乳化瀝青冷再生混合料設計及其在公路改造工程中的應用

中圖分類號：U418 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）24-0057-04

Abstract：Takingahighwayreconstructionprojectasanexample，theapplicationofemulsifiedasphaltcoldrecycled mixturein theprojectwasexploredInthedesignof mixtures，focusonparameterssuchasmoisturecontent，cementandemulsifiedasphalt content.After test verification，it was determined that the optimal moisture content was 6.5% ，theoptimal emulsified asphalt content was 4% ，and the cement content was 2% . Quicklime was selected as the additive， and the content was 1% . The emulsified asphalt cold recycled mixtureaspreparedacordingtothebestmixratioandafterpavingandompaction，atestsectionwasselectedtomeasure its application efect. The results show that the porosity of the mixture in the test section is 9.3 % ，which meets the requirement of no more than 10% in the specification; the average density of the cold recycled mixture on the day after paving and compaction is 2.210g/cm³ and the average density on the next day has reached 2.223 g/em3，which shows a high degree of compaction.

Keywords：emulsifiedasphaltcoldrecycledmixture;highwayreconstructionproject；moisturecontent;coretakingdetection; application effect

中共中央、國務院印發的《交通強國建設綱要》，將“綠色交通廊道建設\"列為綠色發展的主要任務之一。為響應綠色公路建設號召，在老舊公路的改建、擴建中乳化瀝青冷再生混合料得到了廣泛應用。這種混合料以老舊公路的路面材料為基礎，在破碎后按照一定比例加入乳化瀝青、水泥、水等材料，在常溫下重新拌合后攤鋪、壓實，得到新的路面。乳化瀝青冷再生混合料的應用，不僅實現了公路工程的“綠色改造”，而且還能降低施工成本。為提升公路工程的改造質量，需要科學設計乳化瀝青冷再生混合料。

1工程概況

某公路全長 20.18km ，其中新建路段 5.65km ，利用老路改建路段 14.30km ，車道數4個，路基寬度 24.5m 行車道寬度 2×（2×3.75）m ，中央分隔帶寬度 2m ，設計行車速度 80kmh ，屬于一級公路。該項目以利用老路加寬為主，新老路拼接處采用開挖臺階、設置單向土工格柵、加強新路地基處理等措施，減少不均勻沉降和變形。搭接臺階向內傾斜 2%～4% ，寬度不小于 1.0m ，高度 80～ 120cm 基于“綠色公路\"建設要求，在改造中使用了乳化瀝青冷再生混合料。

2乳化瀝青冷再生混合料設計

2.1最佳含水率

含水率是決定乳化瀝青冷再生混合料和易性與抗壓強度等性能的一項重要指標。在乳化瀝青冷再生混合料中，水的作用主要體現在2個方面：其一，能夠讓乳化瀝青均勻黏附在集料表面，起到填充集料空隙的效果，從而讓混合料經過攤鋪、碾壓后具有更高的壓實度和抗壓強度；其二，可以為水泥水化提供水分，產生水化硅酸鈣等產物將集料牢固的黏結在一起，不僅讓混合料具有更強的可塑性、和易性，而且還能提高公路結構的耐久性。經驗表明，乳化瀝青冷再生混合料中水的比例偏高或偏低，都會對公路結構的強度產生不良影響，因此在設計階段確定混合料的最佳含水率至關重要。本文參考JTG3430—2020《公路土工試驗規程》中提供的無機結合料穩定土的擊實方法，設計試驗確定最佳含水率，保證乳化瀝青冷再生混合料有最大干密度。

試驗設計如下：設計7種不同含水率的再生料，分別為 5%.5.5%.6%.6.5%.7%.7.5% 和 8% ，并制作對應的7塊試件，采用重型擊實法進行試驗。分3層擊實，每層擊打98次，并通過公式計算出每種含水率下混合料的干密度 （P） ，公式如下

式中： W 為試件的含水率，單位為 ?%;M 為經過98次擊實后試件的質量，單位為 g;d 為圓柱形試件的截面直徑，單位為 cm;h 為圓柱形試件的高度，單位為 cm 。統計7個試件的干密度計算結果，并繪制“含水率-干密度\"關系曲線，如圖1所示。

圖1含水率-干密度的關系曲線

由圖1可知，隨著含水率的增加，試件的干密度呈現出變大后減小的變化趨勢。以 6.5% 為拐點，在含水率小于 6.5% 時，含水率越高，試件的干密度越大；在含水率超過 6.5% 后，繼續增加含水率，試件的干密度變小。因此，乳化瀝青冷再生混合料的最佳含水率為 6.5% 。

