乳化瀝青廠拌冷再生技術(shù)在高速公路大中修中的應(yīng)用研究

韓慶奎，李泉，向思南，吳超凡，張繼森

（湖南云中再生科技股份有限公司，湖南 長沙 410000）

0 前言

潭邵高速起于京港澳高速殷家坳互通以東2 km，向西穿越湘潭、婁底、邵陽三市，止于隆回縣周旺鋪鎮(zhèn)，與邵懷高速對接，全長220.1 km，于2002年12月建成通車，已運營多年。為改善通行條件，提升道路服務(wù)水平，湖南省政府決定對潭邵高速公路進行大修，并將該項目納入2016年湖南省重點建設(shè)項目。該路段車流量大，重載車輛比例增多，路面結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重。

由于原路面整體結(jié)構(gòu)承載力偏低，面層龜網(wǎng)裂、松散病害嚴(yán)重。為節(jié)省材料的運輸、加工等成本，且使原路面能有效的重復(fù)利用，現(xiàn)對部分路段采取乳化瀝青廠拌冷再生技術(shù)用于面層與基層結(jié)構(gòu)的處理方案。乳化瀝青廠拌冷再生技術(shù)的項目實踐經(jīng)驗表現(xiàn)出其經(jīng)濟、環(huán)保、高效、穩(wěn)定等優(yōu)點，國內(nèi)目前在江西、安徽、北京、江蘇、上海、陜西、江蘇、河南等地已開始在高速公路上大規(guī)模應(yīng)用。而在國外，歐美、日本、前蘇聯(lián)等國家和地區(qū)自1973年石油危機爆發(fā)以來就開始發(fā)展再生技術(shù)，廠拌冷再生技術(shù)已相對純熟[1-4]。乳化瀝青冷再生技術(shù)其中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)在于乳化瀝青的試驗與生產(chǎn)。20世紀(jì)80年代，我國制定了乳化瀝青質(zhì)量技術(shù)要求，陽離子乳化瀝青得到了快速發(fā)展，并開始廣泛應(yīng)用于粘層、透層、表面處治、貫入、冷拌碎石和稀漿封層技術(shù)[1，5-6]。本文針對潭邵高速大中修項目，對乳化瀝青冷再生技術(shù)中乳化瀝青的試驗與生產(chǎn)進行了系統(tǒng)性的闡述，以期推進行業(yè)規(guī)范化及技術(shù)領(lǐng)域拓展。

1 原材料

1.1 基質(zhì)瀝青

基質(zhì)瀝青采用中石化金陵70#瀝青，所測性能指標(biāo)均符合JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的要求。

表1 中石化金陵70#瀝青的常規(guī)性能指標(biāo)

1.2 乳化劑、鹽酸、水

試驗中采用 TL、KZW、SBT、DRD、PN 共 5 種乳化劑；鹽酸為市場常見工業(yè)鹽酸；水為飲用水。

1.3 石料、水泥、礦粉

本試驗采用的新集料為棋梓橋9.5～19 mm、4.75～9.5 mm石灰石，其性能指標(biāo)見表2；水泥：雙峰海螺P·O42.5水泥，其性能指標(biāo)見表3，符合GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》的要求，摻量取1%，不參與級配合成；礦粉：親水系數(shù)0.4、含水率0.09%，塑性指數(shù)2.2%，密度2.786 g/cm3，符合JTG E42—2005《公路工程集料試驗規(guī)程》的要求，根據(jù)級配要求摻量為2%。

表2 粗集料的性能指標(biāo)

表3 水泥的性能指標(biāo)

1.4 混合料級配設(shè)計

根據(jù)JTG F41—2008《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》，乳化瀝青冷再生混合料設(shè)計的級配范圍如表4所示。

