乳化瀝青廠拌冷再生在寧高高速大修中的應(yīng)用

劉尚青

(青海省財(cái)政投資評審中心，青海西寧 810001)

0 引言

隨著公路建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，我國公路建設(shè)的重心也逐步由“建設(shè)為主”向“建養(yǎng)并重、養(yǎng)護(hù)為主”轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)的瀝青路面大修養(yǎng)護(hù)常用銑刨重鋪方案，造成了舊瀝青混合料的廢棄，造成了極大的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，影響了公路交通的可持續(xù)發(fā)展。廠拌冷再生技術(shù)作為再生技術(shù)的一種，具有舊料利用率高、再生料強(qiáng)度好、節(jié)能環(huán)保、再生方便等優(yōu)點(diǎn)，在我國的公路養(yǎng)護(hù)工程中得到了一定的應(yīng)用。根據(jù)膠結(jié)料的不同，可分乳化瀝青和泡沫瀝青廠拌冷再生兩種，其中乳化瀝青廠拌冷再生是目前我國應(yīng)用較為廣泛的再生技術(shù)。

本文依托寧高高速公路大修改造工程，從混合料強(qiáng)度形成機(jī)理、原材料控制、混合料設(shè)計(jì)、施工工藝等方面，系統(tǒng)研究乳化瀝青廠拌冷再生技術(shù)在工程中的應(yīng)用。

1 冷再生混合料強(qiáng)度機(jī)理

乳化瀝青在常溫下呈液態(tài)，并具有很好的流動性，可直接與集料進(jìn)行拌和攤鋪碾壓。其強(qiáng)度形成過程與熱拌瀝青混合料不同，乳化瀝青是由基質(zhì)瀝青、水以及穩(wěn)定劑形成的穩(wěn)定乳液，與集料拌和后，乳化瀝青與集料經(jīng)過裹附、破乳分解、水分蒸發(fā)等過程，并在壓實(shí)功作用下緊密粘結(jié)在一起形成強(qiáng)度。值得關(guān)注的是，在混合料成型初期，由于混合料中水分含量仍較高，此時混合料的強(qiáng)度主要來源于內(nèi)摩阻力，隨著車輛的不斷碾壓，水分的不斷蒸發(fā)，乳化瀝青破乳程度越來越高，瀝青微粒逐漸聚合成瀝青模，提高了集料之間的粘結(jié)性，同時混合料的密實(shí)度進(jìn)一步增加，強(qiáng)度也隨之提高，因此，乳化瀝青廠拌冷再生混合料的強(qiáng)度形成是比較長的過程。當(dāng)混合料中乳化瀝青完全破乳穩(wěn)定后，混合料與熱拌瀝青混合料具有同樣的路用性能。

2 混合料設(shè)計(jì)

2.1 原材料要求

乳化瀝青廠拌冷再生原材料包括RAP料、新集料、水泥、礦粉、乳化瀝青和水。

1)RAP料，為加強(qiáng)再生混合料的級配控制，將寧高高速公路瀝青路面銑刨料進(jìn)行篩分，分為0mm～9.5mm細(xì)銑刨料和9.5mm～26.5mm 粗銑刨料兩檔。

2)新集料，新添加集料粒徑為16mm～31.5mm。

3)水泥，采用普通硅酸鹽水泥 P.O42.5，其疏松、干燥、無聚團(tuán)、結(jié)塊。

4)礦粉，必須干燥、清潔，無團(tuán)塊，0.075篩孔通過率不小于75%，含水量小于1%。

5)乳化瀝青，乳化瀝青必須滿足表1中相關(guān)指標(biāo)的要求。

表1 乳化瀝青技術(shù)要求

2.2 級配組成

寧高高速大修工程中乳化瀝青廠拌冷再生混合料配合比為:粗銑刨料∶細(xì)銑刨料∶新集料∶水泥∶礦粉=28%∶47%∶20%∶2%∶3%，級配曲線見圖1。

圖1 乳化瀝青廠拌冷再生混合料級配

2.3 最佳含水量確定

根據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》中確定乳化瀝青冷再生混合料的最佳含水量的要求，初步擬定冷再生混合料乳化瀝青摻量為4.0%，按1%的間隔變化初始含水量，從3.0%到7.0%分別進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示，最大干密度對應(yīng)的含水量即為最佳含水量OWC，本工程中OWC=4.7%。

2.4 最佳乳化瀝青用量確定

在最佳含水量確定基礎(chǔ)上，以預(yù)估乳化瀝青用量為中值，按照0.5%的間隔變化乳化瀝青用量，結(jié)合孔隙率和劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果可確定設(shè)計(jì)級配對應(yīng)的最佳乳化瀝青含量為4.3%，如圖3和圖4所示。

