昌九高速瀝青路面乳化瀝青冷再生試驗與應(yīng)用

張　彩

(中交四公局 第二工程有限公司， 北京　100004)

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昌九高速瀝青路面乳化瀝青冷再生試驗與應(yīng)用

張彩

(中交四公局 第二工程有限公司， 北京100004)

摘要：以昌九高速K522～K543段瀝青路面結(jié)構(gòu)的大修工程作為依托，對瀝青路面的乳化瀝青冷再生作用機理進行了分析，確定了60%，70%，80%及100% 4種不同 RAP 摻量冷再生混合料最優(yōu)配合比，并提出了具體的碾壓施工工藝，結(jié)果表明，該試驗?zāi)軌驖M足規(guī)范所需的標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：高速公路； 瀝青路面； 冷再生； 乳化瀝青； 施工工藝

昌九高速是江西省境內(nèi)修建的第一條高速公路，經(jīng)過十幾年的運營公路破損嚴(yán)重，已經(jīng)進入了大修階段，傳統(tǒng)的瀝青路面養(yǎng)護技術(shù)產(chǎn)生的大量路面廢料容易造成資源的浪費和環(huán)境的破壞，而冷再生技術(shù)的應(yīng)用能夠解決這一工程難題[1]。因此，瀝青路面冷再生技術(shù)越來越得到人們的重視。

瀝青路面的冷再生技術(shù)在國外的研究開始比較早，而且技術(shù)較成熟，出版了一系列的規(guī)范[2]；國內(nèi)的瀝青冷再生技術(shù)研究相對較晚，在高等級公路面層的應(yīng)用還未能形成一套成熟的體系。冷再生技術(shù)包括乳化瀝青和泡沫瀝青兩種，由于乳化瀝青可以重復(fù)利用廢舊材料，施工簡便，且對環(huán)境無污染，在瀝青冷再生的應(yīng)用中相對較為廣泛[3-5]。因此，本文結(jié)合昌九高速公路的大修工程，對瀝青路面的冷再生技術(shù)進行了深入的研究，對其配合比進行優(yōu)化設(shè)計，并根據(jù)瀝青混合料的施工要求，完善施工工藝。

1乳化瀝青冷再生機理分析

瀝青在通常情況下處于一種粘稠的狀態(tài)，性質(zhì)比較穩(wěn)定，不具有工作性能，但是對其進行加熱，并摻入適當(dāng)?shù)娜榛瘎湍茉跈C械作用下生成一種穩(wěn)定的乳液，這種乳液能將瀝青微粒分散在水溶液中，稱之為乳化瀝青。乳化瀝青材料在破乳后具有很強的膠結(jié)力，因此，可以利用該材料用于瀝青混合料的冷再生工作，乳化瀝青的關(guān)鍵技術(shù)在瀝青的破乳過程[6-8]，如圖1所示，如果過早破乳，乳化瀝青不能充分裹覆瀝青混合料，則容易導(dǎo)致攤鋪和碾壓出現(xiàn)各種問題，需要根據(jù)瀝青路面實際的情況選擇合適的乳化劑及其配比。另外，乳化瀝青的反應(yīng)時間也很關(guān)鍵，時間越長，膠結(jié)力越大，但受施工工期與臨時通車的需求，對于大修后的瀝青路面通常需要具有一定的初期凝聚強度。

圖1　乳化瀝青冷再生混合料結(jié)構(gòu)示意圖

乳化瀝青冷再生混合料的強度來源主要有兩方面：一方面是內(nèi)聚力，另一方面是內(nèi)摩擦力，前者是通過瀝青本身與集料之間的粘附力，后者是通過集料之間的相互擠壓摩擦產(chǎn)生的作用力，兩者在混合料的不同階段發(fā)揮的作用不同。

在混合料強度形成的初期階段，由于乳化瀝青還未破乳，粘結(jié)力不夠，瀝青混合料之間強度主要通過集料本身的強度和集料之間的摩擦力構(gòu)成，因而乳化瀝青冷再生混合料初期強度較低，需通過添加水泥或者其它材料來提高其初期的強度。經(jīng)過一段時間的養(yǎng)護和荷載碾壓后，混合料的密實度逐漸提高，水分蒸發(fā)完全，集料之間的內(nèi)聚力逐漸增大，養(yǎng)生結(jié)束后，瀝青混合料的強度逐步提高，能夠滿足規(guī)范中高速公路瀝青路面所需的各項要求。

2路面修復(fù)方案的選擇

通過對昌九高速公路K522～K543段的路面信息調(diào)查和病害分析，總結(jié)路面發(fā)生病害的原因，并對路面基層和面層的結(jié)構(gòu)組成進行分析，對路面的基本狀況進行相應(yīng)的評價，做出相應(yīng)的處理，基本的處理程序如圖2所示。

