公路維修工程中瀝青路面基層冷再生技術(shù)的應(yīng)用研究

續(xù) 勤

（甘肅省交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

公路是人們出行和交通運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)，但是隨著超載車輛的增多和車輛輪胎的大量摩擦，在一定程度上減少了公路的使用壽命，因此對(duì)公路進(jìn)行維修和養(yǎng)護(hù)不僅是保障交通運(yùn)輸順利通行的重要基礎(chǔ)，也是提升人們出行安全系數(shù)的重要保障。在傳統(tǒng)維修技術(shù)背景下，一般會(huì)在材料上面造成極大的浪費(fèi)，難以符合現(xiàn)階段我國(guó)集約型社會(huì)發(fā)展理念，因此冷再生技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，該技術(shù)無(wú)論是在公路維修質(zhì)量提升方面還是加快維修效率方面都有著極大的作用，因此需要對(duì)該技術(shù)進(jìn)行深入研究，以此來(lái)全面保障冷再生技術(shù)的使用效果與價(jià)值。

1 冷再生技術(shù)相關(guān)簡(jiǎn)介

在常溫條件下，結(jié)合專業(yè)的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行連續(xù)銑刨和破碎等工藝來(lái)完成相關(guān)工程，這種技術(shù)被稱為冷再生技術(shù)，其工藝作用的對(duì)象包含面層、舊路面結(jié)構(gòu)層等部位，同時(shí)其技術(shù)流程包括再生材料的添加、拌和、攤鋪和碾壓等，以此為基礎(chǔ)，使路面的結(jié)構(gòu)層重新形成一定的承載能力［1］。該技術(shù)的主要特點(diǎn)有以下三點(diǎn)。

1.1 成本較低

對(duì)于公路維修施工而言，會(huì)投入大量的資金來(lái)支持維修工程的順利實(shí)施，其中包含人工費(fèi)用、材料運(yùn)輸費(fèi)用和機(jī)械的租賃與維護(hù)費(fèi)用，在整個(gè)維修工程中，材料費(fèi)用占比較大。因此在冷再生技術(shù)的使用中，能夠有效的節(jié)省材料，就可減少大量材料資金的投入。

1.2 工期較短

冷再生技術(shù)可以減少傳統(tǒng)公路維修工程中材料的采購(gòu)、運(yùn)輸和更換等環(huán)節(jié)，將現(xiàn)有的鋪層材料加以運(yùn)用，提高整體施工速度。一些工序如銑刨、破碎、添加、拌和和攤鋪等可以短時(shí)間內(nèi)一次性完成，滿足工期縮短的要求和道路通行要求［2］。

1.3 環(huán)境污染較低

在公路維修期間，會(huì)造成一定的施工材料的大量堆積和各種粉塵產(chǎn)生，在現(xiàn)場(chǎng)不僅會(huì)造成環(huán)境污染，而且還會(huì)為周邊居民的出行產(chǎn)生不便。而在冷再生技術(shù)支持下，其可以對(duì)材料做出二次利用，進(jìn)而有效減少環(huán)境污染的發(fā)生，并且可以合理利用廢舊料，使路用廢料能夠循環(huán)使用。

2 瀝青路面冷再生技術(shù)的作用機(jī)理

2.1 乳化瀝青在冷再生混合料中的作用機(jī)理

在電荷作用分析中，乳化瀝青粒子其內(nèi)部可以分為陰陽(yáng)離子兩種形式，其中帶有正電荷的瀝青陽(yáng)離子與其表面的酸性集料（帶有負(fù)電荷）有著十分高強(qiáng)的粘附性，并且在集料的表面其可以與陽(yáng)離子乳化劑分子、水中存在的N原子進(jìn)行親和，進(jìn)而將瀝青與集料的粘附性加以改變，提升其總體粘附性，這樣帶有正電荷的陽(yáng)離子就可以與酸性的集料更好地粘在一起?；陉?yáng)離子乳化瀝青的特點(diǎn)，陰離子也可結(jié)合該特點(diǎn)來(lái)粘合堿性材料。而在路面材料的拌和和壓實(shí)過程中主要體現(xiàn)的是物理性質(zhì)，因?yàn)槠淙榛瘎┲芯哂杏H油基，這種親油基不僅可以在集料的表面靠近，而且對(duì)于瀝青粒子的靠近也有著十分有效地促進(jìn)作用［3］。在相關(guān)乳化分析促進(jìn)下，其與集料表面的結(jié)合力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其與水分子表面的結(jié)合力，在壓力下會(huì)將集料的水分?jǐn)D出，瀝青可以由此占據(jù)水分的位置，形成瀝青薄膜。隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，乳化瀝青水分也會(huì)逐漸減少，這樣在養(yǎng)護(hù)的作用下各個(gè)瀝青粒子之間會(huì)形成瀝青膜，并且隨著水分的蒸發(fā)這種瀝青膜的強(qiáng)度也在逐漸提升［4］。

