探討泡沫瀝青就地冷再生水穩(wěn)基層配合比設(shè)計

葛 毅

（貴州省公路工程集團有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

近年來，隨著交通壓力的不斷增大，部分運營中的高速公路出現(xiàn)了不同形式的質(zhì)量病害，嚴(yán)重威脅行車安全，亟須進(jìn)行改擴建[1]。道路工程改擴建勢必會產(chǎn)生大量瀝青混合料及基層材料，不僅對環(huán)境造成較大破壞，而且資源浪費嚴(yán)重。而泡沫瀝青就地冷再生技術(shù)能有效解決這一問題，其具有舊料利用率高、施工方便、對交通影響小、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，在道路改擴建工程中應(yīng)用廣泛[2]。該文依托某高速公路路面改擴建工程實例，對泡沫瀝青就地冷再生水穩(wěn)基層配合比設(shè)計展開探究，并根據(jù)室內(nèi)及現(xiàn)場試驗，確定了泡沫瀝青再生料目標(biāo)配合比，經(jīng)綜合應(yīng)用，取得了顯著成效。

1 工程概況

某高速公路工程設(shè)計里程65 km，隨著運營年限的不斷增加，經(jīng)重載交通、降雨、冰雪凍融等綜合作用，部分路面產(chǎn)生了較為嚴(yán)重的破壞，嚴(yán)重影響行車穩(wěn)定性、舒適性、安全性。鑒于此種狀況，路政部門決定對該道路工程實施維修改造。通過實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該道路表面存在縱橫向裂縫、沉陷、擁包、坑槽等質(zhì)量病害。部分路段存在嚴(yán)重的功能性破壞，嚴(yán)重影響行車安全，綜合表現(xiàn)為路基承載力不足的現(xiàn)狀，亟須進(jìn)行補強加固處理，恢復(fù)道路使用性能，確保車輛通行安全。

2 病害修復(fù)方案確定

該道路工程部分路段存在較為嚴(yán)重的破壞，若進(jìn)行局部翻挖處理，施工難度較大、效果欠佳，且產(chǎn)生大量建筑垃圾，經(jīng)濟性、環(huán)保性較差。而采用薄層罩面技術(shù)，修復(fù)效果一般，且無法有效確保原始道路功能，極易導(dǎo)致病害發(fā)展，形成更為嚴(yán)重的質(zhì)量病害，可行性較低[3]。經(jīng)綜合比較，確定采用就地冷再生技術(shù)，不僅能有效處治道路存在的質(zhì)量病害，恢復(fù)道路使用功能，且施工效率高、成本低、對現(xiàn)場交通影響較小、經(jīng)濟效果顯著。

3 試驗用試樣分析

采用WR2500 再生機進(jìn)行就地取樣，為確保試驗結(jié)果的全面性、有效性，選擇不同深度路段進(jìn)行取樣，且保證取樣槽長度不低于2 m。在取樣槽中間位置取樣，確保試驗均勻性，防止出現(xiàn)離析現(xiàn)象。

3.1 砂當(dāng)量與塑性指數(shù)試驗

砂當(dāng)量是表征細(xì)集料含土率的重要參數(shù)，且在一定程度上反映集料潔凈程度[4]。為確定銑刨料塑性指數(shù)，實施砂當(dāng)量、塑性指數(shù)試驗，其兩種材料試驗檢測結(jié)果如表1 所示。

表1 兩種材料的砂當(dāng)量與塑性指數(shù)試驗結(jié)果

通過表1 能夠看出，兩種材料砂當(dāng)量較低。充分證明集料中含泥量較大，嚴(yán)重降低再生料性能。此外，其塑性指數(shù)較高，若采用泡沫瀝青材料進(jìn)行施工，需加入一定量的水泥進(jìn)行處理。

3.2 集料的選擇

因道路等級不同，其各自采用集料級配范圍存在顯著差異，具體情況如圖1 所示。通過圖1 能夠看出：①A 區(qū)域集料泡沫瀝青穩(wěn)定，適用于重載交通；②B 區(qū)域集料內(nèi)細(xì)集料含量較高，適用于輕交通道路，如將其用于A 區(qū)域，需加入一定量的粗集料；③C 區(qū)域細(xì)集料含量較少，其泡沫瀝青穩(wěn)定性較差，為有效提升其穩(wěn)定性，應(yīng)加入適量的細(xì)集料或粉煤灰。

