冷拌冷鋪瀝青混合料技術(shù)進(jìn)展

徐世法，黃玉穎，蔡碩果，李思童，李建民

1. 北京建筑大學(xué) 土木與交通工程學(xué)院，北京 100044

2. 北京特希達(dá)交通勘察設(shè)計(jì)有限公司，北京 100071

3. 北京市首都公路發(fā)展集團(tuán)有限公司，北京 100161

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境問題越來越受關(guān)注。冷拌冷鋪瀝青混合料是在常溫下進(jìn)行拌合與施工的新型瀝青混合料，不像熱拌及溫拌瀝青混合料那樣需要對礦料、瀝青進(jìn)行加熱和高溫?cái)備伳雺?，大大降低了燃料消耗和有害氣體的排放，因而成為了近年來業(yè)內(nèi)研究的熱點(diǎn)。目前，冷拌冷鋪瀝青混合料主要分為乳化型、溶劑型和泡沫型。

1 乳化型冷拌冷鋪瀝青混合料

乳化瀝青是由基質(zhì)瀝青、乳化劑和水組成的液態(tài)瀝青。乳化型瀝青混合料由乳化瀝青、添加劑和集料在常溫下拌合而成。乳化瀝青既可與廢舊瀝青混合料拌合形成乳化型冷再生瀝青混合料，又可與新礦料拌合形成乳化型冷拌冷鋪瀝青混合料[1-2]。

20世紀(jì)初，歐洲開始將陰離子乳化瀝青用于防水，并逐步推廣至道路建設(shè)。陽離子乳化瀝青于20世紀(jì)50年代末研制成功，相比陰離子乳化瀝青，它與集料具有更好的黏附性[3-5]。20世紀(jì)60年代，中國在《公路運(yùn)輸快報(bào)》中首次介紹了國外冷拌瀝青混合料技術(shù)。20世紀(jì)70年代，交通部組成了 “陽離子乳化瀝青及其路用性能研究”課題協(xié)作組，對陽離子型乳化劑的研制與生產(chǎn)、乳化工藝與乳液的配方、乳化機(jī)械與乳化車間的設(shè)置、陽離子乳化瀝青的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)方法、乳化型瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法、乳化瀝青筑路及養(yǎng)護(hù)施工技術(shù)等關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究[6]。

實(shí)體工程檢測

20世紀(jì)80年代，河北省滄州市公路局在交通量較大的保定—滄州公路干線河間公路站門口鋪筑了1 200 m2的乳化型冷再生瀝青混合料試驗(yàn)段。同時(shí)，在海興縣張皮莊—辛集三級公路辛集修配廠門前鋪筑了2 100 m2的乳化型廢舊瀝青混合料表面處治試驗(yàn)段。試驗(yàn)路經(jīng)過2年行車考驗(yàn)，路面平整堅(jiān)實(shí)，無推擠、油包，摩擦系數(shù)、紋理深度、滲透系數(shù)檢測結(jié)果合格，為舊瀝青路面冷再生機(jī)械化施工工藝提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

乳化瀝青

進(jìn)入21世紀(jì)后，對于乳化型冷拌冷鋪瀝青混合料研究主要集中在強(qiáng)度形成機(jī)理、性能評價(jià)、性能改善和施工工藝等方面。相關(guān)研究成果表明，乳化型瀝青混合料的強(qiáng)度隨著水分的蒸發(fā)而增大。添加水泥可改善乳化型瀝青混合料的強(qiáng)度、高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性，但不利于低溫抗裂性[7]。通常，推薦水泥用量為1.0%~1.5%。

沈陽建筑大學(xué)課題組對乳化型瀝青混合料的不同擊實(shí)方式進(jìn)行過研究，結(jié)果表明乳化型瀝青混合料需進(jìn)行二次擊實(shí)[8]。

北京建筑大學(xué)課題組通過對室外自然養(yǎng)生和室內(nèi)烘箱養(yǎng)生的乳化型瀝青混合料進(jìn)行路用性能（馬歇爾穩(wěn)定度、高溫抗車轍性能、低溫抗開裂性能以及抗水損壞性能）測試，結(jié)果表明，在室內(nèi)90 ℃養(yǎng)生24 h能較好地模擬室外自然養(yǎng)生，并將其推薦為室內(nèi)試驗(yàn)加速養(yǎng)生條件[9]。

2013年，北京建筑大學(xué)課題組開發(fā)了乳化型冷拌冷鋪瀝青混合料超薄磨耗層，并將其應(yīng)用于內(nèi)蒙古準(zhǔn)興重載高速公路。路用性能檢測結(jié)果表明，其各項(xiàng)性能指標(biāo)均能滿足熱拌改性瀝青混合料的技術(shù)要求，如表1所示。

2 溶劑型冷拌冷鋪瀝青混合料

溶劑瀝青是由基質(zhì)瀝青、溶劑以及添加劑組成的液態(tài)瀝青，它主要利用溶劑對瀝青各組分溶解能力的差異，選擇性地溶解其中一個(gè)或者多個(gè)組分，使黏稠瀝青在常溫或低溫下處于液態(tài)。溶劑型冷拌冷鋪瀝青混合料是由溶劑瀝青、礦料及添加劑在常溫下拌合形成的，主要用于坑槽修補(bǔ)，其強(qiáng)度隨著溶劑的揮發(fā)而增大[10]。