2.2 水泥在冷再生混合料中的作用機(jī)理

在物理層面，水泥中混合料都是擔(dān)當(dāng)著“礦粉”的角色，并且在用量過多期間，整體混合料的結(jié)構(gòu)瀝青會(huì)隨之減少，這樣混合料中的自有瀝青逐漸增多，導(dǎo)致整個(gè)路面的抗滑性有所降低，因此需要在整個(gè)混合料中加入一些水泥，減少自由瀝青的數(shù)量和連接，提升集料與水泥之間的粘合性［5］。另外由于乳化瀝青冷再生混合料有著較大的空隙率，因此需要利用水泥來(lái)填充整個(gè)集料的空隙率，在此基礎(chǔ)上促進(jìn)集料強(qiáng)度提升。

在化學(xué)方面，水泥會(huì)與乳化瀝青中的一些水分發(fā)生反應(yīng)，生成水化反應(yīng)物，該反應(yīng)物具備一定的強(qiáng)度，如CSH、Ca（OH）2、C4AFH13等物質(zhì)，其本身的體積也是一般水泥的2倍左右，因此集料的空隙率會(huì)在水泥添加后顯著減低，提升再生混合料的強(qiáng)度［6］。

3 案例分析冷再生技術(shù)實(shí)際工程應(yīng)用

3.1 工程背景

在我國(guó)某區(qū)域公路段2018年底通車，上層為AC-13面層，中層為AC-20面層，基層為水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 工程路面結(jié)構(gòu)層圖示

該路段通車以來(lái)，路面的交通量逐漸增加，車輛超載現(xiàn)象較多，另外該路面采取的是傳統(tǒng)的半剛性基層路面形式，在外界環(huán)境因素、降水因素和車輛因素作用下路面開裂和水損害較為嚴(yán)重?，F(xiàn)場(chǎng)在路況檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)路面的橫縱裂縫較多，并且其中的橫縫在整個(gè)路面都存在，一般的橫縫在20～25 m，屬于一種基層的反射裂縫，同時(shí)也屬于半剛性形式。但是該路面的縱縫主要產(chǎn)生在行車道位置。

在實(shí)際的路面檢測(cè)期間，發(fā)現(xiàn)一些超車道和行車道位置有著較為嚴(yán)重的泛漿狀況，這種問題間隔大約在2 m左右，同時(shí)還有一些部分路面出現(xiàn)坑洼情況，影響交通安全。因此需要對(duì)該路段進(jìn)行維修處理，本維修工程以瀝青路面冷再生技術(shù)實(shí)施，其具體施工包含三個(gè)步驟，分別為施工前、施工中和竣工后。首先在施工開始之前，需要先確定銑刨料內(nèi)部的含水量，這樣才能夠確定需要添加的水量以及料斗情況；施工過程主要包含冷再生混合料的拌和、運(yùn)輸和攤鋪?zhàn)鳂I(yè)等；竣工后工作內(nèi)容主要包含路面的壓實(shí)度檢測(cè)和后續(xù)養(yǎng)護(hù)工程等工作。

3.2 冷再生技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

3.2.1 施工前準(zhǔn)備

（1）舊路面銑刨。在路面銑刨使用冷再生技術(shù)過程中，采取傳統(tǒng)的的銑刨方式進(jìn)行，盡量保障大部分路面銑刨料粒徑可以被控制在混合料最大粒徑范圍內(nèi)。如果銑刨速度過快、銑刨料粒徑過大，會(huì)產(chǎn)生大量的材料浪費(fèi)；如果速度過慢或者粒徑過小，也難以全面利用好銑刨料的作用。因此明確水量的控制再進(jìn)行運(yùn)輸和存儲(chǔ)，方可保障材料的重復(fù)利用。

