改性乳化瀝青冷再生基層技術應用研究

郭 朝 陽

(山西省公路局太原分局，山西 太原 030012)

0 引言

廠拌改性乳化瀝青冷再生技術是兼具半剛性與柔性特點的新型冷再生結構，具有早期強度與模量高、溫度敏感性低、抗車轍能力強、水穩定性好等優點，并具養生期間收縮小，微裂縫自愈合而不會擴大的特性，在某國道路面改造工程基層應用了此結構型式，項目為一級公路，設計速度80 km/h，路基寬度20 m。路面改造方案為：刨銑回收舊瀝青路面用于10 cm廠拌改性乳化瀝青冷再生基層+(7+5)cm改性瀝青混凝土上下面層。項目秉承綠色環保理念，本著積極慎重的態度采用新技術新材料，應用改性乳化瀝青冷再生基層實現舊瀝青路面材料循環利用及良好路用性能，節約成本，值得推廣應用。

1 概述

改性乳化瀝青冷再生用作瀝青路面基層可修筑成剛柔適中的合理路面結構，具有抑制半剛性基層(如水泥穩定類基層)裂縫向瀝青面層反射、延長路面使用壽命的作用。

廠拌改性乳化瀝青冷再生組成材料是由銑刨料、新粗細骨料、改性乳化瀝青和水泥(作為填料替代礦粉)兩種膠結料、水組成，使用連續式拌合機常溫生產的再生混合料。

2 技術優勢

高摻量：廠拌冷再生混合料中的舊料(銑刨回收材料)摻量約為60%，可相應節省近60%新石料資源。

高性能：抗車轍性能優異，有較高的承載能力，動穩定度可達到6 000次/mm～9 000次/mm，且抑制半剛性基層反射裂縫性能和作用較為突出。

低能耗:再生技術采用常溫拌和，不加熱，降低了能源消耗，與熱拌瀝青混合料相比，每噸再生混合料可節省燃油消耗6 kg～6.5 kg。

低排放:再生工藝與熱拌工藝相比，降低碳排放與能源消耗75%以上；按社會價值分析：再生技術不僅可以回收大量的舊瀝青材料，實現資源利用，創造經濟價值；還在人身健康、環境保護方面為綠色環保做貢獻。

3 方案設計

3.1 原有公路路面技術狀況分析

根據調查分析，瀝青路面病害主要原因為溫度疲勞裂縫、疲勞剪切裂縫和反射裂縫，繼而導致龜網裂、坑槽等路面病害。根據《公路技術狀況評價標準》，對項目路段的路面使用性能(路面技術狀況指數PQI)、損壞狀況(路面損壞狀況指數PCI)、結構強度(通過落錘式彎沉儀(FWD)檢測路面回彈彎沉來評價路面結構強度指數PSSI)、平整度狀況(將國際平整度指數IRI值換算為路面行駛質量指數RQI)進行評價、路面車轍(路面車轍技術狀況指數RDI)進行評價，顯示該段路面使用性能總體為次；病害較嚴重，路面破損以裂縫、龜裂、坑槽、脫皮、啃邊、壅包、波浪等為主；基層較為完整，路面結構強度略有不足；通過平整度檢測行駛質量評價結果為中，總之，需進行路面維修改造。

3.2 路面結構方案

根據交通量、原路面病害程度(原路結構為：瀝青路面(4+7)cm面層、20 cm水泥穩定碎石基層、20 cm水泥穩定碎石底基層，使用性能評價為“次”)，依據路面結構檢測數據，通過路面結構驗算，本著充分利用舊路強度、經濟環保的原則，經驗算，擬定路面方案為：5 cm中粒式改性瀝青混凝土上面層+7 cm中粒式改性瀝青混凝土中面層+10 cm改性乳化瀝青冷再生基層，對原水泥穩定基層病害局部挖補處理，見圖1。

4 技術方案

4.1 改性乳化瀝青混合料冷再生材料及配合比設計

1)冷再生用改性乳化瀝青質量要求(見表1)。

2)廠拌冷再生時RAP檢測質量要求(見表2)。

3)改性乳化瀝青冷再生混合料工程設計級配范圍(見表3)。

表1 冷再生改性乳化瀝青質量要求

表2 RAP檢測質量要求

表3 改性乳化瀝青冷再生混合料工程設計級配范圍

4)瀝青混合料冷再生配合比設計(見圖2)。

5)其他原材料。水泥使用普通硅酸鹽水泥，技術指標符合設計要求；碎石質地堅硬、潔凈，符合設計要求；混合料用水為飲用水。

6)試拌。根據廠拌改性乳化瀝青冷再生的設計結合現場材料質量，母體試驗室出具施工配合比。對廠拌改性乳化瀝青冷再生拌和樓進行調試，確定廠拌改性乳化瀝青冷再生拌和樓拌和的各種材料流量。銑刨料和新鮮集料的用量由冷料倉進料速度來控制，改性乳化瀝青、水、水泥設精確計量裝置。

7)確定配合比。用于施工的廠拌改性乳化瀝青冷再生混合料的施工配合比為：10 mm～20 mm舊料∶0 mm～10 mm舊料∶20 mm～30 mm新料∶0 mm～5 mm新料∶水泥32.5=21%∶36%∶19.5%∶22%∶1.5%；特種改性乳化瀝青用量4%，最大干密度2.194 g/cm3，最佳含水量4.6%。

4.2 施工機械

銑刨機、連續式水穩拌和設備800型一套(含瀝青貯存罐及地磅)、ZL50裝載機3臺、灑水車1臺、自卸運輸車10臺、全自動瀝青灑布車、瀝青混合料攤鋪機2臺、振動壓路機2臺、雙鋼輪壓路機1臺、膠輪壓路機2臺。