表4 乳化瀝青冷再生混合料設(shè)計（中粒式）級配范圍

2 乳化瀝青

2.1 乳化瀝青實驗室制備流程

（1）將90℃以上開水倒入膠體磨中循環(huán)預(yù)熱30 s左右，待皂液和瀝青準(zhǔn)備好后將水排空。

（2）將瀝青定量倒入坩堝（需考慮瀝青損耗），加熱至135～140℃。乳化劑、水、鹽酸按比例配制皂液，加溫至55～60℃。

（3）將皂液倒入膠體磨，開啟循環(huán)后均勻緩慢加入稱量好的瀝青（1 min左右），循環(huán)剪切30～60 s后（加完瀝青后計時），成品桶裝密封，待冷卻至室溫后檢測指標(biāo)。

實驗室制備乳化瀝青注意事項為：（1）乳化瀝青試驗室小樣每次生產(chǎn)1 kg，改性乳化瀝青每次生產(chǎn)0.5 kg；（2）乳化劑摻量和穩(wěn)定劑摻量均按占乳化瀝青質(zhì)量計；（3）更換配方，用新配方配制的皂液洗膠體磨后，方可繼續(xù)試驗；（4）試驗完成后，需用皂液和熱水沖洗膠體磨，并用毛巾覆蓋膠體磨進料口。

2.2 乳化瀝青選擇

參照J(rèn)TG F41—2008，乳化瀝青性能應(yīng)符合表5的要求。

表5 乳化瀝青的指標(biāo)要求

由表5可見，采用SBT與DRD乳化劑制備的乳化瀝青性能符合JTG F41—2008的質(zhì)量要求，對這2種乳化瀝青進行粒度分析，結(jié)果分別見圖1、圖2。

圖1 采用乳化劑SBT EA503乳化瀝青的粒度分析

圖2 采用乳化劑DRD 820乳化瀝青的粒度分析

由圖1、圖2分析可知，采用乳化劑SBT EA503乳化瀝青的模數(shù)粒徑SMD（峰值最高點對應(yīng)的粒徑）為1.34 μm、平均粒徑VMD為2.73 μm；采用乳化劑DRD 820乳化瀝青的模數(shù)粒徑SMD為7.23 μm、平均粒徑為16.34 μm。乳化瀝青平均粒徑越小，乳液分散越均勻，儲存穩(wěn)定性越好，儲存穩(wěn)定性數(shù)據(jù)（見表5）也印證了這一規(guī)律；同時乳化瀝青平均粒徑越小，瀝青分子比表面積越大，用量相對減少，經(jīng)濟性越好。JTG F41—2008暫未對乳化瀝青粒度分析作為一項必檢指標(biāo)，因此將乳化瀝青粒度分析試驗納入規(guī)范試驗尤為重要。本研究選用SBT EA503制備的乳化瀝青作為冷再生用乳化劑。

2.3 乳化瀝青生產(chǎn)工藝

通過生產(chǎn)過程監(jiān)測和實驗室試驗相結(jié)合的方式，確定最終乳化瀝青生產(chǎn)工藝：

（1）70#基質(zhì)瀝青溫度：135～140℃，皂液溫度：55～60℃；

（2）乳化劑按配方摻量為2.5%～3.0%（內(nèi)摻，占乳化瀝青質(zhì)量），其中冷再生乳化瀝青乳化劑摻量根據(jù)室外氣溫確定，30℃以下：摻量 2.5%；30～35℃：摻量 2.6%；35～40℃：摻量 2.7%～2.8%；40℃以上：摻量3.0%；

（3）需調(diào)酸時，皂液（乳化劑與水混合液體）的pH值控制在1～2左右（精密pH試紙變成淺紅色）；

（4）開機順序為：乳化機、皂液泵、瀝青泵，關(guān)機順序為：瀝青泵、皂液泵、乳化機。

乳化瀝青生產(chǎn)工藝注意事項為：（1）基質(zhì)瀝青與皂液的溫度不宜超過推薦溫度；（2）在配制皂液過程中，需對皂液進行攪拌；（3）在鹽酸添加過程中，控制添加速度隨時檢查pH值，并不停地對皂液進行攪拌；（4）控制好瀝青與皂液的流量，確保固含量滿足規(guī)范要求，生產(chǎn)完成后清洗管道；（5）成品乳化瀝青必須防止單獨罐中，不可與其它類乳化瀝青混合；（6）對成品罐中乳化瀝青定期攪拌（2次/d），盡量15 d內(nèi)用完。

