冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)組合以及材料性能研究

陳星

摘要：路面冷再生技術(shù)具有環(huán)保性特點(diǎn)，可以對(duì)廢料（RAP）進(jìn)行二次利用，符合我國(guó)政府提出的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和交通運(yùn)輸部有關(guān)指導(dǎo)性技術(shù)指南，能夠?qū)U棄材料轉(zhuǎn)化為可以應(yīng)用的資源，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能減排的效果。然而，目前我國(guó)對(duì)于該項(xiàng)技術(shù)的研究仍然有待深入，導(dǎo)致再生型瀝青路面在使用過(guò)程中存在一定的問(wèn)題，基于此，本文對(duì)冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)組合以及材料性能進(jìn)行研究，以期提升路面服役性能，延長(zhǎng)公路使用壽命。

Abstract： Pavement cold recycling technology has the characteristics of environmental protection， which can reuse the waste （RAP）， which is in line with the sustainable development strategy proposed by the Chinese government and the relevant guidance technical guidelines of the Ministry of Transport. It can transform waste materials into applicable resources and achieve the effect of energy conservation and emission reduction. However， at present， the research on this technology in China still needs to be in-depth， which leads to certain problems in the use of recycling asphalt pavement. Based on this， this paper studies the structural combination and material performance of cold recycling asphalt pavement， in order to improve the service performance of pavement and extend the service life of highway.

關(guān)鍵詞：冷再生瀝青路面;結(jié)構(gòu)組合;材料性能;研究

Key words： cold recycling asphalt pavement;structural combination;material performance;research

中圖分類號(hào)：TV544+.924? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）32-0104-02

0? 引言

在進(jìn)行公路維修的過(guò)程中，為了減少能源和資源的使用量，避免造成環(huán)境污染，需要對(duì)以往的廢棄材料進(jìn)行轉(zhuǎn)化利用，以此才能夠減少路面維修工程的資源成本投入。冷再生瀝青能夠作為一種有效的再生材料，對(duì)路面的下層以及底基層實(shí)施材料替換，在常溫下即可進(jìn)行施工，不會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境造成污染，能夠在減少資源使用量的基礎(chǔ)上達(dá)到環(huán)保的目的。然而，由于冷再生瀝青材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及強(qiáng)度特點(diǎn)，導(dǎo)致再生混合料并不具備常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和路用性能，因此需要重視對(duì)其結(jié)構(gòu)組合和材料性能進(jìn)行研究，為路面病害的修補(bǔ)提供重要保障。

1? 冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)組合研究

應(yīng)用冷再生瀝青的主要目的在于能夠維持膠凝材料在構(gòu)造物中的物化性能，填充骨料形成的鑲嵌式框架結(jié)構(gòu)的空隙，因此必須要制定新的骨料級(jí)配方案，制定合理的工藝路線和施工步驟。在制定技術(shù)方案之前，需要對(duì)路面病害情況進(jìn)行仔細(xì)分析，了解維修路面路段的路況性能，分析路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和銑刨料成分組成，通過(guò)數(shù)據(jù)分析為新結(jié)構(gòu)的組成提供技術(shù)方案的基礎(chǔ)支撐，確保維修方案可以符合路面病害的實(shí)際需求。因此首先得對(duì)原路面性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，從功能和結(jié)構(gòu)兩方面來(lái)了解路面實(shí)際情況，進(jìn)而制定出科學(xué)的維修方案。

1.1 對(duì)路面情況進(jìn)行分析

在分析路面情況時(shí)需要從三個(gè)方面進(jìn)行分析，分別是使用情況、交通量以及自然環(huán)境。首先，需要對(duì)路面的歷史信息進(jìn)行分析，包括路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)層分布、結(jié)構(gòu)層厚度、路面原用材料、路面維修記錄、公路周?chē)刭|(zhì)情況和水文情況等。其次，需要對(duì)路面狀況進(jìn)行分析，根據(jù)路面病害、結(jié)構(gòu)組合以及結(jié)構(gòu)性能對(duì)路段實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)劃分。在對(duì)功能性能進(jìn)行調(diào)查時(shí)需要對(duì)車(chē)轍裂縫等病害進(jìn)行分類，在對(duì)結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行調(diào)查時(shí)，需要對(duì)結(jié)構(gòu)完整性情況進(jìn)行分析。本次試驗(yàn)路段為煙臺(tái)市萊州段，處于萊州地區(qū)，每年平均濕度為66%，夏季溫度在24℃左右，冬天溫度在-2℃左右，原路面所使用的是4cmAC13+6cmAC20+16cm水泥穩(wěn)定碎石+16cm水泥風(fēng)化砂+16cm水泥風(fēng)化砂。通過(guò)對(duì)路況進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)路面出現(xiàn)了瀝青老化嚴(yán)重的問(wèn)題，主要病害為裂縫，部分橫向裂縫甚至可以貫穿整個(gè)路面，間隔在20m到25m左右。該路段水損害問(wèn)題也較為嚴(yán)重，在下雨過(guò)后會(huì)出現(xiàn)泛漿的問(wèn)題，間隔在2-3m左右。該路面所行駛的車(chē)輛大多數(shù)為小型貨車(chē)和小型客車(chē)，集裝箱以及拖掛類車(chē)輛也較多。

