泡沫瀝青就地冷再生在普通國省道公路中的應(yīng)用

嚴(yán)佳林 劉小滔 金發(fā)均 韓海紅 周代會

摘要 泡沫瀝青就地冷再生技術(shù)已廣泛應(yīng)用于公路建設(shè)領(lǐng)域，該技術(shù)能實現(xiàn)廢舊材料的循環(huán)利用，達(dá)到節(jié)約資源，減少環(huán)境污染的目的。文章結(jié)合某國道大修工程，將泡沫瀝青就地冷再生技術(shù)成功應(yīng)用于普通國道工程中，針對普通國省道的特點，從配合比設(shè)計和施工工藝入手，系統(tǒng)總結(jié)了泡沫瀝青就地冷再生技術(shù)在普通國省道中的施工方案，為類似工程提供一定的參考。

關(guān)鍵詞 泡沫瀝青；同步攤鋪；配合比設(shè)計；施工工藝

中圖分類號 U418.6文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）03-0038-04

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，公路建設(shè)里程不斷地增加，根據(jù)交通運輸部2022年交通運輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報，截至2022年底，我國公路里程達(dá)到5 354 800 km，其中，國道公路里程達(dá)到379 500 km，省道公路里程達(dá)到393 600 km。隨著公路建設(shè)里程的不斷增加，公路養(yǎng)護(hù)的任務(wù)也越來越重。傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)方式，主要以銑刨重鋪或者直接加鋪為主，導(dǎo)致大量的廢棄舊路材料需要集中堆放，污染環(huán)境，并造成資源浪費。2022年5月，交通運輸部“十四五”公路養(yǎng)護(hù)管理發(fā)展綱要中明確要求，“十四五”期間，交通行業(yè)發(fā)展目標(biāo)要求，高速公路、普通國省道瀝青路面材料循環(huán)利用率分別達(dá)到95%、80%以上。以“綠色、循環(huán)、低碳”為目標(biāo)的養(yǎng)護(hù)技術(shù)急需貫徹到養(yǎng)護(hù)的各個環(huán)節(jié)。泡沫瀝青冷再生技術(shù)是指通過專用的發(fā)泡設(shè)備，將瀝青進(jìn)行發(fā)泡，降低瀝青黏度，實現(xiàn)常溫拌和的目的。韓海紅[1]研究認(rèn)為泡沫瀝青能夠很好地平衡剛?cè)岫龋尤氩糠炙嗪笮阅芘c熱瀝青混凝土相當(dāng)，同時又可以實現(xiàn)廢舊材料利用，減少能源消耗，降低污染排放，實現(xiàn)交通的可持續(xù)發(fā)展。時杰[2]采用冷再生機(jī)和攤鋪機(jī)分體式的再生工藝，完成了就地冷再生施工。為研究泡沫瀝青在普通國省道山區(qū)公路中的應(yīng)用效果，該文以四川省某國道公路泡沫瀝青就地冷再生施工為例，從配合比設(shè)計和現(xiàn)場施工兩方面入手，總結(jié)了泡沫瀝青施工工藝，為類似工程施工提供一定的參考。

1 工程概況

該工程為二級公路，于2016年改建而成。泡沫瀝青就地冷再生試驗段為2 km，原路面結(jié)構(gòu)為3.5 cm細(xì)粒式改性瀝青混凝土AC-13C+4 cm中粒式瀝青混凝土AC-16C+18 cm水泥穩(wěn)定級配碎石基層+18 cm水泥穩(wěn)定級配碎石底基層+15 cm級配碎石墊層。2020年下半年進(jìn)行了功能性養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)方案為原路面銑刨1 cm后，加鋪3.5 cm普通瀝青混凝土AC-13C，該次養(yǎng)護(hù)后瀝青面層達(dá)到10 cm厚。該次養(yǎng)護(hù)采用全厚式冷再生施工工藝，再生10 cm瀝青混凝土面層和3 cm水泥穩(wěn)定碎石基層，再生厚度為13 cm，并加鋪5 cm普通瀝青混凝土AC-20C和4 cm改性瀝青混凝土AC-13C。

