乳化瀝青廠拌冷再生技術(shù)在羅寧高速公路的應(yīng)用研究

■劉林榮

(福建省高速公路養(yǎng)護(hù)工程有限公司，福州 350001)

1 乳化瀝青廠拌冷再生技術(shù)概況

乳化瀝青廠拌冷再生是將舊瀝青路面銑刨后運(yùn)至拌和廠，通過破碎、篩分，再根據(jù)舊料中瀝青含量、瀝青老化程度、集料級(jí)配等指標(biāo)，摻入一定數(shù)量的新集料、乳化瀝青、水泥、水、再生劑等，經(jīng)特種拌和設(shè)備進(jìn)行常溫拌和，由常規(guī)攤鋪機(jī)按一定工藝常溫鋪筑，形成路面結(jié)構(gòu)層的一種再生技術(shù)。廠拌乳化瀝青冷再生是對瀝青舊料全面裹附的柔性類再生技術(shù)，同時(shí)也是一種能夠?qū)崿F(xiàn)100%瀝青舊料再生的低碳環(huán)保的再生方式；適用于高速公路、干線公路、市政道路重載交通瀝青路面老路翻新、大修或改擴(kuò)建項(xiàng)目。

圖1 廠拌冷再生關(guān)鍵配套技術(shù)工藝

2 應(yīng)用項(xiàng)目概況及養(yǎng)護(hù)方案的選擇

2.1 養(yǎng)護(hù)歷史

羅寧高速至通車以來進(jìn)行過多次養(yǎng)護(hù)維修，主要維修措施均為路面日常中修處置。2008年、2009年、2013年、2014年、2015年均對局部路段實(shí)施過4～20cm不等的銑刨重鋪；2004年、2005年、2010年對局部路段進(jìn)行過加鋪4cmAC16-C瀝青混凝土罩面。

2.2 路面現(xiàn)狀

圖2 羅寧高速2002年～2015年養(yǎng)護(hù)歷史

羅寧高速下行主車道路面使用性能指數(shù)PQI均值88.92，處于良的水平；下行超車道路面使用性能指數(shù)PQI均值92.34，處于優(yōu)的水平，超車道PQI高于主車道PQI。羅寧高速路面損壞狀況指數(shù)PCI按1公里為評定單元對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，下行主車道損壞狀況指數(shù)PCI均值89.81，處于良的水平；下行超車道損壞狀況指數(shù)PCI均值為94.46，處于優(yōu)的水平。主車道較超車道路面損壞狀況更為嚴(yán)重。

羅寧高速路面病害較多，部分路段基層強(qiáng)度不足，路面典型病害主要為裂縫(網(wǎng)裂、龜裂、塊、縱、橫裂縫)、塊狀修補(bǔ)、坑槽、車轍、唧漿等，整體路況為主車道的病害比超車道嚴(yán)重，病害類型參見圖3與圖4。

圖3 下行主車道病害比例

圖4 下行超車道病害比例

羅寧高速主導(dǎo)病害為塊狀修補(bǔ)，其中下行塊狀修補(bǔ)折合破損面積為1599.34m2，占路面面積比例為1.385%；其次為橫向裂縫和條狀修補(bǔ)類病害，該兩類病害折合破損面積占總路面面積的0.342%；其余病害較少。通過對路面修補(bǔ)、裂縫較為嚴(yán)重的段落取芯、開槽后分析：橫向單條裂縫、縱橫交錯(cuò)裂縫，大多由上面層一直貫穿下面層直至基層，越往基層，裂縫越??；龜裂嚴(yán)重路段對路面結(jié)構(gòu)層逐層開槽后發(fā)現(xiàn)，罩面層存在局部修補(bǔ)，修補(bǔ)處龜裂松散嚴(yán)重，水穩(wěn)層表面可見貫穿式裂縫，水穩(wěn)層整體性差，表面潮濕已呈松散狀態(tài)。經(jīng)過以上分析，最終確定對福建省羅寧高速公路路面下行K2002～K2017路段進(jìn)行維修。

2.3 原路面材料性能試驗(yàn)

通過對羅寧高速現(xiàn)場取芯試件進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)分析，主要指標(biāo)有回收瀝青的軟化點(diǎn)、延度、針入度、動(dòng)力粘度；芯樣的劈裂強(qiáng)度、毛體積密度、油石比、瀝青含量以及級(jí)配組成。

表1 銑刨料回收瀝青指標(biāo)