均勻路段劃分依據(jù)：I級(jí)路段：路面裂縫、少量坑槽、無(wú)沉陷，基層基本完好，彎沉小于20mm，模量大于5000MPa，處理方式為基層病害嚴(yán)重處局部處治，面層挖除重鋪或再生。II級(jí)路段：路面裂縫、少量坑槽、無(wú)沉陷，基層基本完好，彎沉20mm到25mm，模量大于3500MPa到5000MPa，處理方式為基層病害嚴(yán)重處局部處治，面層挖除重鋪或再生。III級(jí)路段：路面裂縫嚴(yán)重，坑槽、沉陷、路面唧漿、上基層水損害較嚴(yán)重，下基層完好，彎沉25mm到30mm，模量大于2000MPa到3500MPa，處理方式為上基層以上結(jié)構(gòu)挖除重鋪或再生、下基層病害局部處理。IV級(jí)路段：路面裂縫嚴(yán)重，坑槽、沉陷、路面唧漿、上基層水損害較嚴(yán)重，下基層完好，彎沉大于30mm，模量小于2000MPa，處理方式為上基層以上結(jié)構(gòu)挖除重鋪或再生、下基層病害局部處理。

1.2 路面維修計(jì)劃設(shè)計(jì)

根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)對(duì)路段進(jìn)行劃分后，選擇III級(jí)路段作為試驗(yàn)具體路面，根據(jù)路面維修方案對(duì)冷再生瀝青混合料的材料性能進(jìn)行分析。選擇乳化瀝青常拌冷再生作為基層，將瀝青面層和水穩(wěn)碎石基層實(shí)施先銑刨挖除處理，前者厚度為10cm，后者厚度為16cm，對(duì)水泥穩(wěn)定風(fēng)化砂基層局部破損處進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，并對(duì)開(kāi)裂處單獨(dú)處理，在上述處理完成后鋪設(shè)再生瀝青混合料基層及瀝青混合料面層，其中再生層銑刨料全部選用瀝青混凝土面層銑刨料，再生劑選擇乳化瀝青。新路面結(jié)構(gòu)為：15cm中粒式乳化瀝青廠拌冷再生瀝青混凝土（上基層）+7cm熱拌瀝青混合料AC-20+4cmAC-13（SMA-13）。

舊路的病害情況、路用性能以及路面的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是設(shè)計(jì)再生維修計(jì)劃的重要客觀數(shù)據(jù)，能夠保證技術(shù)人員對(duì)舊路的使用情況有清晰的了解。在上述所調(diào)查的舊路中發(fā)現(xiàn)存在較為嚴(yán)重的裂縫病害，這種病害問(wèn)題能夠利用冷再生方式實(shí)施處理，能夠取得較好的維修效果。并且最終設(shè)計(jì)了針對(duì)III級(jí)路段的冷再生瀝青混合料維修方案。

2? 冷再生瀝青路面混合料材料性能研究

在設(shè)計(jì)完畢路面維修方案后，需要對(duì)冷再生瀝青混合料進(jìn)行性能對(duì)比和研究，以此來(lái)調(diào)整混合配比設(shè)計(jì)，保證最終形成的冷再生瀝青混合料能夠滿足病害維修需求。因路面長(zhǎng)期承受來(lái)自車(chē)輛的負(fù)載力以及外界自然因素的影響，在路面結(jié)構(gòu)中骨架結(jié)構(gòu)的作用有所減小，瀝青老化問(wèn)題較為嚴(yán)重，路面結(jié)構(gòu)性能相較于之前大幅度降低。在這種情況下必須要改善冷再生瀝青混合料的性能，改善混合料制備條件，才能夠幫助路面結(jié)構(gòu)恢復(fù)原有的性能。

2.1 乳化瀝青再生混合料選擇要點(diǎn)

在本次研究中所使用的混合料為乳化瀝青再生混合料，該種材料主要是通過(guò)乳化瀝青來(lái)提升再生瀝青混合料的穩(wěn)定性，同時(shí)在混合料中添加其他填料或者集料能夠提升冷再生瀝青混合料的級(jí)配水平，經(jīng)常使用的填料包括水泥、石灰粉等。乳化瀝青會(huì)通過(guò)多種處理，例如干燥處理、電荷中和作用以及分解破乳等不同環(huán)節(jié)，在經(jīng)過(guò)這些環(huán)節(jié)后乳化瀝青能夠同其他的再生瀝青材料緊密的黏合在一起，進(jìn)而提升材料的強(qiáng)度。在實(shí)施乳化瀝青再生加工的過(guò)程中必須要重視攪拌的時(shí)間，否則會(huì)影響到最終材料的強(qiáng)度，因此技術(shù)人員需要控制乳化瀝青破乳時(shí)間和乳化瀝青的凝聚時(shí)間，確保當(dāng)乳化瀝青在被壓實(shí)之后能夠在短時(shí)間內(nèi)形成一定的強(qiáng)度。通過(guò)對(duì)長(zhǎng)期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)再生瀝青混合料材質(zhì)會(huì)對(duì)乳化瀝青破乳時(shí)間產(chǎn)生一定的影響，集料性質(zhì)、填充料性質(zhì)以及外界環(huán)境也屬于占比較高的影響因素。根據(jù)路面的病害情況和結(jié)構(gòu)情況增加一定的乳化劑，保證乳化瀝青能夠和被固定的材料具有較好的相容性，調(diào)整乳化瀝青的破乳時(shí)間，保證這一時(shí)間段的合理性。在進(jìn)行乳化瀝青的選擇過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)項(xiàng)目級(jí)進(jìn)行選擇，需要比其細(xì)一級(jí)，并根據(jù)再生瀝青混合料中材料性質(zhì)挑選合適的乳化瀝青。

