改性乳化瀝青冷再生基層技術(shù)應(yīng)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(shù)是兼具半剛性與柔性特點的新型冷再生結(jié)構(gòu)，具有早期強(qiáng)度與模量高、溫度敏感性低、抗車轍能力強(qiáng)、水穩(wěn)定性好等優(yōu)點，并具養(yǎng)生期間收縮小，微裂縫自愈合而不會擴(kuò)大的特性，在某國道路面改造工程基層應(yīng)用了此結(jié)構(gòu)型式，項目為一級公路，設(shè)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(huán)保理念，本著積極慎重的態(tài)度采用新技術(shù)新材料，應(yīng)用改性乳化瀝青冷再生基層實現(xiàn)舊瀝青路面材料循環(huán)利用及良好路用性能，節(jié)約成本，值得推廣應(yīng)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?cè)徇m中的合理路面結(jié)構(gòu)，具有抑制半剛性基層(如水泥穩(wěn)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(xì)骨料、改性乳化瀝青和水泥(作為填料替代礦粉)兩種膠結(jié)料、水組成，使用連續(xù)式拌合機(jī)常溫生產(chǎn)的再生混合料。

2 技術(shù)優(yōu)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(yīng)節(jié)省近60%新石料資源。

高性能：抗車轍性能優(yōu)異，有較高的承載能力，動穩(wěn)定度可達(dá)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(shù)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(jié)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(shù)不僅可以回收大量的舊瀝青材料，實現(xiàn)資源利用，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價值；還在人身健康、環(huán)境保護(hù)方面為綠色環(huán)保做貢獻(xiàn)。

3 方案設(shè)計

3.1 原有公路路面技術(shù)狀況分析

根據(jù)調(diào)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(dǎo)致龜網(wǎng)裂、坑槽等路面病害。根據(jù)《公路技術(shù)狀況評價標(biāo)準(zhǔn)》，對項目路段的路面使用性能(路面技術(shù)狀況指數(shù)PQI)、損壞狀況(路面損壞狀況指數(shù)PCI)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度(通過落錘式彎沉儀(FWD)檢測路面回彈彎沉來評價路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)PSSI)、平整度狀況(將國際平整度指數(shù)IRI值換算為路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI)進(jìn)行評價、路面車轍(路面車轍技術(shù)狀況指數(shù)RDI)進(jìn)行評價，顯示該段路面使用性能總體為次；病害較嚴(yán)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(jié)構(gòu)強(qiáng)度略有不足；通過平整度檢測行駛質(zhì)量評價結(jié)果為中，總之，需進(jìn)行路面維修改造。

3.2 路面結(jié)構(gòu)方案

根據(jù)交通量、原路面病害程度(原路結(jié)構(gòu)為：瀝青路面(4+7)cm面層、20 cm水泥穩(wěn)定碎石基層、20 cm水泥穩(wěn)定碎石底基層，使用性能評價為“次”)，依據(jù)路面結(jié)構(gòu)檢測數(shù)據(jù)，通過路面結(jié)構(gòu)驗算，本著充分利用舊路強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)環(huán)保的原則，經(jīng)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(wěn)定基層病害局部挖補(bǔ)處理，見圖1。

4 技術(shù)方案

4.1 改性乳化瀝青混合料冷再生材料及配合比設(shè)計

1)冷再生用改性乳化瀝青質(zhì)量要求(見表1)。

2)廠拌冷再生時RAP檢測質(zhì)量要求(見表2)。

3)改性乳化瀝青冷再生混合料工程設(shè)計級配范圍(見表3)。

表1 冷再生改性乳化瀝青質(zhì)量要求

表2 RAP檢測質(zhì)量要求

表3 改性乳化瀝青冷再生混合料工程設(shè)計級配范圍

4)瀝青混合料冷再生配合比設(shè)計(見圖2)。

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

6)試拌。根據(jù)廠拌改性乳化瀝青冷再生的設(shè)計結(jié)合現(xiàn)場材料質(zhì)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(jìn)行調(diào)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(jìn)料速度來控制，改性乳化瀝青、水、水泥設(shè)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(jī)械

銑刨機(jī)、連續(xù)式水穩(wěn)拌和設(shè)備800型一套(含瀝青貯存罐及地磅)、ZL50裝載機(jī)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(jī)2臺、振動壓路機(jī)2臺、雙鋼輪壓路機(jī)1臺、膠輪壓路機(jī)2臺。

