廠拌泡沫瀝青冷再生配合比設(shè)計(jì)和施工工藝研究

欒雨澄，曹春輝

（山東路源公路工程處，山東煙臺(tái) 265400）

1 泡沫瀝青冷再生混合料概述

泡沫瀝青冷再生混合料中的再生料是將老舊瀝青路面銑刨料（RAP）經(jīng)過(guò)破碎、篩分而成，根據(jù)混合料的級(jí)配粗細(xì)，將再生料篩分成2～3 檔備用。泡沫瀝青冷再生混合料多用于路面的基層或下面層，施工時(shí)將不同比例的銑刨料（RAP）、新集料（必要時(shí)）和泡沫瀝青、水、水泥、礦粉拌和在一起，經(jīng)過(guò)攤鋪和碾壓等工藝形成一種滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求的路面結(jié)構(gòu)層。該技術(shù)是路面大中修養(yǎng)護(hù)常用技術(shù)，老舊瀝青路面回收利用率達(dá)到85%～95%，符合我國(guó)道路交通工程“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”的發(fā)展理念，是道路交通工程建設(shè)領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。

2 泡沫瀝青冷再生配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 5521—2019）要求[1]，使用馬歇爾法進(jìn)行泡沫瀝青冷再生混合料配合比的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)選擇中粒式再生混合料，采用標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)法成型Φ101.6mm×63.5mm 的試件，進(jìn)行劈裂強(qiáng)度等試驗(yàn)。

2.1 原材料選擇

（1）泡沫瀝青

泡沫瀝青發(fā)泡時(shí)，選擇普通70#-A 道路石油瀝青，將瀝青加熱至160～170℃，同時(shí)選擇發(fā)泡用水量2%進(jìn)行發(fā)泡。70#-A道路石油瀝青的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 瀝青技術(shù)指標(biāo)

（2）集料

將回收的銑刨料進(jìn)行破碎、篩分處理，篩分成的規(guī)格為0～10mm 和10～20mm，取樣并烘干銑刨料（RAP）中的水分備用。新集料選擇10～25mm 的碎石。對(duì)破碎篩分好的兩檔RAP 料、新集料分別進(jìn)行篩分試驗(yàn)，結(jié)果如表2。

表2 集料篩分結(jié)果

（3）水泥

水泥采用P·O 42.5道路用普通硅酸鹽緩凝水泥，按照《通用硅酸鹽水泥》（GB 175—2007）要求檢測(cè)，結(jié)果如表3。

表3 水泥檢測(cè)結(jié)果

2.2 配合比設(shè)計(jì)

（1）礦料級(jí)配

礦料級(jí)配設(shè)計(jì)時(shí)，集料、礦粉為內(nèi)摻，水泥和泡沫瀝青為外摻。選擇再生規(guī)范中的中粒式泡沫瀝青混合料級(jí)配范圍，確定混合料的級(jí)配比例為：新集料10～25mm∶RAP 0～10mm∶RAP 10～20mm∶礦粉=10∶50∶37∶3。合成級(jí)配如表4所示。

表4 合成級(jí)配

（2）最佳含水量、最大干密度

對(duì)上述比例的混合料進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，確定混合料的最佳含水量、最大干密度。擊實(shí)時(shí)，泡沫瀝青用量定為3.5%，水泥按照1.5%外摻，變化用水量（總用水量）進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，獲得在最大干密度時(shí)對(duì)應(yīng)的含水量就是該混合料的最佳含水量。結(jié)果為：最大干密度2.145g/cm3，最佳含水量5.3%（總含水量）。

（3）確定最佳泡沫瀝青用量

按照新集料10～25mm∶RAP 0～10mm∶RAP 10～20mm∶礦粉=10∶50∶37∶3 的比例，水的總用量為最佳含水量5.3%（計(jì)算時(shí)包含新加入的水和泡沫瀝青里的水），水泥按照1.5%和1.8%外摻，然后泡沫瀝青分別為2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%進(jìn)行拌和。根據(jù)再生規(guī)范中的馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)法（雙面75 次）進(jìn)行試件成型，然后將試件連同試模一起在60℃烘箱中養(yǎng)生不少于40h，從烘箱中拿出試模雙面擊實(shí)25 次后，室溫冷卻12h 脫模。按照劈裂試驗(yàn)的方法[2]，測(cè)試試件的15℃劈裂強(qiáng)度、浸水24h 的15℃劈裂強(qiáng)度，結(jié)果如表5 所示。

表5 混合料技術(shù)指標(biāo)

分析試驗(yàn)結(jié)果，水泥用量從1.5%增加到1.8%時(shí)，劈裂強(qiáng)度增加，但干濕劈裂比有所下降。分析原因，是由于混合料在水泥用量增加時(shí)，其脆性增大造成的[3]。為避免混合料脆性增大，選擇水泥用量為1.5%。在水泥用量為1.5%時(shí)，混合料的劈裂強(qiáng)度峰值對(duì)應(yīng)的泡沫瀝青用量為3.5%，因此，混合料最佳的泡沫瀝青用量為3.5%。