回收瀝青軟化點(diǎn)：罩面層介于68.1℃至67.4℃之間，上面層介于62.2℃至61.5℃，罩面層軟化點(diǎn)要高于上面層。延度：罩面層5℃延度均值為0.1cm，上面層5℃延度均值為4.7cm。針入度：介于27.2(0.1mm)至 32.8(0.1mm)。動(dòng)力粘度：罩面層的動(dòng)力粘度為2888.8Pa·s，上面層的動(dòng)力粘度為2730.8Pa·s。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可分析，羅寧高速總體表現(xiàn)瀝青老化較為嚴(yán)重。

表2 芯樣劈裂強(qiáng)度指標(biāo)

通過對各層面進(jìn)行劈裂強(qiáng)度測定，罩面層劈裂強(qiáng)度平均值為0.94MPa，上面層劈裂強(qiáng)度平均值為0.84MPa，中面層劈裂強(qiáng)度平均值為0.79MPa，下面層劈裂強(qiáng)度平均值為0.80MPa。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，各層劈裂強(qiáng)度均值較小。

2.4 養(yǎng)護(hù)方案選擇

羅寧高速自2000年通車以來，實(shí)施了多次加鋪罩面及銑刨重鋪等中修養(yǎng)護(hù)措施，但從未進(jìn)行過大修工程，路面病害頻繁出現(xiàn)，路面技術(shù)狀況逐年下降。路面舊材料的檢測各指標(biāo)雖下滑嚴(yán)重，但足以滿足路面再生要求，為貫徹國家資源循環(huán)利用的可持續(xù)方針，做到最大限度利用銑刨舊料減少環(huán)境污染，本次養(yǎng)護(hù)方案確定為上中面層采用AC型混合料，下面層及上基層采用乳化瀝青廠拌冷再生回鋪方案。

3 乳化瀝青廠拌冷再生技術(shù)的應(yīng)用

3.1 配合比設(shè)計(jì)

乳化瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)包括原材料分析、配合比(乳化瀝青及水、水泥用量)設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)配合比檢驗(yàn)三項(xiàng)內(nèi)容。

3.1.1 舊路面材料(RAP)

舊瀝青路面材料(RAP)按照路面不同結(jié)構(gòu)層進(jìn)行分層銑刨并回收。銑刨過程中嚴(yán)格控制銑刨機(jī)刀頭冷卻用水量及銑刨速度，以達(dá)到控制銑刨料的含水量及最大粒徑的要求。對于最大粒徑大于31.5mm銑刨舊料應(yīng)加以破碎，同時(shí)銑刨舊料的含水量應(yīng)控制在3.0%以下。采用隨機(jī)取樣的方法，取具有足夠用量的銑刨料，并低溫烘干確定含水量。然后按照不少于兩檔進(jìn)行篩分，確定各檔級(jí)配組成，并對各檔銑刨料進(jìn)行瀝青抽提，分析得出銑刨料抽提后的級(jí)配及瀝青含量。

3.1.2 乳化瀝青

根據(jù)銑刨料分析結(jié)果所確定的級(jí)配組成，按照規(guī)范要求對乳化瀝青冷再生混合料進(jìn)行初步級(jí)配合成，通過室內(nèi)裹覆試驗(yàn)和早期強(qiáng)度試驗(yàn)進(jìn)行配伍性設(shè)計(jì)，選擇拌合均勻、裹覆狀態(tài)好、慢裂、陽離子乳化瀝青配方用于配合比設(shè)計(jì)。乳化瀝青冷再生所用的乳化瀝青指標(biāo)需滿足下表要求。

3.1.3 再生混合料配合比

根據(jù)初選的乳化瀝青配方采用馬歇爾擊實(shí)或旋轉(zhuǎn)壓實(shí)的方法在室內(nèi)成型試件，在滿足性能指標(biāo)的前提下最終確定最佳乳化瀝青用量、最佳含水率以及水泥摻量。

3.1.3.1 最佳含水量(OWC)

首先初步假定特種乳化瀝青用量和水泥 (如特種乳化瀝青用量4%，水泥用量2%)，試驗(yàn)過程中保持特種乳化瀝青用量不變，從而確定再生混合料中的最佳含水量。再按照《公路工程無機(jī)結(jié)合穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E51)中的重型擊實(shí)試驗(yàn)(T0804-94)方法(丙法)，通過選取5個(gè)不同含水量的擊實(shí)試驗(yàn)獲得再生混合料干密度隨含水量變化曲線，求得最大干密度時(shí)的含水量，即為再生混合料的最佳含水量(OWC)。

3.1.3.2 水硬膠結(jié)料類型及用量

選擇普通硅酸鹽緩凝水泥作為膠結(jié)材料，進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度(7d)試驗(yàn)，根據(jù)其試驗(yàn)結(jié)果確定再生混合料的水硬膠結(jié)料用量。