配備足夠配件，施工前做好保養(yǎng)、調(diào)試、試機(jī)工作，確保施工質(zhì)量進(jìn)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(shè)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(shè)置篩分和破碎設(shè)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(zhì)量的影響，應(yīng)采取覆蓋的措施。銑刨料的含水率應(yīng)不大于3.0%。

4.3.3 噴灑透層油

為增強(qiáng)下基層和冷再生半柔性基層瀝青混合料的結(jié)合，填補(bǔ)基層表面的細(xì)小縫隙、固結(jié)基層表面松散、提高基層表面強(qiáng)度和整體性，使層間的結(jié)合盡可能接近完全連續(xù)狀態(tài)，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(fā)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(jìn)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(fēng)速、氣溫、濕度等因素決定，攤鋪采用瀝青混合料攤鋪機(jī)，熨平板不必加熱，控制好行駛速度、松鋪系數(shù)、攤鋪厚度、設(shè)計高程、平整度，防止集料離析，保證攤鋪質(zhì)量。

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

4.3.6 壓實

采用雙鋼輪振動鋼輪壓路機(jī)和重型輪胎壓路機(jī)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(jī)靜壓1遍、振動碾壓1遍，行進(jìn)速度1.5 km/h～3 km/h；

復(fù)壓：單鋼輪振動壓路機(jī)，高頻低幅式振壓2遍～4遍，行進(jìn)速度2 km/h～4 km/h；

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

4.3.7 養(yǎng)護(hù)

在鋪筑其上結(jié)構(gòu)層之前，冷再生瀝青基層應(yīng)養(yǎng)護(hù)3 d～5 d。當(dāng)路面含水量小于2%或鉆芯能基本完整取出時，攤鋪其上結(jié)構(gòu)層。

養(yǎng)生期間封閉交通，組織專人維護(hù)并疏導(dǎo)交通安全。

4.4 質(zhì)量檢測及評價

施工過程中對原材料(乳化瀝青、粗集料、細(xì)集料、瀝青路面回收料)按照規(guī)范要求的檢測項目進(jìn)行抽樣檢測;對乳化瀝青冷再生混合料進(jìn)行抽樣檢測，分別進(jìn)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(jìn)行壓實度、厚度、平整度、彎沉檢測，試驗結(jié)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(xiàn)場檢測情況

制取乳化瀝青冷再生混合料試件及進(jìn)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(jìn)行擊實的次數(shù)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(cè)放在60 ℃的鼓風(fēng)烘箱中養(yǎng)生至恒重，養(yǎng)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(cè)放室溫冷卻至少12 h后脫模(如為泡沫瀝青試樣則直接側(cè)放冷卻12 h脫模)；

4)馬歇爾穩(wěn)定度試驗溫度為40 ℃，試驗時間為泡水30 min。

經(jīng)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(wěn)定度均滿足設(shè)計要求。

運行兩年的應(yīng)用后評價:在傳統(tǒng)水泥穩(wěn)定基層與瀝青面層間增設(shè)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(wěn)定性,延長道路使用壽命，降低全生命周期成本。

5 循環(huán)利用效果

采用改性乳化瀝青廠拌冷再生新技術(shù)，可對銑刨原路面舊料進(jìn)行回收循環(huán)利用，技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理，節(jié)能環(huán)保。

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

經(jīng)材料篩選，冷再生循環(huán)利用率80.5%，符合利用率80%以上要求。

經(jīng)材料組成設(shè)計，舊料摻量為57%，應(yīng)用于本路面改造項目和其他工程，總體實現(xiàn)80.5%的循環(huán)利用率，共節(jié)約30 000 m3新石料資源；料場地面硬化節(jié)約4 554 t路面材料，有效節(jié)約建設(shè)資金。

6 結(jié)語

改性乳化瀝青廠拌冷再生技術(shù)是兼具半剛性與柔性特點的新型冷再生結(jié)構(gòu)，剛?cè)徇m中，冷再生與熱拌瀝青相比，具有低能耗(每噸再生混合料節(jié)省燃油消耗6 kg～6.5 kg，共節(jié)約550 t燃油)、低排放(降低碳排放與能源消耗75%以上)的優(yōu)勢，可實現(xiàn)人身健康、環(huán)境保護(hù)、資源利用等社會效益，值得大力推廣。