淺議乳化瀝青廠拌冷再生配合比設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵步驟、存在的問(wèn)題與技術(shù)應(yīng)用

韓忠鋒

寧夏路橋工程股份有限公司

淺議乳化瀝青廠拌冷再生配合比設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵步驟、存在的問(wèn)題與技術(shù)應(yīng)用

韓忠鋒

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乳化瀝青廠拌冷再生技術(shù)是以乳化瀝青作為結(jié)合料的再生技術(shù)，這種技術(shù)是因?yàn)r青混合料路面的大面積維修，每年產(chǎn)生數(shù)以千萬(wàn)噸計(jì)的廢舊瀝青路面材料、并逐年呈現(xiàn)出大幅度增長(zhǎng)趨勢(shì)的突出社會(huì)環(huán)保問(wèn)題的現(xiàn)實(shí)情況下應(yīng)用而生的。隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)、資源節(jié)約、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的深入理解和研究，節(jié)能環(huán)保、廢物利用也逐漸引起人們的關(guān)注和重視，那么研究處理和應(yīng)用廢舊瀝青路面材料在大的社會(huì)環(huán)境下已經(jīng)成為一個(gè)必然的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)。

乳化瀝青廠拌冷再生；設(shè)計(jì)；關(guān)鍵步驟；存在問(wèn)題；技術(shù)應(yīng)用

近年來(lái)，寧夏路橋工程股份有限公司加大力度致力于再生技術(shù)的研究和投入，而針對(duì)乳化瀝青廠拌冷再生配合比設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵步驟和存在的問(wèn)題，青銀改擴(kuò)建項(xiàng)目第四合同段通過(guò)大量的試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)和驗(yàn)證，現(xiàn)匯總?cè)缦?，以供參考?/p>

一、乳化瀝青廠拌冷再生配合比設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵步驟：

乳化瀝青廠拌冷再生配合比設(shè)計(jì)能夠依據(jù)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)只有《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41-2008)，而該技術(shù)規(guī)范對(duì)乳化瀝青廠拌冷再生配合比設(shè)計(jì)的部分條例闡述并不是太明確。現(xiàn)階段正處于乳化瀝青廠拌冷再生技術(shù)的推廣階段，而配合比設(shè)計(jì)的試驗(yàn)操作規(guī)程并不健全，因此也給乳化瀝青廠拌冷再生配合比設(shè)計(jì)造成了諸多困難，但總體來(lái)說(shuō)該配合比的設(shè)計(jì)過(guò)程大的框架分為以下六個(gè)關(guān)鍵步驟，現(xiàn)將逐一對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的闡述：

(一)RAP料級(jí)配的設(shè)計(jì)：

RAP料級(jí)配的設(shè)計(jì)是乳化瀝青廠拌冷再生配合比設(shè)計(jì)的前提和關(guān)鍵，依據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41-2008)要求，應(yīng)對(duì)原路面歷史信息、原路面技術(shù)狀況、銑刨料的級(jí)配情況，進(jìn)行前期的調(diào)查和檢測(cè)，為后期的配合比設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備工作。

在此階段，需要對(duì)銑刨料進(jìn)行分級(jí)處理，并且需要考慮摻配一定量的碎石，用來(lái)增強(qiáng)乳化瀝青廠拌冷再生混合料的劈裂強(qiáng)度、干濕劈裂強(qiáng)度和高溫穩(wěn)定性。

(二)乳化瀝青的選擇及乳化瀝青蒸發(fā)殘留分含量的檢測(cè)：

通過(guò)大量的試驗(yàn)驗(yàn)證，高質(zhì)量的乳化瀝青肯定是提高乳化瀝青廠拌冷再生混合料劈裂強(qiáng)度、干濕劈裂強(qiáng)度和高溫穩(wěn)定性的保障因素，但普通乳化瀝青也能夠滿足乳化瀝青廠拌冷再生混合料的技術(shù)要求，我們可以通過(guò)增加部分碎石用量，來(lái)提高其劈裂強(qiáng)度、干濕劈裂強(qiáng)度和高溫穩(wěn)定性，規(guī)范中對(duì)乳化瀝青的技術(shù)要求如表1-1：