3.1.3.3 最佳特種乳化瀝青用量(OEC)

以預(yù)估的特種乳化瀝青用量為中值，按照一定的間隔變化形成5個(gè)特種乳化瀝青用量，保持最佳含水量(OWC)不變，制備馬歇爾試件雙面各擊實(shí)75次，擊實(shí)成型后的馬歇爾試件先連同試模自然養(yǎng)生24h，再放入60℃烘箱中養(yǎng)生40h，后取出放在25℃室溫下冷卻8h。按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定方法計(jì)算并測得測得各組再生混合料的最大理論相對密度γt、毛體積相對密度、干濕劈裂強(qiáng)度比、馬歇爾殘留穩(wěn)定度。根據(jù)劈裂強(qiáng)度與浸水劈裂強(qiáng)度，或馬歇爾穩(wěn)定度與浸水馬歇爾穩(wěn)定度、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果(優(yōu)先選用劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果)，并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，確定再生混合料的最佳特種乳化瀝青用量(OEC)。

3.2 工藝及質(zhì)量控制

3.2.1 設(shè)備組合

乳化瀝青廠拌冷再生施工機(jī)械應(yīng)配備瀝青拌和設(shè)備、運(yùn)輸車輛、銑刨機(jī)、攤鋪機(jī)、雙鋼輪壓路機(jī)、單鋼輪壓路機(jī)、膠輪壓路機(jī)、瀝青灑布車和水車等。

3.2.2 工藝流程

乳化瀝青廠拌冷再生技術(shù)工藝流程圖如圖5所示。

圖5 工藝流程圖

3.2.3 質(zhì)量控制要點(diǎn)

3.2.3.1 舊路面材料的回收、堆放

本項(xiàng)目羅寧高速舊路面挖除方式是采用路面銑刨機(jī)進(jìn)行分層銑刨。銑刨機(jī)在銑刨過程中刀頭冷卻水用量不宜過大，以確保銑刨回收的瀝青路面材料(RAP)的含水量；銑刨速度控制在6m/min～8m/min之間，以確保銑刨廢料的均勻性減少材料的變異性。本次羅寧路面維修工程再生場地設(shè)置在羅源服務(wù)區(qū)，場地占地面積10畝、雨棚料倉4個(gè)，所有回收舊路面材料經(jīng)過破碎篩分后全部進(jìn)行分倉堆放。為避免回收舊路面材料和篩分好舊路面材料長時(shí)間因自重及潮濕堆放造成結(jié)團(tuán)情況，料倉中的回收舊路面材料應(yīng)盡快使用。本工程由于拌和場場地堆料倉的飽和儲(chǔ)存量約4000t，再生混合料每日生產(chǎn)量約1300t，新舊料更新周期快不易積壓。

3.2.3.2 施工前準(zhǔn)備

本次羅寧路面維修工程實(shí)施方案為：銑刨主車道23cm瀝青面層及1cm基層，加鋪1cm改性瀝青碎石封層，其上加鋪12cm乳化瀝青廠拌冷再生和7cm改性瀝青AC-20C；銑刨超車道4cm上面層，然后統(tǒng)一進(jìn)行加鋪5cm改性瀝青AC-16C上面層。攤鋪再生混合料前，提前24h在原路面基層上噴灑1cm改性瀝青碎石封層，瀝青噴灑量 0.4～0.6kg/m2，碎石用量 4kg/m2。

3.2.3.3 再生混合料拌制

采用具備加水系統(tǒng)的瀝青拌和設(shè)備拌制混合料，按照冷料和水硬膠結(jié)料干拌5～8s，加水濕潤拌和5～8s，噴灑特種乳化瀝青拌和25～30s至均勻，總拌和時(shí)間按照不超過45s，拌和后的混合料均勻一致，無結(jié)團(tuán)成塊現(xiàn)象。對于已經(jīng)存放數(shù)天后的特種乳化瀝青可能會(huì)出現(xiàn)聚集或分層現(xiàn)象，生產(chǎn)前需打開瀝青儲(chǔ)存罐的攪拌裝置，使特種乳化瀝青分布均勻。拌制混合料時(shí)按照生產(chǎn)配合比的用水量進(jìn)行拌和加水控制。加水比例可根據(jù)生產(chǎn)時(shí)的氣溫情況進(jìn)行適當(dāng)比例的調(diào)整，當(dāng)氣溫高于30°時(shí)可增加0.5～1.0%的用水量。再生混合料的含水量應(yīng)進(jìn)行跟蹤控制，含水量太低容易發(fā)生粘輪現(xiàn)象而導(dǎo)致的拉痕嚴(yán)重影響路面的外觀和質(zhì)量；含水量太高易導(dǎo)致碾壓過程中出現(xiàn)泌水現(xiàn)象而影響碾壓效果，且壓實(shí)度也很難滿足要求。

