廠拌冷再生技術(shù)應(yīng)用廢舊再生材料在路面改造工程的實(shí)踐

王育平 丁小維 張燕

摘? ?要： 對(duì)廢舊瀝青路面材料（RAP）進(jìn)行回收再利用，有利于節(jié)約工程造價(jià)、保護(hù)環(huán)境?；谂菽瓰r青廠拌冷再生技術(shù)（PCRTFA），對(duì)原料配合比等參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)瀝青發(fā)泡試驗(yàn)，當(dāng)起泡溫度為165℃、耗水量為3%時(shí)，基質(zhì)瀝青的發(fā)泡質(zhì)量最好;馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果表明，廠拌冷加工混合料中泡沫瀝青的最佳用量為2.5%;在級(jí)配曲線中，當(dāng)RAP、水泥和碎石的百分比分別為80%、18.5%和1.5%時(shí)，原料具有最優(yōu)配合比。車轍試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)、低溫抗裂試驗(yàn)、疲勞性能試驗(yàn)等表明了上述配合比的合理性。形成了體系完整的施工工藝流程，依據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范對(duì)工程質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合要求。泡沫瀝青廠拌冷再生技術(shù)具有可靠性，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能環(huán)保，適合在其他類似路面改造工程中廣泛推行。

關(guān)鍵詞： 廢舊瀝青路面材料;廠拌冷再生技術(shù);馬歇爾試驗(yàn);級(jí)配曲線;路面改造工程

中圖分類號(hào)：U416.26? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：2095-8412 （2020） 06-135-06

工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL： http：//gyjs.cbpt.cnki.net? ? DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2020.06.024

引言

近年來(lái)，我國(guó)公路交通流量逐年遞增，且部分車輛存在嚴(yán)重超載問(wèn)題。在公路荷載和地質(zhì)作用等因素的長(zhǎng)期影響下，路面會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則沉降、產(chǎn)生裂縫等，嚴(yán)重影響車輛通行，甚至導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。在對(duì)公路進(jìn)行改造維修時(shí)，可產(chǎn)生大量的廢舊瀝青路面材料（RAP）。重復(fù)利用這些混合料，不僅可以避免環(huán)境污染，而且能夠?qū)崿F(xiàn)資源的循環(huán)利用，從而達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的[1-2]。

相關(guān)學(xué)者提出了一系列關(guān)于重復(fù)利用RAP的技術(shù)方法。栗榮[3]對(duì)回收的RAP進(jìn)行了配合比研究，得到了最優(yōu)配合比，并確定了混合料的最佳養(yǎng)生方式，使混合料的各項(xiàng)性能均滿足了規(guī)范要求。王楓成等[4]基于冷再生技術(shù)原理，對(duì)混合料配合比設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量控制等方面進(jìn)行了研究和分析，使得泡沫瀝青廠拌冷再生混合料的多項(xiàng)指標(biāo)均滿足工程要求。胡建雄[5]在全面了解泡沫瀝青廠拌冷再生技術(shù)（PCRTFA）原理的基礎(chǔ)上，依托于具體的工程實(shí)例，分析了混合料的性能，對(duì)泡沫瀝青廠拌冷再生施工工藝進(jìn)行了深入探討。