該技術(shù)指標(biāo)中蒸發(fā)殘留分含量的檢測(cè)指標(biāo)至關(guān)重要，是直接為后期配合比設(shè)計(jì)中的最佳含水率提供依據(jù)，當(dāng)然在這里殘留分含量≥62%是保證乳化瀝青廠拌冷再生混合料劈裂強(qiáng)度、干濕劈裂強(qiáng)度和高溫穩(wěn)定性的一個(gè)因素，但不是必然和決定性因素，我們可以通過(guò)提高碎石的摻量，使用普通的乳化瀝青也能夠達(dá)到技術(shù)規(guī)范要求的效果。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)碎石摻量提高至27%以上時(shí)，檢測(cè)的劈裂強(qiáng)度、干濕劈裂強(qiáng)度和高溫穩(wěn)定性的試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的變異系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于碎石摻量低至18%的乳化瀝青混合料。

所以乳化瀝青的選擇和碎石的摻量息息相關(guān)，為了保證工程質(zhì)量，在配合比設(shè)計(jì)階段，應(yīng)該有明確的目標(biāo)和方向，需要早期做出決策。

(三)最佳含水率(%)和最佳濕密度(g/cm3)的確定：

最佳含水率和最佳濕密度的確定，有兩種途徑，第一種途徑：通過(guò)土工重型擊實(shí)(分三層裝料每層擊實(shí)98次)來(lái)確定最佳含水率和最佳濕密度，這種途徑是大家都熟知的方法，利用重型擊實(shí)計(jì)算最佳含水率和最佳濕密度，但這里需要注意的是烘干乳化瀝青冷再生混合料的烘干溫度是60℃±1℃。第二種途徑：是通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)的第一次擊實(shí)(大型馬歇爾試件雙面各擊實(shí)75次，小型馬歇爾試件雙面各擊實(shí)50次)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算最佳含水率和最佳濕密度，兩種方法計(jì)算的結(jié)果偏差不大。青銀高速改擴(kuò)建項(xiàng)目施工中的最佳含水率和最佳濕密度，該兩種途徑都進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，計(jì)算的最佳含水率在3.4%～3.7%，最佳濕密度在2.230 g/cm3～2.250g/cm3之間。

表1-1 慢裂型陽(yáng)離子乳化瀝青技術(shù)要求和試驗(yàn)結(jié)果

注意事項(xiàng)：在前面已經(jīng)提及到的一項(xiàng)試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)：乳化瀝青蒸發(fā)殘留分含量，乳化瀝青冷再生混合料的最佳含水率并不是乳化瀝青冷再生混合料拌和時(shí)的加水量，原因就在于乳化瀝青占有一部分水分，表3-1中有一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可供參考：

(四)最佳油石比(油是指慢裂型陽(yáng)離子乳化瀝青)的確定：

乳化瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)中最佳油石比的確定與熱拌瀝青混合料的最佳油石比的確定分析方法雷同，只不過(guò)是側(cè)重的檢測(cè)指標(biāo)有所不同，乳化瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)中涉及的檢測(cè)指標(biāo)如表4-1：

通過(guò)青銀改擴(kuò)建項(xiàng)目第四合同段的試驗(yàn)驗(yàn)證，得出表4-2的試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)，再通過(guò)圖4-1、圖4-2可以直觀的確定乳化瀝青冷再生混合料的最佳油石比。

從圖4-1 乳化瀝青冷再生混合料干劈裂強(qiáng)度(MPa)與油石比(%)關(guān)系曲線圖顯示，最佳油石比為3.5%；從圖4-2油石比(%)與馬歇爾穩(wěn)定度(KN)關(guān)系曲線圖顯示，最佳油石比為3.5%；依據(jù)馬歇爾穩(wěn)定度、劈裂試驗(yàn)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果計(jì)算，乳化瀝青冷再生混合料的最佳油石比為3.5%。

