乳化瀝青冷再生技術(shù)研究與應(yīng)用

原永強

(太原市市政公共設(shè)施管理處，山西太原 030009)

0 引言

我國很多公路、市政道路路面結(jié)構(gòu)都是半剛性基層的薄層瀝青路面，這在二級公路中最為普遍。在進行路面維修時，若將薄層瀝青層加以回收則意義不大，在這種情況下將薄層瀝青面層連同下面的基層一起加以翻挖后，加入部分新的混合骨料和穩(wěn)定劑，在自然環(huán)境下利用冷再生拌和設(shè)備對舊瀝青路面進行再生，形成滿足路面強度等指標(biāo)要求的新型柔性路面基層?？蓮V泛應(yīng)用于舊路改造升級、高速公路大修工程，大幅度提高城市道路的整體質(zhì)量，充分發(fā)揮城市市政道路建設(shè)投資的效益。本文就乳化瀝青冷再生技術(shù)的研究及應(yīng)用進行闡述。

1 乳化瀝青冷再生技術(shù)

1)再生原理、優(yōu)勢。乳化瀝青具有不易燃燒、無毒、無臭、生產(chǎn)工藝簡單、便于冷施工、原料價廉易得等特點。另外乳化瀝青中瀝青微粒帶有電荷，與帶有相反電荷的骨料微粒能牢固吸附并能均勻地分布。乳化瀝青在常溫下呈液態(tài)，礦料不需反復(fù)加熱和持續(xù)加溫，既節(jié)省了燃料，也有效地防止了瀝青的高溫老化，改善了施工條件，減少了環(huán)境污染。

2)與泡沫瀝青再生對比情況見表1。

表1 乳化瀝青冷再生與泡沫瀝青再生對比情況表

2 乳化瀝青的應(yīng)用研究

乳化瀝青冷再生技術(shù)的核心問題是如何生產(chǎn)滿足路用要求的冷再生乳化瀝青，本文將從試驗分析的角度探討冷再生乳化瀝青的制備，乳化劑的選擇及用量的確定。

2.1 原材料

2.1.1 基質(zhì)瀝青

基質(zhì)瀝青是乳化瀝青的主要原料，也是冷再生混合料的最終膠結(jié)料。生產(chǎn)冷再生乳化瀝青用的基質(zhì)瀝青除了滿足路用要求外，還必須滿足乳化要求，因此在選擇基質(zhì)瀝青時，最好是選擇稠度較低且含蠟量較低的瀝青。本次冷再生選用韓國SK70A瀝青，具體指標(biāo)見表2。

表2 基質(zhì)瀝青指標(biāo)

2.1.2 乳化劑

乳化劑的選取依據(jù)和方法:冷再生乳化瀝青乳化劑選取的重要原則有兩個:

1)冷再生混合料的強度上升要先慢后快，先期慢是要保證攤鋪時碾壓密實，后期快是要保證下道工序能盡快進行;2)破乳速度要滿足施工要求，即冷再生混合料從拌和廠運出到施工現(xiàn)場攤鋪不能破乳，同時要求經(jīng)施工作業(yè)后混合料強度在最短的時間達(dá)到設(shè)計或使用要求。因此，綜合以上因素，破乳時間應(yīng)當(dāng)控制在4 h以上，以5 h為上界。

在長期的實踐過程中發(fā)現(xiàn)單一的乳化劑，乳化效果并不是太好。因而乳化時要添加其他物質(zhì)來協(xié)同乳化劑發(fā)揮應(yīng)有的效應(yīng)。乳化劑在乳化瀝青中占的比例很小，但其對乳化瀝青的生產(chǎn)、儲存及混合料的施工性能都有很大的影響。為了滿足冷再生混合料拌和、運輸及攤鋪的要求，同時滿足攤鋪結(jié)束后盡早獲得冷再生混合料強度的要求，在調(diào)配冷再生乳化瀝青前需要確定乳化劑的配比，表3，表4是配比試驗結(jié)果。

表3 乳化劑試驗比例

表4 各配方乳化瀝青指標(biāo)檢測

根據(jù)JTG F40-2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范的規(guī)定，試驗結(jié)果符合要求。接下來進行冷再生混合料的馬歇爾試驗，將乳化瀝青與銑刨料(合適的級配要求)及穩(wěn)定劑拌和得到冷再生混合料，放到塑料桶中密封。4 h后觀察冷再生混合料的顏色，顏色仍呈褐色說明乳化瀝青并未破乳;密封5 h后顏色已經(jīng)變成黑色，表明破乳。以上的結(jié)果符合我們對冷再生用乳化瀝青破乳時間控制的要求。再使用這些混合料進行馬歇爾試驗(要說明的是冷再生的集料級配及材料組成已事先作過設(shè)計，具體比例見表5)，檢驗不同配比下強度形成的時間快慢。

表5 試驗室冷再生混合料組成百分比

所作試件脫模后在室內(nèi)放置，分別在6 h，12 h，24 h，48 h，120 h，168 h的齡期下進行穩(wěn)定度試驗，試驗結(jié)果見表6，圖1。

表6 各配方冷再生瀝青混合料齡期與穩(wěn)定度對應(yīng)表

圖1 各配方乳化瀝青冷再生混合料穩(wěn)定度曲線

分析圖1可見LA的前后期強度增速均比較慢;LC的前期強度上升速率較快，后期強度增速較慢;LB的前期強度上升速率較慢，而后期強度增速較快。從施工及盡快開放交通兩大要素考慮，我們希望設(shè)計混合料的前期強度及增速較慢，以給其他工序更多時間;后期強度增速要快，以便混合料盡快開放交通。由此，LB的配比最符合要求，宜選用LB作為乳化劑比例。