2 泡沫瀝青冷再生配合比設(shè)計

泡沫瀝青就地冷再生配合比設(shè)計階段主要目的是確定發(fā)泡瀝青、合成級配、初步泡沫瀝青用量以及驗證泡沫瀝青混合料性能。具體工作內(nèi)容為：①對原材料進(jìn)行檢驗，包括發(fā)泡瀝青性能、回收料的級配和性能等；②利用專用發(fā)泡設(shè)備，以膨脹率和半衰期作為指標(biāo)，確定發(fā)泡瀝青、發(fā)泡溫度和發(fā)泡用水量；③對銑刨料級配進(jìn)行驗證，必要時確定是否需要添加新集料；④對合成集料進(jìn)行擊實試驗，確定最佳含水量和最大干密度；⑤不同泡沫瀝青用量下，成型馬歇爾試件，利用劈裂強(qiáng)度和干濕強(qiáng)度比，確定最佳泡沫瀝青用量。該工程泡沫瀝青配合比設(shè)計結(jié)果見表1～2。

3 泡沫瀝青就地冷再生施工工藝

該工程采用同步攤鋪的就地冷再生技術(shù)，該技術(shù)是一種在對舊瀝青路面切削破碎的同時完成水、水泥、泡沫瀝青（或乳化瀝青）的添加與拌和，之后把滿足一定路用性能的冷再生混合料傳輸至攤鋪機(jī)料斗當(dāng)中，最終由攤鋪機(jī)重新把再生材料鋪筑于路面結(jié)構(gòu)中，并由壓路機(jī)完成壓實的先進(jìn)施工方案[3-4]。就地冷再生機(jī)采用維特根生產(chǎn)的W380CR就地冷再生機(jī)，詳見圖1。W380CR就地冷再生機(jī)工藝參數(shù)為基本工作寬度3.8 m，最大再生深度30 cm，發(fā)動機(jī)功率708 kW，最大工作效率800 t/h，建議再生機(jī)的工作速度控制在4～5 m/min。

具體施工流程如下：

3.1 施工前準(zhǔn)備

（1）原材料的準(zhǔn)備：泡沫瀝青就地冷再生施工前，應(yīng)結(jié)合配合比設(shè)計、市場情況等因素合理地確定原材料來源。特別是發(fā)泡用瀝青、水泥和新骨料的采購，原材料必須與配合比設(shè)計時采用的材料一致，若更換產(chǎn)地或廠家，需要重新開展配合比設(shè)計。原材料進(jìn)場前，應(yīng)全面檢查出廠檢測報告、合格證等相關(guān)資料，并同時按照要求開展必要的抽樣檢查，待原材料檢查合格后，方可進(jìn)場。

（2）原公路線形、路基寬度分析：W380CR就地冷再生機(jī)工作寬度為3.8 m，實際實施過程中，再生寬度多大于3.8 m，此時，施工前就需要對原路面進(jìn)行測量，掌握原有公路路面寬度情況，特別是對于二、三級公路，需考慮彎道加寬的情況。當(dāng)一次再生寬度超過3.8 m時，應(yīng)配備一臺與總再生寬度相匹配的銑刨機(jī)，負(fù)責(zé)把超寬部分進(jìn)行銑刨并把銑刨材料輸送至再生機(jī)的再生寬度范圍之內(nèi)，以便再生機(jī)能夠把所有材料進(jìn)行再生。當(dāng)用于山區(qū)公路時，還應(yīng)對山區(qū)公路平縱面線形進(jìn)行評價，分析出合理的施工方案。特別是存在連續(xù)長下坡路段時，為更好地控制冷再生機(jī)前進(jìn)速度，就地冷再生作業(yè)方式建議采用自下而上地作業(yè)的方式為主。以該工程為例，施工路段為連續(xù)下坡路段，平曲線半徑為60 m，平曲線占路線總長90%，最大縱坡7%，右幅全為下坡路段，左幅為上坡路段，分析認(rèn)為連續(xù)長下坡路段，對連續(xù)作業(yè)施工工藝要求更高，難以保證施工質(zhì)量，最終采用先施工左幅路段后，再周轉(zhuǎn)設(shè)備至起點，施工右幅段落，保證施工作業(yè)面為上坡作業(yè)的方式。

（3）原路面的檢測和調(diào)查：正式開工前，對原路面的檢測和處理是十分必要的。對于泡沫瀝青就地冷再生而言，再生前原路面需要有良好的整體狀況，路基沒有沉降，路面具有較好的承載能力。開工前，應(yīng)對全線進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)承載能力檢測和路況調(diào)查，待病害處治合格后方可實施。

