泡沫瀝青冷再生路用材料的配合比設(shè)計(jì)及施工分析

楊勝奇

摘要 高速公路的路面類(lèi)型以瀝青路面為主，公路建成通車(chē)運(yùn)營(yíng)后，需要定期進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，路面養(yǎng)護(hù)成為影響公路通行性能的重要因素，公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)也成為道路養(yǎng)護(hù)工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。采用泡沫瀝青冷再生技術(shù)養(yǎng)護(hù)公路路面，回收老舊瀝青路面材料，破碎后摻配添加劑，成為新的路面再生料。文章以泡沫瀝青冷再生材料配合比為研究對(duì)象，論述了材料檢驗(yàn)與配合比設(shè)計(jì)，分析了混合料的生產(chǎn)及施工工藝，總結(jié)出該混合料應(yīng)用于路面維護(hù)具有環(huán)保和成本低的優(yōu)勢(shì)，推廣應(yīng)用價(jià)值較高。

關(guān)鍵詞 瀝青路面；泡沫瀝青；再生混合料；配合比設(shè)計(jì)；路用性能

中圖分類(lèi)號(hào) U414文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）11-0079-03

0 引言

現(xiàn)階段，泡沫瀝青冷再生技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)瀝青路面廢料的循環(huán)再生利用，現(xiàn)已成為道路養(yǎng)護(hù)工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，并得到了廣泛應(yīng)用。運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)，收集瀝青路面廢料，使用破碎設(shè)備將其制成顆粒，經(jīng)再次篩分后，之后向里面摻配新骨料、新瀝青、再生劑等，成為再生混合料，并用于路面養(yǎng)護(hù)。泡沫瀝青是制作該混合再生料的重要黏結(jié)劑，瀝青發(fā)泡設(shè)備制作發(fā)泡瀝青后，經(jīng)傳輸系統(tǒng)被輸送至集料系統(tǒng)中，進(jìn)行噴灑并攪拌，在其作用下，各種原材料實(shí)現(xiàn)有效黏結(jié)，成為新的再生混合料。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)廢料的再生利用，不但能降低路面養(yǎng)護(hù)成本，還有利于保護(hù)環(huán)境，具有良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益，可廣泛應(yīng)用于路面養(yǎng)護(hù)工程。

1 泡沫瀝青生產(chǎn)工藝

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，瀝青路面公路運(yùn)營(yíng)總里程持續(xù)增加，越來(lái)越多的在役瀝青路面需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低且快速完成任務(wù)是路面養(yǎng)護(hù)工作的具體要求，此外，還要求降低能耗，且有利于保護(hù)環(huán)境，這就對(duì)瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)提出了更高的要求。泡沫瀝青冷再生技術(shù)能循環(huán)利用路面廢舊料，可有效滿(mǎn)足上述要求。

為積極響應(yīng)國(guó)家提出的低碳、環(huán)保的新發(fā)展戰(zhàn)略理念的要求，各行各業(yè)開(kāi)始創(chuàng)新和升級(jí)生產(chǎn)模式，徹底拋棄以往高消耗、高污染的粗放型發(fā)展模式，不斷追求低碳、環(huán)保、綠色的發(fā)展理念。砂石料是修建、養(yǎng)護(hù)路面的重要資源，由于開(kāi)采砂石料嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)境，因此國(guó)家采取了禁限措施[1]。采用再生混合料路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)，一方面可減少砂石料的使用量，降低了養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，更重要的是，路面結(jié)構(gòu)更具柔性，瀝青路面受力性能得到提高，增加了其使用年限。圖1表示該技術(shù)的生產(chǎn)工藝。

2 泡沫瀝青冷再生技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

該文以某省道公路路面維修改造項(xiàng)目作為案例，分析在該項(xiàng)目中運(yùn)用的泡沫瀝青冷再生技術(shù)，論述了其特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)。

2.1 材料檢驗(yàn)與配合比設(shè)計(jì)

為科學(xué)設(shè)定再生混合料配比，并進(jìn)行合理優(yōu)化，在收集利用路面廢舊料前，應(yīng)先檢驗(yàn)舊料，確定其級(jí)配，并測(cè)量明確水分占比[2]。圖2、表1表示檢驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（1）通過(guò)開(kāi)展篩分試驗(yàn)，確定瀝青路面廢料的級(jí)配，粒徑小于4.75 mm的舊料，其篩分通過(guò)率為42.4%。由此可知，路面廢舊料中含有大部分粗集料，細(xì)集料的占比較小，可采用細(xì)集料提升再生混合料的級(jí)配[3]。