圖1 泡沫瀝青冷再生混合料級配

通過上述試驗?zāi)軌蚩闯?，各種集料均會對泡沫瀝青混合料性能產(chǎn)生影響，當(dāng)其粒徑小于0.075 mm 時性能最佳，因此此類材料用量以5%～20%為宜。

3.3 級配設(shè)計

銑刨料中細(xì)集料含量較少，其0.075 mm 篩孔通過率僅1.5%。結(jié)合材料相關(guān)性能，采用加入細(xì)集料的方式，對其級配進(jìn)行科學(xué)調(diào)節(jié)[5]。

結(jié)合現(xiàn)場實際狀況，向混合料中加入粒徑為5 mm的米砂，并加入含量1%～1.5%的水泥，以有效提升再生料早期強度。此外，由于銑刨料含泥量較大，再生料塑性指數(shù)較高。經(jīng)綜合探究，確定各種材料實際配比為：銑刨料∶米砂∶水泥=75 ∶23.5 ∶1.5。經(jīng)試驗檢測，根據(jù)此配比進(jìn)行調(diào)整后，泡沫瀝青再生料級配滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 泡沫瀝青冷再生配合比設(shè)計

4.1 最佳發(fā)泡條件

泡沫瀝青發(fā)泡效果通常用膨脹率、半衰期兩項指標(biāo)進(jìn)行評價。結(jié)合性能特征，膨脹率越高，泡沫瀝青與集料之間包裹效果越好，制備的泡沫瀝青混合料性能越突出；當(dāng)半衰期不斷增加時，泡沫瀝青性能不會出現(xiàn)衰退現(xiàn)象，依舊可以較好地與集料接觸，即具有充足的拌制時間[6]。

為進(jìn)一步確定膨脹率和半衰期之間的關(guān)系，分別以溫度、用水量為變量進(jìn)行試驗探究，對各變量狀態(tài)下膨脹率、半衰期進(jìn)行分析，從而確定最佳發(fā)泡溫度及用水量，具體情況如圖2所示。通過圖2能夠看出，在溫度為150 ℃，用水量為2.5%時，可取得最佳發(fā)泡效果。此種條件下泡沫瀝青膨脹率超過10 倍，半衰期高于8 s，滿足施工需求。

圖2 70 號瀝青發(fā)泡特性曲線

4.2 最佳含水量

泡沫瀝青混合料制備、碾壓時，應(yīng)根據(jù)施工需要加入適量的水，確保其具有較好的工作性能，并保證壓實度滿足要求?；旌狭虾看笮≈苯記Q定泡沫瀝青路用性能。

（1）當(dāng)含水量低于最佳含水量，會造成混合料生硬，其碾壓施工難度較大，且碾壓完成后壓實度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求；而當(dāng)含水量較高時，混合料易產(chǎn)生離析現(xiàn)象，其強度及穩(wěn)定性較低[7]。

（2）該項目最佳含水量取最大干密度條件下的含水量，水泥及泡沫瀝青含量依次為1.5%、2.5%，含水量分別為5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%，制備性能不同的試件，并進(jìn)行試驗檢測，測定各試件含水量及干密度。

試驗顯示，初期，隨著含水量增大，水分逐步進(jìn)入各集料毛細(xì)孔內(nèi)，造成其干密度逐漸增大，工作性能顯著提升；后續(xù)，當(dāng)含水量達(dá)到一定程度，各集料充分被水包裹，其干密度、壓實度出現(xiàn)下降趨勢。結(jié)合試驗數(shù)據(jù)可知，最大干密度為2.137 g/cm3，最佳含水量為6.5%。