（4）合理的保通方案：同步攤鋪的連續(xù)作業(yè)方式需要一個良好的施工環(huán)境，減少施工干擾，保證順利實施。在施工過程中，合理的保通方案是十分關(guān)鍵的。對于高等級公路而言，可采用半幅實施的方式。對于普通國省道公路而言，該類公路路面寬度窄，平縱線形指標(biāo)較差，難以做到半幅施工，故施工過程中應(yīng)采用合理的保通方案，建議以路網(wǎng)保通或區(qū)間保通為主。施工前期，應(yīng)通過媒體等發(fā)布通告，建議途經(jīng)此段的車輛盡量考慮其他通過方案，并提供較詳盡路線長度，路況及相關(guān)的信息。同時，應(yīng)設(shè)置完善的安全警示標(biāo)志牌，并配備值班人員，指揮交通。

3.2 就地冷再生機(jī)調(diào)試

就地冷再生機(jī)設(shè)備到場后，需對設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，確保再生設(shè)備保持一個最佳的工作狀態(tài)。調(diào)試合格后，需進(jìn)行試運行，確定銑刨速度、最佳含水量和再生料的最大干密度，有條件時，可對銑刨料進(jìn)行性能驗證。以該工程為例，考慮不同的銑刨速度，對銑刨料的級配有較大影響[5]。通常，泡沫瀝青就地冷再生機(jī)銑刨速度為4～6 m/min，故分別以4 m/min和6 m/min銑刨速度進(jìn)行級配驗證，試驗結(jié)果見表3～4、圖2。

由表3、表4、圖2可以看出，4 m/min銑刨速度下，再生料的級配更細(xì)，且合成級配能滿足規(guī)范要求，而6 m/min再生速度，級配偏粗，細(xì)集料含量偏少，故推薦再生速度為4 m/min。同時，考慮W380CR就地冷再生機(jī)采取下切工藝，切削后的材料有著很好的均勻性與穩(wěn)定性，該工程可不需要添加新材料。對合成集料級配進(jìn)行擊實試驗后，最佳含水量為5.3%，最大干密度為2.209 g/cm3。

3.3 水泥灑布

水泥灑布建議采用專用水泥灑布車進(jìn)行灑布，為保證水泥用量的準(zhǔn)確，不建議人工灑布。施工前應(yīng)進(jìn)行灑布車車速和灑布量的標(biāo)定。正式施工時，應(yīng)使用經(jīng)驗豐富的司機(jī)，并按標(biāo)定的速度和流量進(jìn)行水泥灑布，嚴(yán)禁隨意啟停，并按計算的工作量確定每天的灑布長度。

3.4 冷再生機(jī)銑刨與拌和

施工過程中，冷再生混合料的銑刨與拌和均在泡沫瀝青冷再生機(jī)內(nèi)完成。冷再生機(jī)推動瀝青車或水車前行的，與此同時添加泡沫瀝青、水，并進(jìn)行均勻拌和。冷再生機(jī)應(yīng)以設(shè)備調(diào)試時確定的速度前進(jìn)，保證級配波動范圍不大，每天施工過程中，應(yīng)對作業(yè)段進(jìn)行級配檢驗，第二天的前進(jìn)速度應(yīng)以前一天的檢測結(jié)果進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。施工過程中，應(yīng)隨時檢查再生深度和用水量，若再生深度不合理或用水量不準(zhǔn)確時，應(yīng)及時分析原因，對就地冷再生機(jī)進(jìn)行調(diào)試。

3.5 再生混合料攤鋪

泡沫瀝青冷再生混合料在再生機(jī)內(nèi)拌和后，輸送給后方的攤鋪機(jī)，這就需要攤鋪機(jī)與再生機(jī)協(xié)同作業(yè)。與熱拌瀝青混合料再生不同，冷再生施工前應(yīng)在攤鋪機(jī)料斗前方配備擋料板或安裝額外的接料裝置。攤鋪機(jī)施工過程中應(yīng)緩慢、均勻，連續(xù)不間斷地攤鋪，與泡沫瀝青冷再生機(jī)協(xié)同作業(yè)，不得隨意變換速度或中途停頓，當(dāng)發(fā)現(xiàn)再生混合料出現(xiàn)明顯的離析、裂縫、拖痕時，應(yīng)分析原因，予以消除。