（2）使用泡沫瀝青將路面廢舊料及新料充分黏結(jié)起來(lái)，對(duì)其發(fā)泡性能有較高要求，其質(zhì)量也應(yīng)達(dá)到常規(guī)瀝青的相關(guān)要求。半衰期、膨脹率是評(píng)價(jià)瀝青發(fā)泡性能的重要指標(biāo)，分析評(píng)定此兩項(xiàng)指標(biāo)，就可判斷出其發(fā)泡率是否達(dá)標(biāo)[4]。在該試驗(yàn)中，設(shè)定氣壓為4.0 MPa、水壓為5.0 MPa，以中海90#基質(zhì)瀝青材料為試驗(yàn)對(duì)象，表2為試驗(yàn)結(jié)果，可知泡沫瀝青發(fā)泡性能符合施工要求[5]。

（3）該再生混合料的水穩(wěn)性以及早期強(qiáng)度較低，必須摻配相應(yīng)的活性填料劑，才能符合施工要求。施工過(guò)程中，選用水泥作為活性填料劑，這類(lèi)水泥必須具有良好的水穩(wěn)性，且早期強(qiáng)度較高。按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，瀝青混合料中的活性填料劑占比應(yīng)小于1.5%。因此，該試驗(yàn)中，所用的活性填料劑為標(biāo)好為42.5的礦渣水泥，其占比不能超過(guò)1%[6]。

（4）為增強(qiáng)再生混合料的和易性，并加快水泥發(fā)生水化作用，需要添加小部分水，設(shè)定最佳水環(huán)境。為獲得良好的試驗(yàn)效果，選用了純凈度較高的飲用水，進(jìn)行土工擊實(shí)試驗(yàn)來(lái)明確最恰當(dāng)?shù)暮考白畲蟾擅芏取?/p>

（5）制作發(fā)泡瀝青冷再生混合料，主要是收集利用路面廢舊料，摻配部分新砂石料，增強(qiáng)其強(qiáng)度，提升級(jí)配，由此獲得更高使用性能。該試驗(yàn)中，為優(yōu)化混合料的級(jí)配，混合料中摻配了部分細(xì)集料，其粒徑在10～30 mm之間，同時(shí)還添加了部分機(jī)制砂，其粒徑在3 mm以下[7]。

2.2 目標(biāo)配合比的確定

采用馬歇爾試驗(yàn)設(shè)計(jì)再生混合料的配合比，持續(xù)完善其級(jí)配，確保路面油石比符合最佳施工規(guī)范。將泡沫瀝青作為黏合劑，摻配到再生混合料中，制備出半柔性的瀝青混合料。此設(shè)計(jì)方法，區(qū)別于常規(guī)的瀝青混合料。根據(jù)施工計(jì)劃，通過(guò)開(kāi)展土工擊實(shí)試驗(yàn)，確定混合料的含水量及干密度上限值。通過(guò)開(kāi)展強(qiáng)度劈裂試驗(yàn)，設(shè)定相應(yīng)的油石比，由此確定最佳比值[8]。

（1）通過(guò)分析路面廢舊料的篩分結(jié)果，可明確礦料組成及合成級(jí)配，為合理設(shè)定配合比，需要混合料中摻配一部分細(xì)集料，其粒徑最大為13.2 mm、最小為2.4 mm，此外，還需要摻配部分粗集料。該省道路面維修工程，所用再生混合料中的新礦料為機(jī)制砂與石灰?guī)r，其中前者的粒徑不超過(guò)3 mm，后者粒徑最大為30 mm、最小為10 mm，圖3表示再生混合料的級(jí)配曲線[9]。

（2）通過(guò)分析級(jí)配曲線可知，針對(duì)再生混合料，開(kāi)展土工擊實(shí)試驗(yàn)，由此明確其最佳含水量及最大干密度，試驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)依次為6.56%、2.11 g/cm3。

（3）試驗(yàn)過(guò)程中，所用的泡沫瀝青用量等級(jí)分別為1.5%、2.0%、2.5%、3.0%，各種新舊原料混合后，開(kāi)展強(qiáng)度劈裂試驗(yàn)。圖4為強(qiáng)度曲線。