配備足夠配件，施工前做好保養、調試、試機工作，確保施工質量進度。

4.3 施工工藝流程

4.3.1 工序

施工工序見圖3。

4.3.2 銑刨舊路面及銑刨料加工

按照設計厚度分層刨除舊瀝青路面，將銑刨料運至拌和廠。要求銑刨料的最大粒徑不大于26.5 mm，拌和廠設置篩分和破碎設備，將銑刨料篩分為0 mm～10 mm,10 mm～25 mm兩種料，分類堆放。對于較小粒徑的銑刨料，為了減少銑刨料中的含水量對冷再生混合料質量的影響，應采取覆蓋的措施。銑刨料的含水率應不大于3.0%。

4.3.3 噴灑透層油

為增強下基層和冷再生半柔性基層瀝青混合料的結合，填補基層表面的細小縫隙、固結基層表面松散、提高基層表面強度和整體性，使層間的結合盡可能接近完全連續狀態，在攤鋪冷再生半柔性基層之前，對下基層表面噴灑透層油，一般采用PC-2或PA-2型改性乳化瀝青，用量0.7 kg/m2～1.5 kg/m2，蒸發殘留物含量50%。

4.3.4 拌和

拌和前，將篩分好的銑刨料、新料、水和水泥按比例投放到第一個拌和鍋中拌和10 s～16 s，進入第二個拌和鍋噴灑改性乳化瀝青，總拌合時間約45 s。

4.3.5 攤鋪

混合料中水分的散失速度主要由改性劑種類、集料級配、風速、氣溫、濕度等因素決定，攤鋪采用瀝青混合料攤鋪機，熨平板不必加熱，控制好行駛速度、松鋪系數、攤鋪厚度、設計高程、平整度，防止集料離析，保證攤鋪質量。

冷再生瀝青混合料攤鋪厚度為10 cm(壓實厚度)，根據試驗段確定松鋪系數為1.265。雨天或氣溫低于10 ℃時應停止攤鋪。

4.3.6 壓實

采用雙鋼輪振動鋼輪壓路機和重型輪胎壓路機碾壓成型，充分壓實的冷再生混合料總空隙率在3%～8%范圍。

壓實工藝：

初壓：雙鋼輪壓路機靜壓1遍、振動碾壓1遍，行進速度1.5 km/h～3 km/h；

復壓：單鋼輪振動壓路機，高頻低幅式振壓2遍～4遍，行進速度2 km/h～4 km/h；

終壓：20 t以上膠輪壓路機碾壓收面，行進速度3 km/h～5 km/h，消除輪跡。

4.3.7 養護

在鋪筑其上結構層之前，冷再生瀝青基層應養護3 d～5 d。當路面含水量小于2%或鉆芯能基本完整取出時，攤鋪其上結構層。

養生期間封閉交通，組織專人維護并疏導交通安全。

4.4 質量檢測及評價

施工過程中對原材料(乳化瀝青、粗集料、細集料、瀝青路面回收料)按照規范要求的檢測項目進行抽樣檢測;對乳化瀝青冷再生混合料進行抽樣檢測，分別進行馬歇爾試驗、礦料級配及瀝青含量檢測，對碾壓成型后的基層進行壓實度、厚度、平整度、彎沉檢測，試驗結果見表4，表5。

表4 試驗段原材料及乳化瀝青冷再生混合料試驗情況

表5 試驗段碾壓成型后的乳化瀝青冷再生混合料現場檢測情況

制取乳化瀝青冷再生混合料試件及進行馬歇爾試驗時要注意：

1)將拌和均勻的混合料裝入試模，使用馬歇爾擊實儀進行擊實的次數要求為：乳化瀝青試樣雙面各擊實50次；

2)將試樣連同試模一起側放在60 ℃的鼓風烘箱中養生至恒重，養生時間一般不少于40 h；

3)將試模從烘箱中取出，立即使用馬歇爾擊實儀雙面各擊實25次，側放室溫冷卻至少12 h后脫模(如為泡沫瀝青試樣則直接側放冷卻12 h脫模)；

4)馬歇爾穩定度試驗溫度為40 ℃，試驗時間為泡水30 min。

經檢測，改性乳化瀝青冷再生基層的主要檢測項目壓實度、平整度、彎沉值、馬歇爾穩定度均滿足設計要求。

運行兩年的應用后評價:在傳統水泥穩定基層與瀝青面層間增設冷再生半柔性基層后，路面平整無車轍，可有效抑制剛性基層反射裂縫對瀝青面層的影響，提高道路整體穩定性,延長道路使用壽命，降低全生命周期成本。

5 循環利用效果

采用改性乳化瀝青廠拌冷再生新技術，可對銑刨原路面舊料進行回收循環利用，技術經濟合理，節能環保。

對舊路面全部銑刨后，除正常損耗，實現路面舊料回收率99.5%，符合回收率98%以上要求。

經材料篩選，冷再生循環利用率80.5%，符合利用率80%以上要求。

經材料組成設計，舊料摻量為57%，應用于本路面改造項目和其他工程，總體實現80.5%的循環利用率，共節約30 000 m3新石料資源；料場地面硬化節約4 554 t路面材料，有效節約建設資金。

6 結語

改性乳化瀝青廠拌冷再生技術是兼具半剛性與柔性特點的新型冷再生結構，剛柔適中，冷再生與熱拌瀝青相比，具有低能耗(每噸再生混合料節省燃油消耗6 kg～6.5 kg，共節約550 t燃油)、低排放(降低碳排放與能源消耗75%以上)的優勢，可實現人身健康、環境保護、資源利用等社會效益，值得大力推廣。