3.6 再生混合料碾壓

泡沫瀝青再生混合料用水量對施工和易性差，混合料的壓實特性有較大影響，且再生混合料前期強(qiáng)度主要依靠水泥，故再生混合料碾壓工藝與水泥穩(wěn)定類材料相似。通常泡沫瀝青就地冷再生需配備單鋼輪壓路機(jī)、雙鋼輪振動壓路機(jī)和膠輪壓路機(jī)，具體的碾壓作業(yè)方式應(yīng)結(jié)合再生層厚、壓路機(jī)工作性能、現(xiàn)場條件等因素綜合考慮確定。考慮該工程再生層厚僅為13 cm，故配備的碾壓設(shè)備為20 t單鋼輪壓路機(jī)、13 t雙鋼輪振動壓路機(jī)和30 t膠輪壓路機(jī)。具體碾壓工藝如下：

（1）初壓：采用20 t單鋼輪壓路機(jī)壓實一遍，前進(jìn)方向為靜壓，后退采用弱振。

（2）復(fù)壓：采用13 t雙鋼輪振動壓路機(jī)弱振壓實兩遍。

（3）終壓：采用30 t膠輪壓路機(jī)壓實八遍。

通過最終檢測結(jié)果可知，該工程壓實度均大于98%，這說明該壓實工藝具有較好的壓實效果，檢測的15 ℃干劈裂強(qiáng)度均大于0.6 MPa，干濕劈裂強(qiáng)度比均大于80%。

3.7 養(yǎng)生

泡沫瀝青就地冷再生在壓實結(jié)束后應(yīng)進(jìn)入養(yǎng)生階段。

通常養(yǎng)生時間不應(yīng)少于48 h，不宜少于7 d。對于保通壓力較大的路段，為盡早開放交通，養(yǎng)生時間達(dá)到48 h以后，可進(jìn)行鉆芯檢測或含水量檢測，若采用Φ150 mm鉆頭取出的芯樣完整度較好或再生層含水量低于2%可開放交通[6]。

該工程在施工完第3 d后鉆芯取樣，芯樣整體性較好，芯樣密實，粗細(xì)集料分布均勻，見圖3。經(jīng)分析，可開展下一道工序。并對鉆取的芯樣進(jìn)行干濕劈裂試驗，干劈裂強(qiáng)度為0.644 MPa，大于要求的0.5 MPa，浸水劈裂強(qiáng)度為0.533 MPa，干濕劈裂強(qiáng)度比為82.8%，大于要求的80%。

4 結(jié)論

（1）該文結(jié)合泡沫瀝青就地冷再生技術(shù)在普通國省道中的應(yīng)用，對泡沫瀝青就地冷再生技術(shù)配合比設(shè)計和施工工藝進(jìn)行了探討，系統(tǒng)總結(jié)了配合比設(shè)計方法和施工工藝。

（2）泡沫瀝青就地冷再生技術(shù)在施工前，應(yīng)做好原有公路線形、路面寬度和路況的分析，制定合理的施工方案。對于同步攤鋪的連續(xù)作業(yè)方式，應(yīng)加強(qiáng)保通措施。

（3）泡沫瀝青就地冷再生設(shè)備調(diào)試合格后，應(yīng)進(jìn)行試運行，確定銑刨速度、最佳含水量和再生料的最大干密度，有條件時可進(jìn)行性能驗證。

參考文獻(xiàn)

[1]韓海紅. 泡沫瀝青冷再生混合料的路用價值分析[J]. 建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理， 2019（3）： 62-64.

[2]時杰. 新泗路泡沫瀝青就地冷再生應(yīng)用檢測與評價[J]. 交通世界， 2023（7）： 1-2.

[3]韓海紅， 林巖松， 石紅星. 基于同步攤鋪的就地冷再生技術(shù)分析[J]. 建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理， 2022（5）： 49-51+57.

[4]尉北蘭. 泡沫瀝青發(fā)泡效果評級及混合料性能研究[J]. 內(nèi)蒙古公路與運輸， 2022（6）： 5-8+27.

[5]王輝， 王大明， 陳一凡， 等. 銑刨速度對泡沫瀝青冷再生施工成本影響研究[J]. 公路工程， 2023（1）： 130-135.

[6]公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范： JTG/T 5521—2019[S]. 北京：中華人民共和國交通運輸部， 2019.