圖2　路面修復(fù)程序

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，昌九高速公路K522～K543段路面出現(xiàn)了大量的病害，比如路基沉陷，路面橫縫、車轍等，局部位置面層較薄，病害多種多樣且無規(guī)律，傳統(tǒng)的修復(fù)方法容易導(dǎo)致資源的浪費，造

成環(huán)境的無人，而采用冷再生技術(shù)不僅能有效的治理病害，而且能夠利用路基舊料，降低成本，而且對交通的影響也相對較小，通過比較考慮，選擇乳化瀝青冷再生技術(shù)對瀝青路面結(jié)構(gòu)進行修復(fù)。

本文所研究的乳化瀝青冷再生混合料主要由清理后的幾種材料組成，如圖3所示：主要包括瀝青混合料，乳化瀝青，水泥，水4種材料，利用水泥砂漿填充空隙，舊路材料形成骨架，乳化瀝青包裹瀝青混合料，形成一種新的復(fù)合材料。

圖3　乳化瀝青冷再生混合料

3乳化瀝青冷再生配合比設(shè)計

3.1確定級配

乳化瀝青冷再生設(shè)計級配的依據(jù)是滿足規(guī)范對路面的各種要求[9-11]，為最大限度利用舊料，各舊料的利用根據(jù)原有銑刨料的組成進行選擇。為減少試驗誤差，保證瀝青再生混合料的級配組成基本相同，對其配合比進行設(shè)計，為方便描述，將4種不同瀝青混合料的摻量比例60%、70%、80%、100%簡稱為RAP60、RAP70、RAP80及RAP100，首先將瀝青混合料進行篩分，根據(jù)篩分的結(jié)果進行添加所缺少的粗細(xì)集料，滿足不同摻量比例和AC-20對級配的要求，級配的組成如表1所示。

3.2確定最優(yōu)含水量

瀝青混合料都采用普通硅酸鹽 P·O42.5 水泥，其摻量采用2.0%，乳化瀝青的摻量采用6.45%，瀝青冷再生混合料擊實試驗的結(jié)果見表2及圖4所示。

表1 瀝青冷再生混合料級配組成篩孔/mm篩分通過率/%RAP摻量比例AC-20RAP100RAP80RAP70RAP60上限下限中值26.51001001001001001001001998.495.994.193.2100929613.295.186.184.582.28771799.584.274.172.169.38262724.7556.248.246.447.16634502.3626.328.129.232.25123370.33.77.59.513.2224130.0751.43.34.15.7825

表2 不同舊料摻量混合料擊實試驗結(jié)果舊料摻量干密度/(g·cm-3)含水率/%RAP1001.9121.9431.9371.9331.91245678RAP801.9641.9661.9731.9751.96445678RAP701.9851.9881.9941.9931.98845678RAP602.0062.0172.0222.0131.99856789

圖4　不同RAP摻量的擊實試驗結(jié)果圖

根據(jù)圖4中曲線可找出最大干密度-最優(yōu)含水率的關(guān)鍵點，如表3所示。

表3 不同RAP摻量最大干密度-最優(yōu)含水率摻量最優(yōu)含水率/%最大干密度/(g·cm-3)RAP1006.11.960RAP806.41.975RAP706.61.998RAP606.92.019

3.3確定最優(yōu)的乳化瀝青用量

乳化瀝青的摻量對瀝青混合料冷再生的試驗結(jié)果十分重要，按照規(guī)范的要求制作相應(yīng)的試件，并進行了干、濕劈裂試驗，繪制了劈裂強度比與乳化瀝青用量之間的關(guān)系圖，如表4和圖5所示。

表4 不同乳化瀝青用量劈裂試驗結(jié)果乳化瀝青/%RAP100劈裂強度RAP80劈裂強度RAP70劈裂強度RAP60劈裂強度濕/MPa干/MPa比/%濕/MPa干/MPa比/%濕/MPa干/MPa比/%濕/MPa干/MPa比/%50.210.2680.70.400.4785.160.250.2889.30.470.5388.60.450.5286.50.600.6690.970.310.3393.90.570.6291.90.560.6388.80.680.7393.180.260.3281.20.450.5286.50.620.6595.40.760.8095.090.240.2982.70.380.4879.10.530.5989.80.690.7493.2100.470.5487.00.600.7085.7

圖5　不同RAP干濕劈裂強度比

根據(jù)RAP不同摻量的劈裂試驗結(jié)果，結(jié)合相關(guān)的經(jīng)驗，就可以確定乳化瀝青的最優(yōu)用量，然后根據(jù)試驗的配比，就是RAP的摻量，確定最終的瀝青用量，如表5和圖6所示。