表1 乳化型冷拌冷鋪瀝青混合料

20世紀(jì)30年代，為滿足冬季瀝青路面修補(bǔ)的需要，蘇聯(lián)、英國、德國等發(fā)明了溶劑型可儲存式常溫瀝青混合料，用于路面快速修補(bǔ)[11]。通常使用的溶劑有煤油、粗汽油、汽油煤油餾分及其他液體石油加工產(chǎn)品。

20世紀(jì)末中國開始使用由進(jìn)口溶劑瀝青制備的溶劑型瀝青混合料，并應(yīng)用在道路修補(bǔ)中。長期的跟蹤觀測結(jié)果表明，在25 ℃的環(huán)境下，使用溶劑型瀝青混合料對破損道路進(jìn)行修復(fù)，使用效果良好[12]。

21世紀(jì)初，中國研制了多種溶劑型瀝青，其主要組成材料為基質(zhì)瀝青、有機(jī)溶劑、還原劑等，主要用于路面坑槽修補(bǔ)。

近年來，重慶交通大學(xué)課題組研發(fā)了一種應(yīng)用于農(nóng)村公路的溶劑型冷拌冷鋪瀝青混合料，并在重慶市榮昌縣東南方的四級公路面層中應(yīng)用。經(jīng)長期觀測發(fā)現(xiàn)，混合料強(qiáng)度隨時(shí)間延長而增大；在車輛的壓實(shí)作用下，混合料的空隙率逐漸降低，整體路用性能接近熱拌瀝青混合料[13]。

北京建筑大學(xué)課題組開發(fā)了溶劑型改性瀝青混合料，提出了室內(nèi)加速養(yǎng)生方法，并對其路用性能進(jìn)行了評價(jià)，結(jié)果表明，各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足熱拌改性瀝青混合料的技術(shù)要求，可應(yīng)用于路面面層[14]。2016年，京通快速路輔路使用AC-10溶劑型冷拌冷鋪瀝青混合料鋪筑了試驗(yàn)路，使用效果良好。課題組取樣后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測試，測試結(jié)果見表2。

拌合與成型狀態(tài)

表2 AC-10溶劑型冷拌冷鋪瀝青混合料測試結(jié)果

3 泡沫型冷拌冷鋪瀝青混合料

通過一些裝置在高溫瀝青中加入少量水會(huì)產(chǎn)生氣泡，從而使瀝青表面積增加，體積膨脹數(shù)倍至數(shù)十倍，這種膨脹成泡沫的瀝青稱為泡沫瀝青。泡沫瀝青使瀝青的黏度下降，從而更好地與集料裹附。泡沫瀝青的基本性質(zhì)主要受發(fā)泡用水量和瀝青溫度的影響，瀝青發(fā)泡特性的基本指標(biāo)是膨脹率和半衰期。

泡沫型冷拌冷鋪瀝青混合料是由泡沫瀝青、礦料及添加劑在常溫下拌合而成的。在泡沫型冷拌冷鋪瀝青混合料中加入適量水泥可提高其早期強(qiáng)度，此外含水量對混合料強(qiáng)度也有顯著影響，含水量越大強(qiáng)度越低。

1928年，第一個(gè)關(guān)于泡沫瀝青的專利技術(shù)在德國誕生。20世紀(jì)60年代，泡沫瀝青開始應(yīng)用于穩(wěn)定土基層；后來，泡沫瀝青也開始在溫拌瀝青混合料中應(yīng)用；目前，泡沫型冷拌冷鋪瀝青混合料技術(shù)主要應(yīng)用于廢舊瀝青混合料的冷再生。

廣西深汕西高速公路有限公司在深汕高速公路西段大修工程中使用泡沫瀝青廠拌冷再生技術(shù)鋪筑了厚度為20 cm的泡沫型瀝青冷再生基層，混合料性能檢測結(jié)果見表3。

4 結(jié)語

（1）冷拌冷鋪瀝青混合料的關(guān)鍵技術(shù)問題是瀝青與礦料的裹附性以及混合料的工作和易性、路用性能、施工便利性和經(jīng)濟(jì)性。

（2）冷拌冷鋪瀝青混合料在材料技術(shù)要求、配合比設(shè)計(jì)方法、性能評價(jià)、施工設(shè)備及工藝等方面缺少認(rèn)可度較高的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，亟需開展相關(guān)研究。

（3）乳化型冷拌冷鋪瀝青混合料具有較強(qiáng)的抗疲勞、抗開裂性能，其強(qiáng)度形成機(jī)理已較為明確；但其室內(nèi)養(yǎng)生方式和擊實(shí)方式還未在業(yè)內(nèi)形成共識，對其長期路用性能、生產(chǎn)與施工配套設(shè)備方面的研究較少，有待加強(qiáng)。

（4）對應(yīng)用于大規(guī)模攤鋪的溶劑型冷拌冷鋪瀝青混合料的研究還處于起步階段。對于溶劑瀝青中溶劑揮發(fā)所帶來的環(huán)境影響有待進(jìn)一步評估。開發(fā)少揮發(fā)或不揮發(fā)的反應(yīng)型溶劑瀝青是將來研究的重要方向。

（5）泡沫型冷拌冷鋪瀝青混合料成本低、制備工藝簡單、環(huán)保性突出，但如何提高泡沫瀝青混合料的路用性能是未來研究的重點(diǎn)。

表3 泡沫型瀝青冷再生混合料性能檢測結(jié)果

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