3 冷再生乳化瀝青混合料試驗驗證

依據(jù)JTG F41—2008和《G60潭邵高速公路大修工程乳化瀝青廠拌冷再生施工技術(shù)指南》[7]，按設(shè)計的級配、最佳乳化瀝青用量、最佳含水量制作試件，進行空隙率、馬歇爾殘留穩(wěn)定度比、凍融劈裂強度比、車轍動穩(wěn)定度等試驗驗證。測試結(jié)果見表6，鉆芯取樣效果見圖3。

表6 驗證試驗測試結(jié)果

圖3 SBT EA503冷再生瀝青混合料鉆芯效果

經(jīng)冷再生乳化瀝青混合料相關(guān)試驗驗證，各項指標(biāo)均符合JTG F41—2008和項目要求指標(biāo)，且經(jīng)2～7 d養(yǎng)生期后對高速公路混合料成品Φ150 mm鉆芯取樣（見圖3）可見，芯樣完整、表觀密實，達(dá)到驗收標(biāo)準(zhǔn)（冷再生瀝青混合料總含水量小于2%或用Φ150 mm鉆頭可取出完整芯樣），由此驗證了乳化瀝青在質(zhì)量合格的基礎(chǔ)上，其混合料完全滿足高速公路的路用性能要求。

4 結(jié)論

（1）乳化瀝青冷再生技術(shù)其中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)在于乳化瀝青的試驗與生產(chǎn)，先對TL、KZW、SBT、DRD、PN共5種乳化劑制備的乳化瀝青進行測試，初選合格乳化劑為SBT和DRD。

（2）經(jīng)乳化瀝青粒度分析試驗發(fā)現(xiàn)，乳化瀝青平均粒徑越小，乳液分散越均勻，儲存穩(wěn)定性越好；乳化瀝青平均粒徑越小，瀝青分子比表面積越大，用量相對減少，經(jīng)濟性越好。JTG F41—2008暫未對乳化瀝青粒度分析作為一項必檢指標(biāo)，因此將乳化瀝青粒度分析試驗納入規(guī)范指標(biāo)試驗尤為重要。

（3）通過實驗室試驗和大生產(chǎn)過程監(jiān)測相結(jié)合的方式，確定了實驗室試驗機器90℃以上開水過磨30 s，135～140℃瀝青溫度、55～60℃皂液溫度過磨1 min左右的實驗室生產(chǎn)方案；以及大生產(chǎn)過程乳化瀝青各成分溫度控制，乳化劑隨室外溫度的摻量變化，調(diào)酸工藝和設(shè)備開關(guān)機順序等注意事項的大生產(chǎn)工藝。

（4）由冷再生乳化瀝青混合料相關(guān)試驗驗證，各項指標(biāo)均符合JTG F41—2008和項目要求指標(biāo)，且經(jīng)2～7 d養(yǎng)生期后對高速公路混合料成品Φ150 mm鉆芯取樣可見，芯樣完整、表觀密實，符合驗收標(biāo)準(zhǔn)。

[1] 拾方治，馬衛(wèi)民.瀝青路面再生技術(shù)手冊[M].人民交通出版社，2006.

[2] Murphy D，Emery J.Modified cold in-place recycling[C]//XIIIth World meeting of the International Road Federation，1997.

[3] Thomas T，Kadrmas A，Huffman J.Cold in-place recycling on US-283 in Kansas[J].Transportation Research Record Journal of the Transportation Research Board，2000（1）：53-56.

[4] 日本道路協(xié)會.日本路面廢料再生利用技術(shù)指南[M].北京：人民交通出版社，1990.

[5] 郭銀濤.高性能瀝青路面廠拌冷再生面層技術(shù)研究[D].南京：東南大學(xué)，2013.

[6] 虎增福.道路用乳化瀝青的生產(chǎn)與應(yīng)用[M].北京：人民交通出版社，2012.

[7] 湖南省交通科學(xué)研究院.G60潭邵高速公路大修工程乳化瀝青廠拌冷再生施工技術(shù)指南[R].2016.