2.2 離子類型

由于舊路面銑刨材料呈堿性，選擇陽離子乳化瀝青，為了保證對基質(zhì)瀝青的乳化效果，通常要將乳化劑水溶液pH值控制在1.6 ～1.8。

2.3 材料性質(zhì)

乳化瀝青中瀝青固含量62%，乳化時基質(zhì)瀝青溫度加熱為140℃，皂液(乳化劑水溶液)pH 值1.6～1.8，皂液溫度為40℃，冷再生乳化瀝青出口溫度60℃～80℃。

3 乳化瀝青冷再生混合料的配合比設(shè)計

本文以京滬高速公路冷再生段為例，采用GTM旋轉(zhuǎn)壓實試驗進行配比設(shè)計。

3.1 舊瀝青混合料的抽提篩分

采用離心分離法對舊瀝青混合料進行抽提試驗，并且對瀝青混合料抽提后的回收礦料進行篩分試驗，這樣就能得到舊集料的級配組成。抽提后瀝青混合料中的細(xì)料含量有所增多，進一步說明，舊瀝青抽提前混合料中的細(xì)料被瀝青和大塊團粒所裹覆。使用多年后，經(jīng)試驗分析該路面仍然含有較多的瀝青結(jié)合料。在項目中冷再生混合料為上基層，經(jīng)過分析決定將其級配調(diào)整為粗粒式，表7為JTG F41-2008公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范中規(guī)定的乳化瀝青冷再生混合料工程設(shè)計級配范圍。

表7 乳化瀝青冷再生混合料工程設(shè)計級配范圍

由表7可知，舊瀝青混合料篩分曲線基本落在規(guī)范規(guī)定基層級配范圍之外，因此如使用原路面的舊瀝青混合料就需要通過配合比設(shè)計對其進行摻配。同時原樣舊料中的粗料偏少，由篩分曲線可知，抽提瀝青后的細(xì)料含量已超出規(guī)范規(guī)定級配范圍，說明瀝青路面經(jīng)過車輛荷載的長期作用以及冷再生機械的銑刨之后，礦質(zhì)集料已經(jīng)被破碎細(xì)化。

3.2 新骨料

舊瀝青混合料的骨架已經(jīng)遭到破壞，為了更好地提高冷再生混合料的性能，需要摻加新的骨料進行調(diào)整。

3.3 乳化瀝青冷再生混合料的礦料級配

參照J(rèn)TG F41-2008公路瀝青路面冷再生技術(shù)規(guī)范通過計算分析，確定本工程的冷再生混合料設(shè)計摻配比例為:RAP(10 mm～30 mm)∶RAP(0 mm ～10 mm)∶新礦料∶礦粉∶水泥 =50∶30∶16∶2∶2。

3.4 乳化瀝青冷再生混合料目標(biāo)配合比確定

3.4.1 確定最佳含水量和最佳油石比

按照表7的混合料級配，采用旋轉(zhuǎn)壓實儀成型試件，控制總含水量為(3.7 ±0.3)%，試模直徑為 150 mm，壓實儀轉(zhuǎn)角 1.25%，壓頭壓力為600 kPa，旋轉(zhuǎn)50次后放入60℃ 鼓風(fēng)干燥箱中6 h再旋轉(zhuǎn)25次后立即脫模，放入60℃鼓風(fēng)干燥箱中養(yǎng)生48 h。然后等試件冷卻至室溫后進行劈裂強度、浸水劈裂強度等指標(biāo)的測試，結(jié)果見表8。

表8 各項指標(biāo)檢測結(jié)果

由表8可知，劈裂強度和浸水劈裂強度最大時所對應(yīng)的油石比均為3.0%，取油石比3.0%作為設(shè)計油石比，外加用水量為2.5%。在設(shè)計油石比下測得成型后試件濕密度為2.260 g/cm3。

3.4.2 乳化瀝青冷再生混合料性能檢驗

初期水穩(wěn)定性檢驗采用旋轉(zhuǎn)壓實儀成型試件，旋轉(zhuǎn)50次后60℃養(yǎng)生6 h，取出冷卻后進行劈裂試驗和浸水劈裂試驗，并進行初期強度檢驗，試驗結(jié)果見表9。

表9 劈裂試驗結(jié)果

高溫穩(wěn)定性檢驗采用車轍試驗，其動穩(wěn)定度為1 225次/mm，結(jié)果符合規(guī)定要求。

3.5 路用效果評價

京滬高速公路冷再生段自2008年維修以來，一直未進行任何形式的養(yǎng)護，現(xiàn)路面整體性能良好。這表明經(jīng)過乳化瀝青冷再生技術(shù)能夠有效處置瀝青路面裂縫、沉陷、坑槽、路面強度不足等病害。

4 結(jié)語

乳化瀝青冷再生技術(shù)目前在中國還處于起步階段，相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和設(shè)備也不夠完整和完善，但通過實踐的檢驗和證明，冷再生混合料具有良好的路用性能，相反隨著工藝的不斷成熟，乳化瀝青冷再生技術(shù)將被越來越多地應(yīng)用于高速公路、市政道路瀝青路面的改擴建工程中。

［1］侯昭光，應(yīng)榮華.就地冷再生技術(shù)應(yīng)用于城市道路的環(huán)保效應(yīng)［J］.養(yǎng)護機械＆施工技術(shù)，2010(3):62-65.

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