2.2 最佳乳化瀝青用量

乳化瀝青具有冷施工優勢，不需要進行加熱即可與集料拌合使用，從而避免了污染、減少了熱量消耗。因此在公路改造工程中，乳化瀝青的使用是實現“綠色公路的關鍵。在設計乳化瀝青冷再生混合料時，確定乳化瀝青的用量十分重要。如果用量偏少、比例偏低，會導致混合料的黏結力不足，后期容易出現路面松散脫粒等病害，縮短公路的壽命，增加公路的養護成本；相反，如果用量偏多、比例偏高，除了會增加施工成本，還會導致路面抗壓強度不足，容易出現車轍、坑槽等病害。因此，在本次公路改造工程中有必要對乳化瀝青冷再生混合料的乳化瀝青用量進行試驗，以確定最佳摻量。

試驗設計如下：選擇一大一小2個篩網，大篩網的孔徑為 16mm ，小篩網的孔徑為 2.4mm 將集料分別用2個篩網過篩，粒徑在 16mm 以上的屬于粗料，粒徑在2.4～16mm 的屬于中料，粒徑小于 2.4mm 的屬于細料。通過調整不同集料的比例，制作了3種級配。

級配1：粗料 35% 、中料 37% 、細料 22% ，礦粉 6% 。

級配2：粗料 42% 、中料 40% 、細料 12% ，礦粉 6% 。

級配3：粗料 27% 中料 31% 、細料 36% ，礦粉 6% 。

水泥摻量為 1.5% ，石灰摻量為 0.5% ，含水率設定為6.5% ，乳化瀝青摻量分別設定為 2%4% 和 6% 。根據乳化瀝青中水分含量的不同，依次添加 4.8%4.4% 和 4.0% 的水。根據以上比例制作再生混合料后，將混合料注入模具中制作試件。進行馬歇爾試驗，先雙面各擊實50次，然后將帶模試件裝入烘干箱中，設定溫度為 60^°C 、時間為48h ，處理完畢后取出再雙面擊實各25次，帶模冷卻至室溫后，脫模測量試件的 15^°C 劈裂強度。3種級配、不同乳化瀝青摻量下試件的 15°C 劈裂強度統計結果見表1。

表13種級配不同瀝青摻量的強度

由表1數據可知，乳化瀝青摻量對級配1（中級配）和級配2（粗級配）混合料的 15^°C 劈裂強度影響較為明顯，而對于級配3（細級配）混合料的影響較小。橫向對比可以發現，級配1和級配2在乳化瀝青摻量為 4% 時出現一個極值，而級配3在不同乳化瀝青摻量下沒有明顯極值。另外，本試驗中還觀察了脫模冷卻后的試件外貌，發現級配1因為沒有粗、細集料形成密實骨架，導致試件表面泛油情況較為明顯；級配2試件表面發白，級配3因為細料偏多表面更加光滑。綜上，將乳化瀝青冷再生混合料中乳化瀝青的最佳摻量確定為 4% 0

2.3水泥用量

在乳化瀝青冷再生混合料中，水泥主要作為再生結合料來使用，雖然它的用量較少，但是同樣對混合料的性能有重要影響。研究表明，加入水泥可以讓乳化瀝青更快破乳，并且提高混合料各組分之間的黏附性，從而使公路的整體強度得到加強。根據上述試驗將乳化瀝青的摻量確定為 4% ，同時根據表1數據可知在3種級配下，級配2乳化瀝青摻量為 4% 時試件的 15^°C 劈裂強度最大（0.413MPa， 。因此在水泥用量的確定試驗中，選擇級配2、乳化瀝青含量 4% 的混合料，將水泥用量作為唯一變量，探究水泥用量分別為 1%1.5%，2%，2.5%，3% 時試件的15^°C 劈裂強度。試驗結果表明，隨著水泥用量的增加，試件的 15^°C 劈裂強度也呈現出增大趨勢；但是超過 2% 后，繼續增加水泥用量，試件強度的增幅減緩。因此基于經濟性考慮，將乳化瀝青冷再生混合料中水泥的摻量確定為