PCRTFA憑借其自身的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)受到了廣泛的關(guān)注。與其他技術(shù)相比，PCRTFA不僅可以達(dá)到資源循環(huán)利用、節(jié)約建設(shè)投資的目的，而且還具有節(jié)能、工期短的優(yōu)點(diǎn)，在公路改造工程中具有很高的實(shí)用性。在公路改造工程中，李宏福等[6]和Liu等[7]運(yùn)用PCRTFA對(duì)施工工藝控制進(jìn)行了分析和總結(jié)。渠文芳[8]結(jié)合具體的工程實(shí)例，介紹了PCRTFA的施工工藝，并對(duì)該工程進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化前景分析以及市場(chǎng)評(píng)估。同時(shí)，由于不同地區(qū)RAP的性能不同，該技術(shù)在應(yīng)用上也存在一定的差異，需根據(jù)材料性能設(shè)計(jì)不同的原料配合比，從而確定該技術(shù)在不同工程中所需的相關(guān)參數(shù)。此外，還需要針對(duì)具體的工程制定相應(yīng)的施工工藝和全面的施工質(zhì)量控制方案。黨彥榮[9]對(duì)PCRTFA應(yīng)用于平朔線路段施工中遇到的具體問(wèn)題進(jìn)行了分析與研究，有利于提高舊料循環(huán)利用的水平和應(yīng)用規(guī)模。王玉軍等[10]、張仕佳[11]通過(guò)對(duì)PCRTFA進(jìn)行綜述概括和對(duì)舊瀝青路面銑刨料進(jìn)行研究，確定了混合料的配合比，并對(duì)混合料的生產(chǎn)工藝和施工控制等環(huán)節(jié)作了系統(tǒng)的介紹。李占偉[12]對(duì)瀝青路面廠拌冷再生基層關(guān)鍵技術(shù)展開了研究，也為路面改造工程積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

本文將PCRTFA應(yīng)用于陜西省西安市秦王二路改造工程中。該路段全長(zhǎng)6.1 km，路面面積33萬(wàn)m2，總造價(jià)4.28億元。本文首先對(duì)泡沫瀝青廠拌冷再生原料配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后詳細(xì)介紹施工工藝流程，最后梳理施工質(zhì)量控制及注意事項(xiàng)，旨在為其他類似路面改造工程提供技術(shù)參考和指導(dǎo)。

1 泡沫瀝青廠拌冷再生原料配合比設(shè)計(jì)

1.1? 材料要求

原材料包括5種組成成分，即RAP、基質(zhì)瀝青、水泥、碎石和水。依據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 5521-2019）[13]，RAP需要經(jīng)過(guò)預(yù)處理，同時(shí)要滿足表1、表2和表3中的技術(shù)要求;基質(zhì)瀝青的性能也要滿足技術(shù)規(guī)范，本工程選用的是道路石油瀝青（AH-70）;水泥不得使用快硬、早強(qiáng)者，本工程選擇32.5號(hào)普通硅酸鹽水泥，其他的性能參數(shù)與上述兩種材料相同;對(duì)于碎石，還需要符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）[14];原料所用的水必須為純凈水。

1.2? 基質(zhì)瀝青起泡溫度和耗水量的測(cè)定

水和瀝青是生產(chǎn)泡沫瀝青的原材料，它們的溫度會(huì)影響瀝青的發(fā)泡質(zhì)量。但是如果一味地提高溫度，又會(huì)加速瀝青的老化，產(chǎn)生資源消耗過(guò)多問(wèn)題。因此，有必要將基質(zhì)瀝青起泡溫度控制在合理的范圍內(nèi)。若在泡沫瀝青的發(fā)泡過(guò)程中加入適量的水，會(huì)使瀝青的整體膨脹效果更好，縮短其半衰期。根據(jù)技術(shù)規(guī)范JTG/T 5521-2019[13]和瀝青發(fā)泡試驗(yàn)[17]，測(cè)得165℃為適合于本工程的基質(zhì)瀝青起泡溫度，發(fā)泡所需耗水量為3%。

1.3? RAP、水泥和碎石配合比的測(cè)定

本工程中瀝青和水的含量分別為4.2%和4.6%。表4所示為RAP、碎石和水泥的級(jí)配等級(jí)。根據(jù)表4的結(jié)果，選擇中等粒徑的級(jí)配，繪制了組合級(jí)配曲線（圖1）。在組合級(jí)配曲線的級(jí)配分析中，確定了最終的配合比，即RAP、碎石和水泥的百分比分別為80%、18.5%和1.5%。