(五)乳化瀝青冷再生混合料目標(biāo)配合比的檢驗(yàn)：

乳化瀝青冷再生混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的檢驗(yàn)就是在上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)乳化瀝青冷再生混合料的最佳含水率和最佳油石比進(jìn)行檢驗(yàn)，用于確定的乳化瀝青冷再生混合料在最佳含水率和最佳油石比時(shí)各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)是否符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

(六)乳化瀝青冷再生混合料生產(chǎn)配合比的設(shè)計(jì)及驗(yàn)證：

圖4-1 乳化瀝青冷再生混合料干劈裂強(qiáng)度(MPa)與油石比(%)

圖4-2 乳化瀝青冷再生混合料馬歇爾穩(wěn)定度(KN)與油石比(%)

表3 -1 乳化瀝青冷再生混合料最佳含水率(%)和計(jì)算加水率(%)試驗(yàn)結(jié)果

表4-1 乳化瀝青冷再生混合料基層設(shè)計(jì)技術(shù)要求

表4-2 乳化瀝青冷再生混合料各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

乳化瀝青冷再生混合料生產(chǎn)配合比的設(shè)計(jì)及驗(yàn)證是對(duì)進(jìn)場(chǎng)的RAP料及碎石進(jìn)行重新?lián)脚?，通過(guò)級(jí)配曲線確定各種RAP料及碎石的摻量，再在目標(biāo)配合比確定的最佳含水率和最佳油石比的基礎(chǔ)上，上下浮動(dòng)0.3%的油石比檢測(cè)乳化瀝青冷再生混合料的各項(xiàng)指標(biāo)是否符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

至此，乳化瀝青冷再生混合料的配合比才算是設(shè)計(jì)完成，可以運(yùn)用于工程施工。

二、乳化瀝青廠拌冷再生配合比設(shè)計(jì)中的存在的問(wèn)題：

目前乳化瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)所依據(jù)的《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41-2008)的相關(guān)技術(shù)要求并不完善，而且試驗(yàn)操作規(guī)程中并沒有明確的試驗(yàn)方法，并且與其它地區(qū)的地方標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程中的試驗(yàn)方法差異過(guò)大，給乳化瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)造成了諸多困難。

(一)集料級(jí)配的設(shè)計(jì)過(guò)程存在的問(wèn)題：

乳化瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)中對(duì)集料級(jí)配的設(shè)計(jì)狀態(tài)不明確，沒有指明到底是用銑刨的RAP料還是將銑刨的RAP料抽提后用原始礦料進(jìn)行級(jí)配設(shè)計(jì)。雖然在規(guī)范和設(shè)計(jì)中提到調(diào)查料源，分析銑刨料中礦料的成分，但卻在集料級(jí)配設(shè)計(jì)過(guò)程中卻并未注明材料的狀態(tài)。從技術(shù)規(guī)范各條例的字面意思上分析，采用將銑刨的RAP料抽提后用原始礦料進(jìn)行級(jí)配設(shè)計(jì)更為可取，但是在這種集料狀態(tài)下設(shè)計(jì)也并不一定合理，除了成本增加(成本增加的原因是這種級(jí)配設(shè)計(jì)必提高碎石的摻配比例，碎石摻配比例提高，乳化瀝青冷再生混合料的油石比也會(huì)提高，無(wú)形中就會(huì)增加乳化瀝青冷再生混合料的成本)以外，乳化瀝青并不能完全將銑刨料中瀝青全部溶解掉，因此填充材料偏少、離析現(xiàn)象嚴(yán)重、混合料的劈裂強(qiáng)度偏低，施工路面的平整度差；另一種摻配方式，用銑刨的RAP料直接進(jìn)行集料的級(jí)配設(shè)計(jì)，然后通過(guò)摻配適量碎石的方式改善集料級(jí)配，這種方式的級(jí)配設(shè)計(jì)因?yàn)殂娕俚腞AP料的復(fù)雜性和礦料組成的不確定性，在后期的工程施工過(guò)程中很難保證集料級(jí)配滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，也會(huì)為施工過(guò)程增加一定的難度，比如：施工碾壓過(guò)程中的壓實(shí)度檢測(cè)指標(biāo)，通常膠輪的碾壓遍數(shù)多達(dá)十遍以上才勉強(qiáng)滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，并且取芯的芯樣外觀質(zhì)量差。