圖2 擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

圖3 孔隙率試驗(yàn)結(jié)果

圖4 劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

2.5 單點(diǎn)性能驗(yàn)證

采用設(shè)計(jì)級配、最佳材料用量成型再生混合料試件，其孔隙率為9.8%，滿足孔隙率9%～14%要求，干劈裂強(qiáng)度1.17MPa，滿足不小于0MPa要求，凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果TSR=74.9%，滿足不小于70%要求，各項(xiàng)性能指標(biāo)能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

2.6 混合料配合比設(shè)計(jì)結(jié)果

根據(jù)以上分析，寧高高速公路大修工程中乳化瀝青廠拌冷再生混合料的配合比如表2所示。

表2 再生混合料配合比設(shè)計(jì)結(jié)果%

3 施工控制

廠拌冷再生混合料施工過程包括舊路面銑刨、銑刨料預(yù)處理、路面處治、混合料拌和、運(yùn)輸、攤鋪碾壓及養(yǎng)生等過程，其施工控制如下:

1)準(zhǔn)備工作。

基層病害處治后清掃銑刨面，攤鋪前噴灑乳化瀝青，用量為0.3 kg/m2～0.5 kg/m2。

2)RAP料預(yù)處理。

利用振動篩分機(jī)將RAP料分為0mm～9.5mm細(xì)銑刨料和9.5mm～26.5mm 粗銑刨料，分檔堆放。

3)拌和。

根據(jù)配合比設(shè)計(jì)要求時刻監(jiān)測拌和樓集料、乳化瀝青及水的比例，保證混合料攪拌均勻。

4)運(yùn)輸。

乳化瀝青冷再生瀝青混合料應(yīng)采取前、后、中裝料的方式，避免出現(xiàn)離析現(xiàn)象。為減少水分蒸發(fā)，需要對運(yùn)輸車上混合料采取覆蓋措施。

5)攤鋪碾壓。

攤鋪過程中控制攤鋪速度在3m/min左右，防止離析。碾壓組合采用2臺雙鋼輪壓路機(jī)，1臺單鋼輪壓路機(jī)和1臺輪胎壓路機(jī)，碾壓方案如表3所示。

表3 試鋪段碾壓方式

6)養(yǎng)生。

在加鋪上層結(jié)構(gòu)前必須進(jìn)行養(yǎng)生，養(yǎng)生時間不少于3 d，直至可取出完整芯樣或含水量低于2%。

4 經(jīng)濟(jì)分析

寧高高速大修工程中，采用乳化瀝青冷再生層替代下面層熱拌瀝青混合料SUP-25，厚度均為8cm。采用再生工程同期的當(dāng)?shù)貫r青混合料單價，SUP-25單價為1 100元/m3，乳化瀝青冷再生混合料單價以650元/m3估算。經(jīng)濟(jì)效益分析如表4所示。

表4 本項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益分析

乳化瀝青冷再生瀝青路面的價格相對傳統(tǒng)的熱拌瀝青路面具有明顯的價格優(yōu)勢，其價格較SUP-25低450元/m3，整個冷再生工程相比SUP-25節(jié)省成本為360萬元，降低成本約41%。

5 結(jié)語

1)乳化瀝青廠拌冷再生混合料強(qiáng)度隨著乳化瀝青的破乳、水分的蒸發(fā)，強(qiáng)度逐漸提高。

2)采用馬歇爾設(shè)計(jì)方法，通過擊實(shí)試驗(yàn)確定最佳含水量4.7%，以干濕劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)確定最佳乳化瀝青用量為4.3%，根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行性能驗(yàn)證，其滿足我國再生規(guī)范技術(shù)指標(biāo)要求。

3)提出乳化瀝青廠拌冷再生混合料施工過程控制要點(diǎn)。

4)乳化瀝青廠拌冷再生混合料用于下面層時，與普通瀝青Sup-25相比具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，推廣應(yīng)用前景廣闊。

［1］劉福明，高建華，孫紅燕，等.乳化瀝青冷再生技術(shù)在高速公路大修工程中的應(yīng)用［J］.中外公路，2009(6):20-21.

［2］丁武洋，劉 強(qiáng)，吳 旻.乳化瀝青廠拌冷再生混合料關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用［J］.中外公路，2012(5):32-33.

［3］吳超凡，曾夢瀾，鐘夢武，等.乳化瀝青冷再生混合料設(shè)計(jì)方法試驗(yàn)研究［J］.湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，5(8):35-36.

［4］吳超凡，曾夢瀾，趙明華，等.乳化瀝青冷再生混合料路用性能試驗(yàn)研究［J］.公路交通科技，2009，26(7):27-32.

［5］JTG F41—2008，公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范［S］.