（2）銑刨料的分類和存放。需要對(duì)路面銑刨下來(lái)的回收瀝青材料在卡車支持下運(yùn)輸?shù)桨韬蠌S的運(yùn)輸帶上，結(jié)合運(yùn)輸帶傳輸?shù)胶Y分機(jī)，一般分為三個(gè)檔次，如0～5 mm一檔、5～10 mm一檔和10～20 mm一檔，隨后結(jié)合不同的檔次進(jìn)行分開存儲(chǔ)，但是需要在生產(chǎn)之前明確測(cè)量銑刨料的含水量。

（3）添加新料和舊料。在實(shí)際施工中配備一個(gè)水泥罐和一個(gè)礦粉罐，冷料倉(cāng)配備六個(gè)，再結(jié)合生產(chǎn)的配比要求進(jìn)行科學(xué)添加，結(jié)合精密的計(jì)量?jī)x器進(jìn)行嚴(yán)格控制基料摻量，保障各級(jí)混合料的配比要求。

3.2.2 施工過程

（1）運(yùn)輸和攤鋪混合料。在運(yùn)輸混合料過程中，其運(yùn)輸車車廂內(nèi)部需要保障全面干凈和安全，并且在裝料期間需要前后移動(dòng)，防止集料離析。另外根據(jù)實(shí)際的工程建設(shè)要求和攤鋪要求，需要對(duì)運(yùn)輸車的發(fā)車時(shí)間和車次進(jìn)行控制，防止運(yùn)輸期間混合料頂面出現(xiàn)高溫情況，同時(shí)在攤鋪過程中需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)路段的寬度來(lái)調(diào)節(jié)冷再生混合料，但是由于冷再生技術(shù)在使用過程中需要冷鋪，因此不需要加熱熨平板，保障攤鋪的速度均勻、連續(xù)，并且隨時(shí)檢查混合料攤鋪的厚度，盡量減少裂縫的出現(xiàn)。其具體的碾壓方案見表1所列。

表1 路面碾壓方案

（2）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)見表2所列。

表2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)指標(biāo)

3.2.3 竣工后工作

（1）試驗(yàn)路段的觀測(cè)。在竣工養(yǎng)護(hù)之后需要進(jìn)行檢測(cè)，該試驗(yàn)段使用一年之后，也就是2019年現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)試驗(yàn)段路面的使用情況需要加以檢測(cè)，在此次檢測(cè)過程中，發(fā)現(xiàn)一些路段上面層部分存在一些骨料玻璃和輕微水損害，除了這些少部分路段而言，其他路段表現(xiàn)良好，路面觀察沒有橫向與縱向裂縫等病害。

（2）彎沉檢測(cè)。彎沉檢測(cè)需要在工程竣工一年以上才可進(jìn)行，并且對(duì)同一位置進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果表明施工后彎沉值要遠(yuǎn)小于施工前，說明冷再生技術(shù)的使用提升了路面的承載能力。從竣工后第二次彎沉檢測(cè)和第一次彎沉檢測(cè)結(jié)果分析來(lái)看，在使用一年時(shí)間后，每個(gè)試驗(yàn)路段的彎沉值都在發(fā)生增加的狀況，并且承載力不斷衰減，但是各個(gè)試驗(yàn)路段程度不同，并且在銑刨料檢查下，其經(jīng)過冷再生試驗(yàn)的作用，能夠有效提升該集料的使用效果，提升整體的耐疲勞性，正常使用的耐久度相對(duì)較好［7］。這說明冷再生技術(shù)可以對(duì)公路維修質(zhì)量和效率的提升創(chuàng)造良好的技術(shù)條件基礎(chǔ)，本工程在使用該技術(shù)后有著更加良好的質(zhì)量提升。

4 結(jié)束語(yǔ)

在對(duì)冷再生技術(shù)的使用特點(diǎn)、作用機(jī)理分析之后，接著對(duì)其在實(shí)際工程應(yīng)用進(jìn)行介紹，明確相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)范圍，冷再生技術(shù)可以極大地提升路用性能，延長(zhǎng)公路的使用面積。同時(shí)其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益也是十分明顯的。因此在實(shí)際公路維修工程中，冷再生技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以有效提升公路維修的效率和質(zhì)量，同時(shí)也為人們出行的安全性和便利性提供重要的技術(shù)保障。