2.4 添加劑的選用

雖然乳化瀝青冷再生混合料的性能主要取決于原材料，但是單純依靠乳化瀝青、水泥等原材料很難讓混合料的強度有明顯變化。考慮到該工程屬于一級公路，加上車流量較大，對混合料性能提出了嚴格要求。為滿足公路改造需要，使用添加劑進一步提升混合料性能。本工程中選用的添加劑為生石灰，作為道路工程中較為常見的膠結材料，利用生石灰與土質材料之間的相互作用來加強道路結構的強度。而乳化瀝青冷再生混合料中，生石灰既可以吸收大量水分，對提高乳化瀝青的膠結強度有一定幫助；同時又能在吸水以后釋放出大量的熱，加快了水泥的水化速度，提高了混合料的早期強度。為探究生石灰對混合料強度的影響，設計了一組對照試驗。乳化瀝青摻量4% 外加水 4.5% ，水泥摻量 1.5% ，一組不加石灰，一組加1% 石灰。制作試件，帶模養生7d，分別測定在低3、5、7d時試件的 15^°C 劈裂強度，統計結果見表2。

表2常溫養生3、5、7d劈裂強度值

由表2數據可知，相比于未加生石灰，加入 1% 生石灰后同齡期的試件強度有了不同程度的提升。養護7d時，加 1% 生石灰試件的劈裂強度達到了 0.57MPa ，比未加生石灰試件提升了 10.5% 。

3乳化瀝青冷再生混合料在公路改造工程中的應用

按照配合比制作乳化瀝青冷再生混合料后裝入攤鋪機中，在下承層清掃干凈并且噴灑透層油后，按照2.0～2.5m/min 的行駛速度進行攤鋪作業。同一路段應一次攤鋪完成，避免中途停頓。攤鋪完成后進行壓實，為提高壓實效果本工程中采取了初壓、復壓、終壓3遍碾壓工藝，在壓實度達標后繼續養護 7d 養護結束后噴灑黏層油，鋪筑上層瀝青層厚即可開放交通。

3.1 再生層溫度變化

添加劑生石灰的主要作用是通過水化放熱加速乳化瀝青破乳，為了驗證其效果，在公路再生層底部埋設了溫度傳感器。選取一處長度為 50m 的試驗路段，間隔 5m 埋置1個溫度傳感器，另外用溫度計測量空氣溫度。這里隨機選取2個傳感器，在某天11：30—17：00進行連續測溫，結果如圖2所示。

圖2再生層溫度變化

由圖2可知，再生層溫度明顯高于空氣溫度，在午后12：30時有最大溫差，傳感器1與環境溫度的差值達到了 5.1^qC 在空氣溫度下降以后，再生層的溫度仍然能維持較長時間。從整體上看，再生層溫度變化可分為3個階段： ① 乳化瀝青破乳階段（11：30—12：30），以生石灰放熱為主，混合料溫度迅速升高； ② 水泥水化階段（12：30—14：00），以水泥水化熱為主，混合料溫度緩慢升高；③ 穩定階段（14：00—17：00），結束放熱，溫度緩慢降低。由此可以驗證，加入生石灰確實能提高乳化瀝青冷再生混合料的早期強度。

3.2混合料抗壓強度

在公路改造施工中，從乳化瀝青冷再生混合料的拌合機中現場取料并制作試件，用烘干箱在 60% 溫度下處理 48h 鑒于施工現場不具備劈裂試驗條件，因此對試件進行無側限抗壓強度試驗，測定含水率與抗壓強度的關系，結果如圖3所示。

由圖3可知，經過高溫養生后，試件的無側限抗壓強度基本上維持在 3.5～4.0MPa， 。另外，在本次試驗中還測定了試件的孔隙率，試驗數據顯示平均孔隙率為9.3% ，符合規范中不超過 10% 的要求。

圖3現場取料抗壓強度與含水率關系

3.3壓實度檢測

在公路再生層施工結束后的當日和次日分別進行1次壓實度檢測。檢測方法采用“現場灌砂法”，從試驗路段隨機抽取3個取樣點，測定含水率與毛體積密度，結果見表3。

表3試驗路段現場灌砂測試結果

由表3數據可知，試驗路段第一天的含水率在5.67%～5.83% ，第二天的含水率在 5.62%～5.71% ，說明混合料的含水率有所下降。第一天的平均密度為 2.210g/cm³第二天的平均密度達到了 2.223g/cm³ ，對比可以發現，第二天試驗路段的壓實情況要好于第一天，分析其原因主要有二：其一與混合料含水率降低有關，其二則與施工技術熟練度提升有關。

4結論

乳化瀝青冷再生混合料一方面可以用原路面材料作為集料，減少環境污染、實現資源重復利用，符合綠色公路建設要求；另一方面還能降低公路的改造成本，兼顧了生態效益和經濟效益。為了提高公路工程的改造質量，必須要科學設計乳化瀝青冷再生混合料，除了確定含水率、水泥用量、乳化瀝青摻量等關鍵參數，還要使用生石灰等作為添加劑，進一步改善混合料的強度等性能，從而延長公路的使用壽命。

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