（4）為確保再生混合料的性能符合要求，經(jīng)試驗(yàn)可確定，所用的發(fā)泡瀝青用量占比為2.4%，由此制備馬歇爾試驗(yàn)試件，其性能符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 混合料的生產(chǎn)工藝

采用泡沫瀝青再生混合料養(yǎng)護(hù)技術(shù)養(yǎng)護(hù)路面，其中最重要的環(huán)節(jié)是拌和混合料，其質(zhì)量對(duì)路面養(yǎng)護(hù)效果有決定性作用。拌和混合料時(shí)，各類(lèi)原材料的指標(biāo)必須符合相關(guān)要求，嚴(yán)格準(zhǔn)確控制使用量，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，科學(xué)設(shè)定配合比，同時(shí)做好質(zhì)量監(jiān)測(cè)。再生混合料制備出來(lái)后，立即取樣檢測(cè)，確保其質(zhì)量符合施工要求。

2.4 混合料的施工工藝

（1）攤鋪：當(dāng)再生混合料拌和結(jié)束后，通過(guò)工程車(chē)將其立即運(yùn)輸至工地，需采取相應(yīng)措施防止含水量下降，從而影響到后續(xù)路面攤鋪及碾壓施工，帆布具有良好的防水性，可將其覆蓋到混合料上，防止運(yùn)輸過(guò)程中水分流失。泡沫瀝青的攤鋪過(guò)程并沒(méi)有特別之處，有一點(diǎn)應(yīng)注意的是，無(wú)需加熱熨平板，施工環(huán)節(jié)對(duì)路面的基層標(biāo)高及松鋪系數(shù)要做好檢查，這是與普通瀝青攤鋪的主要差異[10]。

（2）碾壓：結(jié)合該工程項(xiàng)目的具體情況，制定相應(yīng)的碾壓方案。①再生混合料攤鋪完成后，由雙輪壓路機(jī)進(jìn)行初次靜壓，之后將壓路機(jī)設(shè)定為高幅低頻振動(dòng)狀態(tài)，再碾壓兩遍；②初壓結(jié)束后，再使用單輪壓路機(jī)高幅低頻振動(dòng)復(fù)壓，之后將壓路機(jī)調(diào)整為低幅高頻振動(dòng)狀態(tài)，再碾壓兩次；③路面終壓需要靜壓十次，由膠輪壓路機(jī)完成碾壓。

（3）養(yǎng)生：路面攤鋪完成后，需對(duì)路面進(jìn)行碾壓，確保路面強(qiáng)度達(dá)標(biāo)，這一過(guò)程中混合料的含水量會(huì)有所下降。為有效補(bǔ)充混合料水分，確保路面強(qiáng)度符合施工標(biāo)準(zhǔn)，路面碾壓過(guò)后應(yīng)及時(shí)灑水。

2.5 路面檢測(cè)

使用再生混合料鋪筑完路面后，需要加鋪上面層，運(yùn)用的是AC-13細(xì)粒式瀝青混凝土。路面修復(fù)結(jié)束時(shí)，需檢測(cè)路面外觀，并定期做好檢測(cè)，確保混合料緊密相連，提高路面的平整度與通行性。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著高速公路在役里程的不斷增加，有更多瀝青路面需要維修保養(yǎng)，因此，老舊路面修復(fù)技術(shù)已成為道路工程養(yǎng)護(hù)的研究熱點(diǎn)。泡沫瀝青冷再生技術(shù)屬于近年來(lái)新興的一項(xiàng)可再生路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)保效益。該文以某省道瀝青路面養(yǎng)護(hù)工程為案例，對(duì)其老舊瀝青路面進(jìn)行檢測(cè)，明確其級(jí)配與含水率，據(jù)此設(shè)定泡沫瀝青混合料級(jí)配。此外，通過(guò)分析該再生混合料的油石比，有效提升其力學(xué)性能，并針對(duì)具體的工程案例，提出關(guān)于施工隊(duì)伍、人員及作業(yè)流程要求的具體施工方案。當(dāng)前，學(xué)術(shù)界廣泛開(kāi)展了關(guān)于泡沫瀝青的各項(xiàng)研究，再生混合料的力學(xué)性能明顯提升，采用這一新型路面養(yǎng)護(hù)模式，不但養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低，而且低碳環(huán)保，必將得到廣泛的推廣應(yīng)用。

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