泡沫瀝青—CTB再生混合料在路面基層中的應用

馬 驥

(甘肅省蘭州公路局榆中公路段，甘肅 蘭州 730000)

采用泡沫瀝青—水泥穩(wěn)定廢舊瀝青混合料，添加一定量的新料和適量的水分，拌和均勻形成的混合料經(jīng)攤鋪和碾壓形成泡沫瀝青—水泥穩(wěn)定舊瀝青路面廢料基層。相比水泥穩(wěn)定碎石混合料基層(CTB)，引入泡沫瀝青會減小早期開裂的風險，利用冷再生技術其經(jīng)濟效益高，保護生態(tài)環(huán)境，降低道路養(yǎng)護成本，提高道路改造效益，值得推廣[3，4]。本文依托蘭州榆中縣某縣道路面維修工程展開對泡沫瀝青—水泥穩(wěn)定碎石(CTB)再生混合料作為路面基層材料的研究。

1 泡沫瀝青CTB再生混合料配合比設計

1.1 發(fā)泡瀝青特性

瀝青發(fā)泡原理是冷水遇到熱瀝青汽化導致瀝青體積增大，粘度短暫降低，在相同的瀝青用量下，與瀝青發(fā)生交互作用的比表面積越大，形成的瀝青膜越薄，具有粘聚力的結構瀝青越多，混合料整體強度較高。選擇中海70號A級重交瀝青進行發(fā)泡試驗，采用德國維特根公司生產(chǎn)的WLB10型瀝青發(fā)泡試驗機，一般影響發(fā)泡效果的因素為發(fā)泡溫度、用水量等，評價指標為膨脹比和半衰期，因此設置瀝青發(fā)泡溫度為150 ℃，160 ℃，170 ℃，180 ℃；發(fā)泡用水量為1.5%，2%，2.5%，3%，3.5%，進行發(fā)泡參數(shù)的選取，試驗結果見表1。

同一溫度下，隨著用水量的增加，膨脹比增大，而半衰期減小；相同用水量的情況下，膨脹比及半衰期隨溫度的變化較小，且規(guī)律性不強。對于評價瀝青發(fā)泡性能的指標國內(nèi)外還未作出統(tǒng)一的規(guī)定，Ruckel與德國維特根公司分別建議膨脹比在8～15，半衰期大于20 s和膨脹比大于15，半衰期在5 s～10 s綜合考慮膨脹比、半衰期兩個指標后，確定中海70號基質(zhì)瀝青的最佳發(fā)泡條件為：瀝青發(fā)泡溫度選擇在160 ℃，發(fā)泡加水量為2.5%，此條件下半衰期為11.2 s，膨脹比為25.1。

1.2 集料與混合料級配

再生混合料中添加的新料主要為石灰?guī)r，技術指標見表1～表3。舊料源于甘肅省蘭州市榆中縣境內(nèi)某縣道瀝青路面銑刨料，舊料篩分試驗結果見表4。

表1 中海70號基質(zhì)瀝青發(fā)泡試驗結果

表2 粗集料技術指標

表3 細集料技術指標

表4 舊料篩分及合成級配表

最終合成級配見表4。由表4可知，原路面的級配整體偏粗，因此加入占舊混合料中礦料質(zhì)量40%的新礦料并引入水泥改善級配，各檔集料比例分別為舊料∶10 mm～20 mm∶5 mm～10 mm∶0 mm～5 mm∶礦粉=60∶18∶4.8∶14∶2.4。

1.3 最佳含水率

為提高混合料早期強度，確定水泥用量為2%，根據(jù)JTG/T 5521—2019瀝青再生混合料相關要求，暫定泡沫瀝青用量為3%，參照JTG E51—2009公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程對預估最佳含水率附近的5個用水量進行擊實試驗，得到不同含水率對應的干密度，見圖1。

由圖1可知，泡沫瀝青—水泥穩(wěn)定再生混合料的最大干密度為2.455 g/cm3，最佳含水率為5.1%，外加用量為3.6%。

1.4 最佳瀝青用量

瀝青混凝土路面在行車作用下會因抗拉強度較低而失穩(wěn)。一般采用劈裂強度試驗進行評價。選擇2.0%，2.5%，3.0%，3.5%等4個油石比成型兩組標準馬歇爾試件經(jīng)40 ℃養(yǎng)生后分別在15 ℃干燥條件下和25 ℃浸水23 h，15 ℃浸水1 h下進行劈裂強度試驗，優(yōu)選最佳泡沫瀝青用量，試驗結果見圖2。

由圖2可知，干試件組的劈裂強度均大于浸水組，且隨著混合料油石比的增大，劈裂強度呈先增加后降低的趨勢，在油石比為3.0%時達到峰值，計算此時干、濕劈裂強度比為83.2%，表明混合料的水穩(wěn)定性較好。通過換算可得泡沫瀝青—水泥穩(wěn)定再生混合料最佳泡沫瀝青用量為2.8%。

2 路用性能驗證

按照上述配合比參數(shù)進行泡沫瀝青—水泥穩(wěn)定再生混合料路用性能的驗證，試驗結果見表5。其中15 ℃劈裂強度及干濕劈裂強度比均滿足技術要求，動穩(wěn)定度遠大于技術要求，說明再生混合料的抗高溫變形能力更強。

表5 泡沫瀝青—水泥穩(wěn)定碎石混合料路用性能

3 經(jīng)濟效益分析

蘭州市榆中縣某縣道X126瀝青路面為雙向兩車道，設計時速為60 km/h，建成通車后已運營超過10年，但因交通荷載的猛增導致路面出現(xiàn)嚴重疲勞破壞繼而產(chǎn)生縱向裂縫以及龜裂現(xiàn)象，對原路面進行大修養(yǎng)護是必然的。傳統(tǒng)的處理方案均是銑刨重鋪，但對于銑刨舊料的處治較為復雜，考慮到瀝青和集料可重復利用，采取泡沫瀝青—水泥穩(wěn)定舊料作為基層使用，達到節(jié)約施工成本的目的，并實施試驗路段約400 m。在此，列舉出3種公路大修方案的每平米價格(見表6)，分析泡沫瀝青—水泥穩(wěn)定再生混合料的經(jīng)濟效益。

表6 路面結構及造價

由表6可知，在瀝青上、中面層結構、材料不變的情況下，采用12 cm的泡沫瀝青—水泥穩(wěn)定再生混合料的價格相較前兩種方案分別減少約6.2元/m2，19元/m2，若工程數(shù)量較大，將是一筆可觀的成本控制費用，體現(xiàn)出良好的經(jīng)濟性。

4 結論

通過泡沫瀝青—水泥穩(wěn)定再生混合料的研究，得出如下結論：1)發(fā)泡溫度為160 ℃、用水量為2.5%，可獲得發(fā)泡性能較好的泡沫瀝青；2)在進行泡沫瀝青—水泥穩(wěn)定再生混合料配合比設計時，應當結合無機結合料和瀝青混合料的試驗方法對其主要參數(shù)選取，本次試驗的最佳用水率為5.1%，泡沫瀝青用量為2.8%；3)對比不同大修方案下的成本可知，采用12 cm的泡沫瀝青—水泥穩(wěn)定再生混合料可降低施工成本，展現(xiàn)出良好的經(jīng)濟性。