而解決該問(wèn)題的方法首先應(yīng)該從規(guī)范與設(shè)計(jì)文件入手，明確集料摻配時(shí)的狀態(tài)，調(diào)整設(shè)計(jì)文件中的級(jí)配范圍，并且在配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮提高乳化瀝青的用量，增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)的碾壓效果，從多個(gè)方面綜合考慮來(lái)提高工程質(zhì)量。

(二)馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)過(guò)程中的擊實(shí)次數(shù)沒有明確規(guī)定：

馬歇爾試驗(yàn)的擊實(shí)次數(shù)決定了整個(gè)試驗(yàn)操作過(guò)程和最終試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)及結(jié)論，不同的擊實(shí)次數(shù)將會(huì)有不同的試驗(yàn)結(jié)果。在《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41-2008)中提到：標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件的擊實(shí)次數(shù)是，第一次擊實(shí)次數(shù)為雙面各擊實(shí)50次，第二次擊實(shí)次數(shù)為雙面各擊實(shí)25次；但對(duì)大型馬歇爾試件卻沒有明確規(guī)定，依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)中對(duì)熱拌瀝青大型馬歇爾試件擊實(shí)次數(shù)的要求推斷，乳化瀝青冷再生混合料的大型馬歇爾試件的擊實(shí)次數(shù)是：第一次擊實(shí)次數(shù)為雙面各擊實(shí)75次，第二次擊實(shí)次數(shù)為雙面各擊實(shí)37次；但是江西省的地方標(biāo)準(zhǔn)《瀝青路面乳化瀝青廠拌冷再生技術(shù)規(guī)范》(DB 36/T 573-2010)中卻明確規(guī)定乳化瀝青冷再生混合料大型馬歇爾試件的擊實(shí)次數(shù)是：第一次擊實(shí)次數(shù)為雙面各擊實(shí)150次，第二次擊實(shí)次數(shù)為雙面各擊實(shí)75次。

針對(duì)以上問(wèn)題，通過(guò)多方溝通，最終確定的擊實(shí)次數(shù)是：乳化瀝青冷再生混合料的大型馬歇爾試件的擊實(shí)次數(shù)是：第一次擊實(shí)次數(shù)為雙面各擊實(shí)75次，第二次擊實(shí)次數(shù)為雙面各擊實(shí)37次。

說(shuō)明：乳化瀝青冷再生混合料的馬歇爾試件要求兩次擊實(shí)，中間需在60℃±1℃的恒溫下養(yǎng)護(hù)48h。

(三)車轍試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)車轍試件的養(yǎng)生時(shí)間和養(yǎng)生溫度沒有明確規(guī)定：

《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)中對(duì)熱拌瀝青車轍試件有明確的養(yǎng)生時(shí)間和養(yǎng)生溫度的規(guī)定，要求熱拌瀝青車轍試件成型后連同試模在室溫中放置的時(shí)間不少于12h。對(duì)聚合物改性瀝青混合料試件要求在室溫中放置的時(shí)間以48h為宜，然后將其放置在60℃±1℃的恒溫中保溫不少于5h、也不得超過(guò)12h，最后再進(jìn)行車轍試驗(yàn)。但是該方法明顯不適用于乳化瀝青冷再生混合料的車轍試件，原因是乳化瀝青冷再生混合料中含有水分，在室溫中放置時(shí)間不管是12h還是48h，都無(wú)法滿足將乳化瀝青冷再生混合料車轍試件中的水分蒸發(fā)掉，如果車轍試件中含有水分，將會(huì)直接影響到車轍試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果。