（4）配合比設(shè)計(jì)驗(yàn)證

由于泡沫瀝青冷再生混合料經(jīng)常用于下面層，因此按照面層要求，需要進(jìn)行配合比驗(yàn)證。按照上述的級(jí)配、最佳泡沫瀝青用量、最佳含水量成型試件，進(jìn)行凍融劈裂試驗(yàn)和車(chē)轍試驗(yàn)，結(jié)果如下表6所示。

表6 混合料性能驗(yàn)證結(jié)果

（5）配合比設(shè)計(jì)結(jié)論

通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究，泡沫瀝青冷再生的配合比設(shè)計(jì)方案如下表7所示。

表7 配合比設(shè)計(jì)結(jié)論 單位：%

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 混合料的拌和與運(yùn)輸

（1）混合料拌和

采用徐工XCL300R 冷再生拌和設(shè)備拌和混合料，每小時(shí)出料約200t。按照上述配合比進(jìn)行拌和，拌和時(shí)拌和樓駐場(chǎng)試驗(yàn)人員要隨時(shí)根據(jù)兩級(jí)拌和的出料狀況，進(jìn)行取樣，檢驗(yàn)含水量，及時(shí)制作以備后期試驗(yàn)使用；混合料的拌和時(shí)間一般在12～15s，拌和過(guò)長(zhǎng)，集料表面的泡沫瀝青容易摩擦剝落，拌和時(shí)間太短，泡沫瀝青不能充分包裹住集料；生產(chǎn)過(guò)程中，密切監(jiān)控所有原材料的變異情況，如果原材料出現(xiàn)重大變異，重新進(jìn)行泡沫瀝青配方和混合料配合比設(shè)計(jì)。

（2）混合料運(yùn)輸

混合料采用自卸車(chē)運(yùn)輸，車(chē)輛進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)，車(chē)輛數(shù)要滿足機(jī)組出料和攤鋪速度相互協(xié)調(diào)的需要，攤鋪機(jī)和機(jī)組應(yīng)保證有2輛車(chē)等待。裝料前將運(yùn)輸車(chē)車(chē)廂清洗干凈并涂刷肥皂水。機(jī)組和施工現(xiàn)場(chǎng)不宜過(guò)遠(yuǎn)，車(chē)頂裸露的混合料用棉被覆蓋，減少水分蒸發(fā)損失。在拌和機(jī)料斗下接料時(shí)，每車(chē)分三次接料，運(yùn)輸車(chē)前后移動(dòng)，接料順序?yàn)榍?、后、中，減少混合料離析。

3.2 混合料的攤鋪與壓實(shí)

（1）混合料攤鋪

混合料采用攤鋪機(jī)攤鋪，熨平板不需要加熱。攤鋪前應(yīng)檢查攤鋪機(jī)的工作裝置和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，確認(rèn)處于正常工作狀態(tài)。熨平板振頻振幅以高頻低幅為宜，初始密實(shí)度達(dá)到85%以上。攤鋪連續(xù)、均勻，速度在2～4m/min。松鋪系數(shù)根據(jù)試驗(yàn)段確定，一般在1.2～1.4。

（2）混合料壓實(shí)

初壓采用1 臺(tái)單鋼輪壓路機(jī)全寬靜壓1 遍。復(fù)壓采用兩臺(tái)單鋼輪壓路機(jī)強(qiáng)振碾壓4遍。終壓用膠輪壓路機(jī)靜壓5遍，直至有效消除微裂紋及輪跡。除上述壓實(shí)機(jī)械外，還需配備一臺(tái)小型振動(dòng)壓路機(jī)，以保證邊角處的壓實(shí)度。壓路機(jī)應(yīng)保持勻速碾壓，初壓速度為1.5～3km/h，復(fù)壓、終壓速度為2～4km/h。

3.3 養(yǎng)生

養(yǎng)護(hù)期間完全封閉交通，禁止任何車(chē)輛通行，養(yǎng)護(hù)方式為自然養(yǎng)生，養(yǎng)生期不少于7d，達(dá)到可以取出完整芯樣或含水量低于2%時(shí)，可以提前結(jié)束養(yǎng)生。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）泡沫瀝青冷再生混合料的配合比設(shè)計(jì)中，水泥是為了提高其早期強(qiáng)度而添加的，目的是縮短工期，有利于早期取芯。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制水泥的用量，防止增加混合料的脆性，引起路面的過(guò)早裂縫。

（2）混合料的最佳含水量為室內(nèi)理論含水量，是集料在全干狀態(tài)下的試驗(yàn)結(jié)果，實(shí)際施工過(guò)程中應(yīng)根據(jù)集料的干濕狀態(tài)、天氣情況嚴(yán)格控制含水量，保證混合料在碾壓過(guò)程中保持最佳含水量狀態(tài)，有利于壓實(shí)充分，提高壓實(shí)度。

（3）混合料施工時(shí)，拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓、養(yǎng)生等工序要有效銜接，每個(gè)環(huán)節(jié)都需要嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行，以保證施工質(zhì)量。