1.蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 211112；2.新型道路材料國家工程實驗室，江蘇 南京 211112)

基金項目：江蘇省交通運輸科技與成果轉化項目(2019Y04)。

1 概 述

半剛性基層瀝青路面由于其建設成本低、結構強度高、行駛舒適等特點，已成為目前我國高等級公路的主要結構，但是在后期路面養護工作中，常用的銑刨重鋪方式雖然徹底處治路面病害，但養護成本高，且銑刨料的廢棄不但造成了資源的浪費，也對環境造成了影響。而瀝青路面再生技術將原路面材料進行破碎篩分，作為原材料二次利用，節約了大量的筑路資源，能夠有效降低工程投資，且利于養護事業的持續發展。

瀝青路面循環再生利用技術分類較多，從再生過程是否需要加熱看，包括熱再生和冷再生，從再生地點看，又可分為現場再生和廠拌再生。本文將重點對各種再生技術中的乳化瀝青廠拌冷再生技術開展工程應用研究。

2 乳化瀝青冷再生強度影響因素分析

施工結束的再生混合料中包含初步破乳恢復瀝青性質的乳化瀝青、施工過程中按照要求添加的水以及再生過程中破碎的銑刨料等，在養生過程中，再生料中的水分逐漸蒸發、乳化瀝青持續破乳恢復瀝青性質，至養生期末再生混合料基本達到普通瀝青混合料的路用性能。

再生混合料強度受多方面因素影響，本節將重點對不同乳化瀝青和水泥摻量下混合料強度進行試驗分析，從而確定最佳用量。

圖1 水泥-乳化瀝青用量與混合料馬歇爾穩定度關系

圖2 水泥-乳化瀝青用量與混合料抗壓強度關系

根據圖1、圖2試驗結果，對比未摻加水泥的再生混合料，摻加水泥的再生混合料強度有所提升，且強度的提升隨著瀝青用量的提高而逐漸降低。改變水泥摻量，在乳化瀝青用量4.3%時，水泥摻量在1.0%時，對再生混合料強度增幅影響較大，而當乳化瀝青用量4.8%時，水泥摻量在2%時對強度增幅影響較大。因此，需要針對不同的瀝青用量選擇與之相對應的水泥添加量。

3 乳化瀝青廠拌冷再生混合料設計研究

3.1 原材料要求

(1)銑刨料及新加集料要求

對于路面銑刨料(RAP)，要求銑刨后粒徑規格基本一致，無明顯的塊狀結團現象，同時檢測RAP料的砂當量和含水量，砂當量應超過60%，含水率應小于3%。同時對RAP料的級配合瀝青含量情況進行抽提篩分評價。若需額外添加集料，則新加集料還應滿足相關施工技術規范的要求。

(2)乳化瀝青要求

結合以往的工程經驗及再生技術規范的要求，提出了用乳化瀝青膠結料的技術要求，如表1所示。

表1 推薦的廠拌冷再生乳化瀝青技術要求

(3)水泥要求

宜采用強度等級為32.5以上的水泥；采用的水泥強度及安定性必須達到相應的技術規范要求，且初凝時間需大于3 h，終凝時間需小于6 h。

(4)礦粉要求

礦粉宜采用由石灰巖石料研磨制成的成品，技術指標要求如表2所示。

表2 礦粉質量技術要求

3.2 冷再生混合料設計方法

在再生規范乳化瀝青冷再生混合料設計流程基礎上，對原設計流程進行優化調整，即在乳化瀝青最佳用量確定的基礎上，增加含水量的驗證過程。實際設計過程中，以最佳乳化瀝青用量為基準，分別在不同的含水量條件下成型混合料測量空隙率和劈裂強度，將該途徑確定的最佳含水量與土工擊實試驗確定的含水量進行對比分析，若二者偏差不超過1%(即土工擊實結果的±1%)，則混合料設計達到要求，若二者偏差超過1%，則在該方法確定的最佳含水量基礎上，調整并重新確定最佳乳化瀝青含量，直至二者偏差滿足要求。

3.3 混合料配合比設計

(1)原材料

根據要求對細銑刨料(0～9.5 mm)、粗銑刨料(9.5～19 mm)、新集料、水泥和礦粉進行篩分試驗。

表3 RAP料、水泥、礦粉篩分試驗結果表

(2)初選級配

根據以往養護工程中再生混合料設計實踐經驗，在試配的基礎上初步選擇一組級配開展后續試驗及設計。

表4 初選級配

(3)土工擊實法確定最佳含水量

初步擬采用的乳化瀝青摻量為4.0%，分別變化含水量從2.5%～4.5%、間隔0.5%分別進行擊實試驗，根據擊實試驗得到的再生混合料干密度與含水量相關關系，確定最佳含水量OWC，即最大干密度對應的OWC。

圖3 土工擊實法確定最佳含水量

根據土工擊實試驗結果，干密度隨含水量的增加先增大后減小，最后確定最佳含水量OWC為4.2%。

(4)最佳乳化瀝青用量的確定

在最佳含水量選擇確定的基礎上，根據再生混合料空隙率及劈裂強度與乳化瀝青含量之間的相關性，選擇乳化瀝青用量。

表5 密度測試結果

圖4 乳化瀝青用量-劈裂強度曲線

根據再生混合料空隙率和劈裂強度變化情況，最佳乳化瀝青用量在4.3%左右，此時再生混合料的劈裂強度滿足規范中不低于0.5 MPa的要求，且空隙率也處于規范要求的9%～14%之間。

4 乳化瀝青廠拌冷再生混合料路用性能研究

(1)水穩定性能

開展再生混合料的凍融劈裂以及浸水馬歇爾試驗，以評估其抵抗水損害性能。

表6 凍融劈裂試驗結果

表7 浸水馬歇爾試驗結果

根據以上兩種水穩定性試驗評價結果，再生混合料的劈裂強度TSR達到85.1%，浸水馬歇爾殘留穩定度MS0達到89.3%，滿足瀝青下面層的技術指標要求，具有良好的水穩定性，滿足設計要求。

(2)高溫穩定性能

開展再生混合料的傳統車轍試驗，以評估其抵抗永久變形性能。

表8 高溫穩定性試驗結果

根據高溫穩定性試驗評價結果，廠拌乳化瀝青冷再生混合料的動穩定度達到1 235次/mm，與普通瀝青混合料的動穩定度基本相當。

(3)低溫性能

采用小梁低溫彎曲試驗評價再生混合料的低溫性能，試驗溫度設置為-10 ℃±0.5 ℃，試件尺寸與熱拌瀝青混合料一致。

表9 低溫性能試驗結果

小梁試驗結果表明，再生混合料的破壞應變達到2 085.8 με，基本滿足技術規范中不低于2 000 με的要求。

5 結 論

(1)水泥的摻加可有效提升乳化瀝青冷再生混合料的強度，但不同瀝青用量及含水量條件下對強度的提升幅度存在明顯差異。

(2)優化了乳化瀝青廠拌冷再生混合料的設計流程，增加了從最佳混合料性能和最大干密度兩方面分別確定的最佳含水量驗證過程。

(3)路用性能驗證結果表明，乳化瀝青廠拌冷再生混合料具有不低于同使用層位普通瀝青混合料的性能。