4.3 最佳泡沫瀝青用量

根據(jù)得出的最佳含水量（6.5%），分別取泡沫瀝青用量為2.5%、2.7%、3%進(jìn)行馬歇爾試驗，以確定最佳泡沫瀝青用量。

（1）混合料拌制時，分別加入標(biāo)準(zhǔn)用量的水和集料，攪拌均勻后，加入泡沫瀝青，然后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)擊實試驗，擊實75 次，且養(yǎng)生72 h 后，將其自然降溫至常溫狀態(tài)進(jìn)行脫模；試件制備完成后，進(jìn)行分組處理，并分別實施試驗檢測：前兩組進(jìn)行15 ℃干濕劈裂強度試驗；后兩組則進(jìn)行25℃凍融劈裂試驗。

（2）根據(jù)試驗結(jié)果進(jìn)行綜合計算，分別得出干濕劈裂強度比及凍融劈裂強度比：①當(dāng)泡沫瀝青含量逐漸增大時，其15 ℃溫度條件下的劈裂強度值呈現(xiàn)先增后減的變化規(guī)律，即變化具有階段性；②當(dāng)泡沫瀝青含量逐漸增大時，劈裂強度呈現(xiàn)增大趨勢，且當(dāng)泡沫瀝青含量為2.7%時，15 ℃劈裂強度最大，同時該條件下的干濕劈裂強度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，據(jù)此確定混合料最佳泡沫瀝青用量為2.7%。

4.4 目標(biāo)配合比的確定

通過上述試驗分析，得出了泡沫瀝青冷再生混合料最佳含水量及泡沫瀝青用量，確定了最佳配合比，其結(jié)果如表2 所示。其中最佳含水量去除銑刨料及泡沫瀝青內(nèi)含水量，剩余含水量則為應(yīng)加入的含水量，外摻量主要指水泥、泡沫瀝青及水的總體用量。確定目標(biāo)配合比后，根據(jù)現(xiàn)場具體狀況，對其進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

表2 泡沫瀝青冷再生目標(biāo)配合比設(shè)計結(jié)果

5 泡沫瀝青就地冷再生工藝要點

（1）分層攤鋪：①根據(jù)施工技術(shù)要求分層攤鋪米砂，并采用壓路機靜壓1 遍，確保壓實后厚度不低于31.5 cm；②根據(jù)50 kg/m2標(biāo)準(zhǔn)要求，在米砂上部均勻鋪設(shè)水泥。

（2）施工準(zhǔn)備：①瀝青進(jìn)場后，及時對其溫度進(jìn)行檢測，并與標(biāo)準(zhǔn)發(fā)泡溫度進(jìn)行對比，溫度較低時不符合投入條件，溫度較高時應(yīng)待其自然降溫至標(biāo)準(zhǔn)溫度，再進(jìn)行投入[8]；②正式施工時，應(yīng)先進(jìn)行發(fā)泡試驗，以充分檢查發(fā)泡效果，結(jié)合實際發(fā)泡效果和現(xiàn)場具體條件，對混合料瀝青及用水量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

（3）再生施工：①將再生機運轉(zhuǎn)速率控制在6 m/min 左右，施工中實時監(jiān)測再生料濕度情況，發(fā)現(xiàn)異常及時調(diào)整噴水量；②結(jié)合再生機性能，在二次運行時，可適當(dāng)降低噴水量。

（4）初壓：再生施工完成后，應(yīng)及時進(jìn)行壓實作業(yè)，采用壓實機械沿中心線靜壓一遍。

（5）整平：①靜壓施工后，采用平地機進(jìn)行整平作業(yè)，以有效消除再生機輪跡，確保布料均勻；②結(jié)合現(xiàn)場實際情況合理調(diào)整平地機切削深度，嚴(yán)格控制整平遍數(shù)，以2～3 遍為宜，確保整平質(zhì)量滿足規(guī)范要求。

（6）復(fù)壓及終壓：①用平地機整平后，在再生層表面噴灑適量水分，保濕表面濕潤，然后采用振動壓路機碾壓2～3 遍；②復(fù)壓后繼續(xù)進(jìn)行灑水作業(yè)，確保再生層始終處于濕潤狀態(tài)，并采用輪胎壓路機碾壓2～3 遍，保證再生層密實度、平整度滿足要求。

6 再生施工效果的檢驗與分析

6.1 彎沉測試

因基層材料、含量、養(yