探討泡沫瀝青就地冷再生水穩基層配合比設計

葛 毅

（貴州省公路工程集團有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

近年來，隨著交通壓力的不斷增大，部分運營中的高速公路出現了不同形式的質量病害，嚴重威脅行車安全，亟須進行改擴建[1]。道路工程改擴建勢必會產生大量瀝青混合料及基層材料，不僅對環境造成較大破壞，而且資源浪費嚴重。而泡沫瀝青就地冷再生技術能有效解決這一問題，其具有舊料利用率高、施工方便、對交通影響小、節能環保等優點，在道路改擴建工程中應用廣泛[2]。該文依托某高速公路路面改擴建工程實例，對泡沫瀝青就地冷再生水穩基層配合比設計展開探究，并根據室內及現場試驗，確定了泡沫瀝青再生料目標配合比，經綜合應用，取得了顯著成效。

1 工程概況

某高速公路工程設計里程65 km，隨著運營年限的不斷增加，經重載交通、降雨、冰雪凍融等綜合作用，部分路面產生了較為嚴重的破壞，嚴重影響行車穩定性、舒適性、安全性。鑒于此種狀況，路政部門決定對該道路工程實施維修改造。通過實地調查發現，該道路表面存在縱橫向裂縫、沉陷、擁包、坑槽等質量病害。部分路段存在嚴重的功能性破壞，嚴重影響行車安全，綜合表現為路基承載力不足的現狀，亟須進行補強加固處理，恢復道路使用性能，確保車輛通行安全。

2 病害修復方案確定

該道路工程部分路段存在較為嚴重的破壞，若進行局部翻挖處理，施工難度較大、效果欠佳，且產生大量建筑垃圾，經濟性、環保性較差。而采用薄層罩面技術，修復效果一般，且無法有效確保原始道路功能，極易導致病害發展，形成更為嚴重的質量病害，可行性較低[3]。經綜合比較，確定采用就地冷再生技術，不僅能有效處治道路存在的質量病害，恢復道路使用功能，且施工效率高、成本低、對現場交通影響較小、經濟效果顯著。

3 試驗用試樣分析

采用WR2500 再生機進行就地取樣，為確保試驗結果的全面性、有效性，選擇不同深度路段進行取樣，且保證取樣槽長度不低于2 m。在取樣槽中間位置取樣，確保試驗均勻性，防止出現離析現象。

3.1 砂當量與塑性指數試驗

砂當量是表征細集料含土率的重要參數，且在一定程度上反映集料潔凈程度[4]。為確定銑刨料塑性指數，實施砂當量、塑性指數試驗，其兩種材料試驗檢測結果如表1 所示。

表1 兩種材料的砂當量與塑性指數試驗結果

通過表1 能夠看出，兩種材料砂當量較低。充分證明集料中含泥量較大，嚴重降低再生料性能。此外，其塑性指數較高，若采用泡沫瀝青材料進行施工，需加入一定量的水泥進行處理。

3.2 集料的選擇

因道路等級不同，其各自采用集料級配范圍存在顯著差異，具體情況如圖1 所示。通過圖1 能夠看出：①A 區域集料泡沫瀝青穩定，適用于重載交通；②B 區域集料內細集料含量較高，適用于輕交通道路，如將其用于A 區域，需加入一定量的粗集料；③C 區域細集料含量較少，其泡沫瀝青穩定性較差，為有效提升其穩定性，應加入適量的細集料或粉煤灰。

圖1 泡沫瀝青冷再生混合料級配

通過上述試驗能夠看出，各種集料均會對泡沫瀝青混合料性能產生影響，當其粒徑小于0.075 mm 時性能最佳，因此此類材料用量以5%～20%為宜。

3.3 級配設計

銑刨料中細集料含量較少，其0.075 mm 篩孔通過率僅1.5%。結合材料相關性能，采用加入細集料的方式，對其級配進行科學調節[5]。

結合現場實際狀況，向混合料中加入粒徑為5 mm的米砂，并加入含量1%～1.5%的水泥，以有效提升再生料早期強度。此外，由于銑刨料含泥量較大，再生料塑性指數較高。經綜合探究，確定各種材料實際配比為：銑刨料∶米砂∶水泥=75 ∶23.5 ∶1.5。經試驗檢測，根據此配比進行調整后，泡沫瀝青再生料級配滿足標準要求。

4 泡沫瀝青冷再生配合比設計

4.1 最佳發泡條件

泡沫瀝青發泡效果通常用膨脹率、半衰期兩項指標進行評價。結合性能特征，膨脹率越高，泡沫瀝青與集料之間包裹效果越好，制備的泡沫瀝青混合料性能越突出；當半衰期不斷增加時，泡沫瀝青性能不會出現衰退現象，依舊可以較好地與集料接觸，即具有充足的拌制時間[6]。

為進一步確定膨脹率和半衰期之間的關系，分別以溫度、用水量為變量進行試驗探究，對各變量狀態下膨脹率、半衰期進行分析，從而確定最佳發泡溫度及用水量，具體情況如圖2所示。通過圖2能夠看出，在溫度為150 ℃，用水量為2.5%時，可取得最佳發泡效果。此種條件下泡沫瀝青膨脹率超過10 倍，半衰期高于8 s，滿足施工需求。

圖2 70 號瀝青發泡特性曲線

4.2 最佳含水量

泡沫瀝青混合料制備、碾壓時，應根據施工需要加入適量的水，確保其具有較好的工作性能，并保證壓實度滿足要求。混合料含水量大小直接決定泡沫瀝青路用性能。

（1）當含水量低于最佳含水量，會造成混合料生硬，其碾壓施工難度較大，且碾壓完成后壓實度達不到標準要求；而當含水量較高時，混合料易產生離析現象，其強度及穩定性較低[7]。

（2）該項目最佳含水量取最大干密度條件下的含水量，水泥及泡沫瀝青含量依次為1.5%、2.5%，含水量分別為5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%，制備性能不同的試件，并進行試驗檢測，測定各試件含水量及干密度。

試驗顯示，初期，隨著含水量增大，水分逐步進入各集料毛細孔內，造成其干密度逐漸增大，工作性能顯著提升；后續，當含水量達到一定程度，各集料充分被水包裹，其干密度、壓實度出現下降趨勢。結合試驗數據可知，最大干密度為2.137 g/cm3，最佳含水量為6.5%。

4.3 最佳泡沫瀝青用量

根據得出的最佳含水量（6.5%），分別取泡沫瀝青用量為2.5%、2.7%、3%進行馬歇爾試驗，以確定最佳泡沫瀝青用量。

（1）混合料拌制時，分別加入標準用量的水和集料，攪拌均勻后，加入泡沫瀝青，然后進行標準擊實試驗，擊實75 次，且養生72 h 后，將其自然降溫至常溫狀態進行脫模；試件制備完成后，進行分組處理，并分別實施試驗檢測：前兩組進行15 ℃干濕劈裂強度試驗；后兩組則進行25℃凍融劈裂試驗。

（2）根據試驗結果進行綜合計算，分別得出干濕劈裂強度比及凍融劈裂強度比：①當泡沫瀝青含量逐漸增大時，其15 ℃溫度條件下的劈裂強度值呈現先增后減的變化規律，即變化具有階段性；②當泡沫瀝青含量逐漸增大時，劈裂強度呈現增大趨勢，且當泡沫瀝青含量為2.7%時，15 ℃劈裂強度最大，同時該條件下的干濕劈裂強度滿足標準要求，據此確定混合料最佳泡沫瀝青用量為2.7%。

4.4 目標配合比的確定

通過上述試驗分析，得出了泡沫瀝青冷再生混合料最佳含水量及泡沫瀝青用量，確定了最佳配合比，其結果如表2 所示。其中最佳含水量去除銑刨料及泡沫瀝青內含水量，剩余含水量則為應加入的含水量，外摻量主要指水泥、泡沫瀝青及水的總體用量。確定目標配合比后，根據現場具體狀況，對其進行適當調整。

表2 泡沫瀝青冷再生目標配合比設計結果

5 泡沫瀝青就地冷再生工藝要點

（1）分層攤鋪：①根據施工技術要求分層攤鋪米砂，并采用壓路機靜壓1 遍，確保壓實后厚度不低于31.5 cm；②根據50 kg/m2標準要求，在米砂上部均勻鋪設水泥。

（2）施工準備：①瀝青進場后，及時對其溫度進行檢測，并與標準發泡溫度進行對比，溫度較低時不符合投入條件，溫度較高時應待其自然降溫至標準溫度，再進行投入[8]；②正式施工時，應先進行發泡試驗，以充分檢查發泡效果，結合實際發泡效果和現場具體條件，對混合料瀝青及用水量進行適當調整。

（3）再生施工：①將再生機運轉速率控制在6 m/min 左右，施工中實時監測再生料濕度情況，發現異常及時調整噴水量；②結合再生機性能，在二次運行時，可適當降低噴水量。

（4）初壓：再生施工完成后，應及時進行壓實作業，采用壓實機械沿中心線靜壓一遍。

（5）整平：①靜壓施工后，采用平地機進行整平作業，以有效消除再生機輪跡，確保布料均勻；②結合現場實際情況合理調整平地機切削深度，嚴格控制整平遍數，以2～3 遍為宜，確保整平質量滿足規范要求。

（6）復壓及終壓：①用平地機整平后，在再生層表面噴灑適量水分，保濕表面濕潤，然后采用振動壓路機碾壓2～3 遍；②復壓后繼續進行灑水作業，確保再生層始終處于濕潤狀態，并采用輪胎壓路機碾壓2～3 遍，保證再生層密實度、平整度滿足要求。

6 再生施工效果的檢驗與分析

6.1 彎沉測試

因基層材料、含量、養護時間的不同，其與路面結構承載性能存在顯著差異[9]。選取冷再生材料進行分析，其早期強度較低，且強度增長速度較慢。因此，待試驗路段施工完成1 周后，組織基層彎沉測試，結合檢測結果對冷再生基層承載性能進行綜合評估；并在后續運營過程中實時監測路面面層彎沉情況，確定各時間段面層彎沉值。

施工現場分左右兩幅進行施工，以10 m 間距為標準進行彎沉檢測，結合實際檢測數據，求得均值及標準差；并根據求得的數值，去除異常值后以2 倍標準差進行綜合計算，求出最新的均值、標準差；最后，按照95%保證率進行代表值計算，其具體結果如表3 所示。

表3 試驗路段基層表面彎沉測試結果

6.2 再生后的路況調查

待路面施工完成，標準養生7 d 后組織試驗檢測，以確定再生路面運營情況[10]。經檢測發現，再生路段運營狀況良好，未產生表層松散、變形等現象，各項指標均滿足標準要求。

7 結論

綜上所述，該文依托實際工程案例，對泡沫瀝青就地冷再生施工技術展開綜合探究，結合工程具體條件，確定了泡沫瀝青發泡條件、含水量、瀝青用量等各項指標，并確定了目標配合比，總結了泡沫瀝青就地冷再生工藝要點。通過實際應用及實地檢測，再生路段運營狀況良好，未產生表層松散、變形等現象，各項指標均滿足標準要求。充分證明就地冷再生技術具有較強的可行性，值得積極推廣應用。