1.4? 混合料最大干密度和最佳含水量測(cè)定

根據(jù)技術(shù)規(guī)范和相關(guān)指導(dǎo)[13，18]，在泡沫瀝青含量為3%的固定條件下，通過(guò)對(duì)5種RAP進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，確定了混合料樣品干密度的含水量分別為4.5%、5.0%、5.5%、6.0%和6.5%。在試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)土樣干密度與相應(yīng)含水量進(jìn)行回歸分析，得出了最大干密度為2.007 g/cm3，最佳含水量為5.3%。

1.5? 泡沫瀝青最佳用量的確定

為了維持5.3%的最佳含水量，通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)確定了瀝青的最佳用量。在馬歇爾試驗(yàn)中，按照1.5%、2.0%、2.5%、3.0%和3.5%的泡沫瀝青油石比來(lái)制備馬歇爾試件。制備以及養(yǎng)護(hù)方法嚴(yán)格執(zhí)行《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）[14]。對(duì)各組馬歇爾試件進(jìn)行15℃霹裂強(qiáng)度、干濕霹裂強(qiáng)度比和高溫變形等力學(xué)試驗(yàn)。根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果得出，當(dāng)泡沫瀝青的用量為2.5%時(shí)，所得到的馬歇爾試件的成型實(shí)密度、穩(wěn)定度和霹裂強(qiáng)度均為最大值。因此，確定廠拌冷再生混合料中泡沫瀝青的最佳用量為2.5%。

1.6? 原材料配合比驗(yàn)證

通過(guò)車轍試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)、低溫抗裂試驗(yàn)、疲勞性能試驗(yàn)等[17]，評(píng)價(jià)了原材料在最佳配合比條件下制備的試件性能。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，試驗(yàn)樣品符合路面的使用要求，可以將混合料直接用于實(shí)際工程中，同時(shí)也驗(yàn)證了原材料配合比的正確性?？傊?，實(shí)際驗(yàn)證結(jié)果與該原材料的最佳配合比相契合。

2? 施工工藝流程

施工工藝包括6道工序，分別為：回收廢舊瀝青路面材料、對(duì)回收材料的預(yù)處理和堆放、原材料的混合、混合材料的運(yùn)輸、攤鋪和碾壓、攤鋪層的養(yǎng)護(hù)。

2.1? 回收廢舊瀝青路面材料

在正式銑刨前，需要對(duì)銑刨范圍內(nèi)的路面進(jìn)行清掃，避免一些廢棄雜質(zhì)混入銑刨料中。本工程使用W-2000維特根銑刨機(jī)進(jìn)行路面的銑刨，將銑刨厚度設(shè)計(jì)為10 cm，被銑刨的廢舊材料將被運(yùn)往攪拌廠。在銑刨的過(guò)程中，有必要采取相關(guān)措施來(lái)防止水泥和基質(zhì)碎石混入到RAP中。篩分試驗(yàn)結(jié)果顯示，銑刨速度對(duì)材料的級(jí)配有一定的影響，當(dāng)銑刨的速度控制在6～8 m/min時(shí)，銑刨后的材料最為均勻，級(jí)配也逐漸接近目標(biāo)級(jí)配。注意銑刨料應(yīng)儲(chǔ)放在陰涼地，避免陽(yáng)光直射，減少壓力作用造成的結(jié)塊現(xiàn)象。

2.2? 對(duì)回收材料的預(yù)處理和堆放

為了提高RAP的摻配比率，需要對(duì)來(lái)自不同區(qū)域、規(guī)格不同的料堆分類堆放，不得混雜，屬于同一個(gè)料堆的應(yīng)該充分混合，避免離析。根據(jù)規(guī)范[13]，將RAP打碎，并且將超大粒徑的RAP過(guò)篩，保證材料的最大粒徑小于再生瀝青混合料的最大粒徑。為了保證回收材料含水率的穩(wěn)定，材料的堆放時(shí)間不宜超過(guò)半年，堆放場(chǎng)地須提前經(jīng)過(guò)硬化和防水處理，堆放高度應(yīng)在3 m內(nèi)。本工程中，預(yù)處理廢舊材料的使用規(guī)則為先到先用。