表5 不同舊料摻量的最優(yōu)乳化瀝青用量和總瀝青用量舊料摻量最優(yōu)乳化瀝青用量/%總瀝青含量/%RAP608.106.25RAP707.906.52RAP807.206.92RAP1006.707.54

圖6　最優(yōu)乳化瀝青用量與舊料摻量的關(guān)系

由表5及圖6可以看出，隨著瀝青混合料摻量的增加，乳化瀝青的用量逐漸增大，再生混合料瀝青總量逐漸減小，且瀝青含量與瀝青混合料的摻量有近似線性關(guān)系。

4施工工藝

乳化瀝青冷再生的施工工藝與傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料存在較大的差異，它生產(chǎn)過程無需熱加工設(shè)備和工藝，可以大大的降低生產(chǎn)能耗，我國目前對冷再生的施工工藝僅進行了一些概述性的要求[12]，相關(guān)的機械和實踐經(jīng)驗還不是很成熟。因此，對乳化瀝青冷再生的施工工藝進行總結(jié)歸納，是推廣該技術(shù)的重點，施工工藝的關(guān)鍵步驟主要有以下幾個部分。

4.1拌合

采用工廠冷再生的瀝青混合料施工工藝需要構(gòu)建一個計量精度較高的拌合廠，如圖7所示。對冷再生材料的配合比、拌合時間等關(guān)鍵參數(shù)進行控制，拌合后直接運輸?shù)浆F(xiàn)場，不允許儲存。

圖7　工廠乳化瀝青冷再生拌合設(shè)備

4.2運輸

乳化瀝青冷再生混合料的運輸應(yīng)采用大型車輛進行運輸，在運輸?shù)倪^程中要對瀝青混合料進行相應(yīng)的保護處理，以防提前破乳，保證有足夠的時間使混合料到達(dá)施工現(xiàn)場，若發(fā)生提前破乳則應(yīng)該廢棄掉，不能重復(fù)使用。

4.3攤鋪

在乳化瀝青冷再生的攤鋪施工工藝過程中，可以采用常用的瀝青攤鋪機，攤鋪過程應(yīng)該根據(jù)實際情況進行處理，速度均勻、緩慢，攤鋪的路面基層不應(yīng)該有雜物或者水槽，要控制每一層的攤鋪厚度，根據(jù)設(shè)計的參數(shù)進行處理，特殊天氣如雨天、低溫情況下也不宜進行攤鋪工作。

4.4碾壓

碾壓應(yīng)在攤鋪完成30 min內(nèi)開始碾壓，碾壓過程中可以采用鋼輪壓路機和輪胎壓路機，碾壓的方式和次數(shù)根據(jù)混合料的性能、厚度、壓路機型號以及所處的環(huán)境而定，如圖8所示。壓實的厚度一般不宜大于16 cm，也不易小于6 cm，當(dāng)瀝青混合料出現(xiàn)裂縫或者推移時，應(yīng)改變碾壓方式，壓路機禁止在剛完成碾壓的路段掉頭、急剎或停放。

圖8　冷再生混合料碾壓示意圖

4.5養(yǎng)生

乳化瀝青冷再生混合料在經(jīng)過一系列的拌合、攤鋪與碾壓過程后，就基本成型，產(chǎn)生了一定的強度，然后需要對其進行養(yǎng)生，以保證混合料最終的強度形成，通常情況下，養(yǎng)生的時間控制在2～3 d，養(yǎng)生結(jié)束后就可以開發(fā)交通。

4.6開放交通

攤鋪完后的路面在未達(dá)到規(guī)范要求的強度前不允許任何車輛進入，但需要將路面的松散顆粒清掃干凈，以免影響行車的安全。

5結(jié)論

本文是在結(jié)合昌九高速公路路面大修工程的現(xiàn)場冷再生試驗進行研究，對不同RAP摻量的材料性能進行了對比研究，得到的研究結(jié)論如下：

1) 對乳化瀝青冷再生的作用機理進行了深入的探討，并對材料強度的來源及過程進行了分析。

2) 確定了60%，70%，80%以及100% 4種不同瀝青混合料摻量冷再生混合料最優(yōu)配合比，并根據(jù)試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)瀝青的含量與瀝青混合料的摻量存在著近似的直線關(guān)系。

3) 通過對瀝青面層冷再生施工工藝的研究，提出了具體的施工工藝。

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文章編號：1008-844X(2016)02-0049-04

收稿日期:2016-02-02

作者簡介:張彩( 1980-) ，男，工程師，從事公路與橋梁施工工作。

中圖分類號：U 416.217

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B