3.2.3.4 再生混合料運(yùn)輸

拌和后的冷再生混合料不宜儲(chǔ)存，應(yīng)立刻運(yùn)至施工現(xiàn)場施工，拌和站離攤鋪現(xiàn)場不宜超過50km，確保特種乳化瀝青破乳時(shí)間和水硬膠結(jié)料終凝時(shí)間滿足技術(shù)要求，開始拌和至壓實(shí)結(jié)束時(shí)間不宜超過6h。運(yùn)輸車輛的車廂內(nèi)應(yīng)清洗干凈，防止污染混合料。運(yùn)輸過程中應(yīng)采用塑料卷材覆蓋再生混合料，防止混合料提前破乳。羅寧高速路面維修工程拌合場羅源服務(wù)區(qū)距施工現(xiàn)場綜合運(yùn)距為18km，單點(diǎn)最遠(yuǎn)運(yùn)距為28km。

3.2.3.5 再生混合料攤鋪

本項(xiàng)目采用瀝青攤鋪機(jī)攤鋪混合料，攤鋪時(shí)采用平衡梁自動(dòng)找平方式按照2m/min～3m/min攤鋪速度進(jìn)行攤鋪。攤鋪過程中設(shè)專人進(jìn)行攤鋪機(jī)的螺旋布料器旋轉(zhuǎn)控制，發(fā)現(xiàn)超粒徑集料時(shí)及時(shí)清除，對出現(xiàn)個(gè)別離析、波浪、裂縫、拖痕時(shí)，在初壓前及時(shí)采用人工進(jìn)行翻挖補(bǔ)料后再壓實(shí)。

3.2.3.6 再生混合料壓實(shí)

壓實(shí)是保證施工質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，羅寧高速路面維修工程冷再生路面壓實(shí)工藝通過實(shí)驗(yàn)段數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)：采用2臺(tái)雙鋼輪壓路機(jī)、1臺(tái)單鋼輪壓路機(jī)、1臺(tái)輪胎式壓路機(jī)進(jìn)行初壓、復(fù)壓、終壓分機(jī)分組的組合式碾壓方案。碾壓控制過程中采取現(xiàn)場、實(shí)驗(yàn)雙層控制，派兩組專人進(jìn)行壓實(shí)工藝控制，一組進(jìn)行壓路機(jī)壓實(shí)，發(fā)現(xiàn)推移或泌水現(xiàn)象時(shí)，及時(shí)停止碾壓，待涼曬一段時(shí)間，水分基本蒸發(fā)后，繼續(xù)碾壓；另一組進(jìn)行現(xiàn)場灌砂法對壓實(shí)情況進(jìn)行跟蹤檢測，發(fā)現(xiàn)壓實(shí)度不足段落及時(shí)分析原因，調(diào)整施工與碾壓工藝。

表4 壓路機(jī)組合遍數(shù)

3.2.3.7 再生面層養(yǎng)生

壓實(shí)結(jié)束經(jīng)檢測合格后，進(jìn)入養(yǎng)生階段。本項(xiàng)目實(shí)施季節(jié)為秋季，天氣干燥、日平均氣溫基本高于20℃、養(yǎng)生采用無覆蓋自然養(yǎng)生，養(yǎng)生期視當(dāng)天氣溫而定，干燥、晴天按照36h控制，潮濕陰天按照72h控制。再進(jìn)入下一道攤鋪瀝青面層工藝時(shí)進(jìn)行取芯及含水量檢測的判定，一般判定以含水量小于2%或取出完整芯樣作為結(jié)束養(yǎng)生進(jìn)入下道工序的依據(jù)。養(yǎng)生結(jié)束后路面嚴(yán)禁重車、超載車輛通行，指揮通行車輛勻速慢行，禁止緊急制動(dòng)、加速啟動(dòng)以及車輛轉(zhuǎn)彎和扭轉(zhuǎn)。

4 結(jié)語

2017年羅寧高速公路的路面維修，經(jīng)過一年的使用觀測及路檢巡查，結(jié)果表明歷年反復(fù)維修的路面病害路段得到有效的治理，路面的典型病害得到徹底處置，路用性能顯著改善，說明2017年度羅寧高速B道路面維修方案措施是有效的。

本文通過研究分析羅寧高速公路路面病害類型及成因從而提出有效的病害路面維修方案，并針對性地對乳化瀝青廠拌冷再生技術(shù)展開研究，為國內(nèi)瀝青路面養(yǎng)護(hù)提供借鑒和參考。