2.3? 原材料的混合

在實(shí)踐過(guò)程中，為了獲得均勻的混合材料，確保工程質(zhì)量，使用維特根KMA220移動(dòng)式廠拌冷再生攪拌機(jī)，搭配冷循環(huán)技術(shù)。在進(jìn)行拌合時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格遵循配合比的設(shè)計(jì)結(jié)果，對(duì)進(jìn)水量嚴(yán)格把控，控制最佳含水量在1%～2%范圍內(nèi)，保證再生混合料符合質(zhì)量要求。若不符合要求，就要再次通過(guò)級(jí)配篩分試驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整。

2.4? 混合材料的運(yùn)輸

為了保證連續(xù)攤鋪，混合材料的運(yùn)輸選用大噸位自卸車，并根據(jù)運(yùn)距及時(shí)調(diào)整車輛。首次運(yùn)輸時(shí)要保證車廂干凈整潔，在內(nèi)壁涂抹少量的潤(rùn)滑劑;在運(yùn)輸過(guò)程中，覆蓋雙層篷布，防止混合材料在遠(yuǎn)距離的運(yùn)輸中水分快速蒸發(fā)以及因裝載高度不夠均勻發(fā)生離析現(xiàn)象;裝載完成后，及時(shí)運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行攤鋪和碾壓，保證混合料的質(zhì)量。

2.5? 攤鋪和碾壓

在進(jìn)行連續(xù)的攤鋪過(guò)程時(shí)，為了避免攤鋪機(jī)和運(yùn)料機(jī)相撞，運(yùn)料車需停放在距離攤鋪機(jī)10～15 cm處。在卸料的過(guò)程中，速度減慢，靠攤鋪機(jī)的推動(dòng)緩慢前進(jìn)。工程中，攤鋪速度應(yīng)與供料速度一致，本著均勻、連續(xù)、緩慢的原則，不得隨意變換速度或中斷前行。行走系統(tǒng)采用數(shù)字控制器控制，攤鋪速度均勻控制在1～3 m/min，攤鋪高度由自動(dòng)升降裝置控制[19]。本工程采用振動(dòng)雙鋼輪壓路機(jī)、振動(dòng)單鋼輪鋼壓路機(jī)、輪胎壓路機(jī)聯(lián)合碾壓鋪筑層，運(yùn)用三段式壓法，依次實(shí)施初壓、復(fù)壓和終壓，由輕到重，由邊緣到中間進(jìn)行路面碾壓施工，保證壓實(shí)路面的平整和結(jié)實(shí)。其中振動(dòng)雙鋼輪壓路機(jī)的速度控制在3 km/h，輪胎壓路機(jī)的速度控制在4 km/h，每段路面要進(jìn)行2～3遍碾壓，以防止原料出現(xiàn)松散現(xiàn)象。按照上述工藝參數(shù)，均勻地碾壓到規(guī)定的密實(shí)度。遇到攤鋪路面不平整、空間受限使攤鋪機(jī)無(wú)法正常工作時(shí)，可選擇人工鋪筑路面，然后由專人檢查鋪筑厚度，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。在整個(gè)工程中，需縮短碾壓間隔時(shí)間、減少加水拌合次數(shù)，軋制順序和其他的控制要求詳見相關(guān)規(guī)范[13，18]。

2.6 攤鋪層的養(yǎng)護(hù)