2.2 乳化瀝青再生混合料的原材料

瀝青是乳化瀝青再生混合料的主要材料，根據(jù)回收瀝青的針入度分別選擇中裂以及慢裂乳化瀝青，前者適用小于30的瀝青，后者則是用于大于30度的狀態(tài)。為了保證材料的黏合度和穩(wěn)定性，需要將銑刨的混合料和穩(wěn)定碎石進(jìn)行篩分，篩分標(biāo)準(zhǔn)為0mm到5mm，5mm到10mm，10mm到20mm，最終本次研究選定0mm到5mm的混合料和穩(wěn)定碎石。在對(duì)再生瀝青混合料進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)其中粗骨料較少，因此需要在其中增加一定的粗骨料，能夠改善骨架結(jié)構(gòu)性能。乳化瀝青選擇是極其重要的，是影響到最后維修效果的一大材料，必須要保證能夠和穩(wěn)定材料之間存在相容性，且同時(shí)要擁有一定的固含量，能夠?qū)υ偕鸀r青混合料實(shí)施充分的裹覆。乳化瀝青也需要具備軟化能力，能夠軟化存在老化問(wèn)題的瀝青，進(jìn)而加快強(qiáng)度的形成速度。對(duì)乳化瀝青實(shí)施早期強(qiáng)度測(cè)試，按照3.5%乳化瀝青以及1%水泥的比例進(jìn)行摻加，使用選裝壓實(shí)的方式對(duì)其實(shí)施壓實(shí)處理，壓實(shí)次數(shù)為20次，將其放置在溫度25℃、濕度70%的環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試。最終確定使用慢裂性陽(yáng)離子乳化瀝青。水泥選擇PO32.5水泥，初凝和終凝時(shí)間分別在3個(gè)小時(shí)和6個(gè)小時(shí)以上。

2.3 乳化瀝青再生混合料配比

乳化瀝青的強(qiáng)度形成過(guò)程和以往所使用的熱拌式材料相差較多，當(dāng)乳化瀝青完成破乳、當(dāng)水泥完成水化之后才會(huì)形成，因此需要該種混合料能夠擁有允許兩種材料完成破乳和水化的時(shí)間。當(dāng)處于60℃環(huán)境之下，水泥水化反應(yīng)和溫度的升高成反比關(guān)系，當(dāng)溫度在110℃左右則會(huì)停止反應(yīng)。對(duì)乳化瀝青冷再生材料中含有的水分進(jìn)行分析，可以得出其含量小于2%。分別對(duì)其進(jìn)行50次擊實(shí)、75次擊實(shí)、100次擊實(shí)，并放置在室內(nèi)正常溫度環(huán)境下進(jìn)行養(yǎng)生，養(yǎng)生時(shí)間為1天，之后將試驗(yàn)樣品放置在60℃的環(huán)境下進(jìn)行烘烤，烘烤溫度始終不變，烘烤時(shí)間為2天。之后一個(gè)擊實(shí)后放置半天脫模，另一個(gè)放置半天直接脫模，對(duì)比兩種樣品的穩(wěn)定性、干濕、凍融劈裂強(qiáng)度。最終確定方案為擊實(shí)75次，室溫放置24h，放置60℃的環(huán)境下進(jìn)行烘烤2天，放置半天直接脫模，即可獲得最佳配比的材料。

3? 結(jié)束語(yǔ)

冷再生瀝青混合料可以避免大量的瀝青混凝土廢棄材料長(zhǎng)期堆積給環(huán)境造成惡劣影響，同時(shí)也能夠減少瀝青和砂石的使用量，能夠在高效處理廢料的基礎(chǔ)上維護(hù)自然環(huán)境，符合我國(guó)近年來(lái)所貫徹的可持續(xù)發(fā)展政策。冷再生的具體形式包括水泥再生、乳化瀝青再生以及泡沫瀝青再生等，在應(yīng)用冷再生瀝青的過(guò)程中，需要針對(duì)路面病害實(shí)際情況確定瀝青混合料的材料，這樣才能夠提升瀝青路面的應(yīng)用性能以及使用壽命，為后續(xù)公路的使用提供重要保障。通過(guò)研究，還能為我國(guó)公路路面建設(shè)提供有效的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在其他路面進(jìn)行改造時(shí)能夠及時(shí)提供重要的理論指導(dǎo)。

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