在參照馬歇爾試件的成型和養(yǎng)生方法的基礎(chǔ)上，最終確定了乳化瀝青冷再生混合料的車轍試件分兩次碾壓，第一次輪碾完成后，立即將車轍試件連同試模放置在60℃±1℃的干燥箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)48h，然后再進(jìn)行第二次碾壓，第二次輪碾完成后，再將其車轍試件連同試模放置在室溫中冷確12h以上，最后依據(jù)熱拌瀝青的試驗(yàn)方法進(jìn)行車轍試驗(yàn)。

乳化瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的問(wèn)題，雖然說(shuō)已得到了初步的解決，但依然沒有相關(guān)的依據(jù)；希望在后期的施工過(guò)程中針對(duì)以上存在的問(wèn)題能夠得到相關(guān)專業(yè)人士的解答和支持，并且希望能夠有明確的設(shè)計(jì)依據(jù)和方法。

三、乳化瀝青廠拌冷再生的技術(shù)應(yīng)用：

乳化瀝青廠拌冷再生是以乳化瀝青作為結(jié)合料的再生技術(shù)，從目前的工程實(shí)踐來(lái)看，乳化瀝青廠拌冷再生技術(shù)在道路再生技術(shù)中具有明顯的優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)為：

乳化瀝青廠拌冷再生混合料所用的原材料具有無(wú)毒、無(wú)臭、不易燃燒，并且易于就地取材、使用的是廢舊瀝青路面的廢棄材料，因而價(jià)格低廉；

乳化瀝青廠拌冷再生技術(shù)不同于傳統(tǒng)的熱拌瀝青路面施工，它采用的是就地取材，冷拌施工的特點(diǎn)，因此其生產(chǎn)工藝比較簡(jiǎn)單；

乳化瀝青廠拌冷再生技術(shù)充分利用了舊瀝青路面的廢棄瀝青和石料，具有一定的環(huán)保效益，既解決了廢棄材料的堆放問(wèn)題，又減少了礦山資源的使用數(shù)量，有利于文明施工。

從施工的效果來(lái)看，乳化瀝青廠拌冷再生混合料由于粘聚性能好，便于攤鋪、便于碾壓，雖然對(duì)碾壓的遍數(shù)要求比較高，但路面成型后行車舒適、平整度良好；在夏季炎熱的天氣環(huán)境中施工效果更好，水分可以快速蒸發(fā)，短期內(nèi)就會(huì)形成一定的強(qiáng)度，兩天左右的時(shí)間取芯芯樣完整、芯壁光滑；如果在春秋季節(jié)施工，效果會(huì)差一些，取芯的時(shí)間將會(huì)加長(zhǎng)至四到五天。

乳化瀝青廠拌冷再生技術(shù)有其優(yōu)點(diǎn)，也有其缺點(diǎn)，但它卻符合了我國(guó)目前提倡的綠色環(huán)保的發(fā)展理念，所以乳化瀝青冷再生技術(shù)必將迎來(lái)更為廣闊的應(yīng)用前景。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，乳化瀝青冷再生技術(shù)有其廣闊的應(yīng)用前景，值得推廣應(yīng)用。雖然在乳化瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中存在著諸多問(wèn)題，但并不是不能解決，總體來(lái)說(shuō)乳化瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)逃不出上述六個(gè)關(guān)鍵步驟，而集料級(jí)配、最佳含水率(%)、最佳濕密度(g/cm3)、最佳油石比(油是指慢裂型陽(yáng)離子乳化瀝青)的確定更是重中之重，而真正的短板是乳化瀝青冷再生混合料級(jí)配的確定，隨著乳化瀝青冷再生技術(shù)的大面積的推廣和應(yīng)用，相信能夠克服和解決乳化瀝青冷再生技術(shù)中的短板，而其它逐條問(wèn)題，相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)也將會(huì)逐步的完善和解決。

[1]《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41-2008)

[2]《瀝青路面乳化瀝青廠拌冷再生技術(shù)規(guī)范》(DB 36/T 573-2010)(江西省的地方標(biāo)準(zhǔn))

[3]《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)