根據(jù)規(guī)范[13]，攤鋪層的養(yǎng)護(hù)期為8 d，養(yǎng)護(hù)過(guò)程不進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，而是在空氣中自然養(yǎng)護(hù)，使水分進(jìn)一步蒸發(fā)，養(yǎng)護(hù)期結(jié)束的標(biāo)志為攤鋪層的含水量小于2%。養(yǎng)護(hù)期間，禁止其他機(jī)械車輛進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng);養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，在攤鋪層上進(jìn)行連續(xù)性結(jié)構(gòu)層施工。

3 施工質(zhì)量控制及注意事項(xiàng)

PCRTFA在施工現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量控制包括平整度、厚度、強(qiáng)度和壓實(shí)度等方面的檢測(cè)。通常情況下，平整度大于98%視為合格[13]。在施工過(guò)程中要嚴(yán)格執(zhí)行一系列規(guī)范和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[14，20-22]，路面再生層的強(qiáng)度和厚度要達(dá)到規(guī)范要求。壓實(shí)度作為施工碾壓效果的一個(gè)重要評(píng)判指標(biāo)，可以通過(guò)灌砂法（技術(shù)要求大于100%）和鉆芯法進(jìn)行檢測(cè)。由于泡沫瀝青冷再生混合骨料結(jié)構(gòu)層性能的特殊性，需要借助較大的壓實(shí)功來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)層的密實(shí)度，因此需要在結(jié)構(gòu)層取芯檢測(cè)，并根據(jù)規(guī)范[13]要求的頻率對(duì)結(jié)構(gòu)層進(jìn)行鉆芯取樣，將施工技術(shù)中“技術(shù)要求大于88%”作為評(píng)定強(qiáng)度和養(yǎng)護(hù)效果好壞的主要措施。

在施工過(guò)程中須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行，控制最佳含水率為80%。含水量符合要求后才能進(jìn)行碾壓，避免返工。為了避免路基的壓實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，分別對(duì)不同的土質(zhì)進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，確保每層土的厚度均勻，在進(jìn)行壓實(shí)時(shí)應(yīng)注意先輕后重，先慢后快，均勻一致，對(duì)于達(dá)不到壓實(shí)度的部分，增加碾壓次數(shù)，保證壓實(shí)度達(dá)到規(guī)范要求。

嚴(yán)格控制原材料的配合比，保證級(jí)配在規(guī)定的范圍內(nèi)。溫度這一因素常常會(huì)對(duì)路面施工產(chǎn)生重要的影響，溫度太高會(huì)導(dǎo)致機(jī)械變形或磨損，太低會(huì)造成拉鉤現(xiàn)象或?yàn)r青膠，均對(duì)路面平整度不利。

4? 結(jié)論與討論

公路工程作為民生工程，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到無(wú)可取代的支撐作用。將廢舊瀝青路面材料回收再加工，符合我國(guó)節(jié)約與開發(fā)并舉的要求。本文基于泡沫瀝青廠拌冷再生技術(shù)，對(duì)再生混合料的配合比進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì)施工工藝流程以及施工質(zhì)量控制等方面進(jìn)行了分析，主要結(jié)論有：

（1）當(dāng)起泡溫度為165℃，耗水量為3%時(shí)，基質(zhì)瀝青的發(fā)泡質(zhì)量會(huì)最好;

（2）廠拌冷加工混合料中泡沫瀝青的最佳用量為2.5%;

（3）舊材料、水泥和碎石的百分比為80%、18.5%和1.5%，車轍試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)、低溫抗裂試驗(yàn)、疲勞性能試驗(yàn)等表明了上述配合比的合理性。

本文研究表明，泡沫瀝青廠拌冷再生技術(shù)是一種可靠的技術(shù)，不僅節(jié)約了大量的不可再生資源，而且避免了廢舊材料的浪費(fèi)與堆砌，節(jié)約了工程造價(jià)，對(duì)我國(guó)公路工程的建設(shè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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作者簡(jiǎn)介：

王育平（1977—）， 通信作者，男，漢族，陜西西安人，本科，高級(jí)工程師。研究方向：市政工程。

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（收稿日期：2020-08-27）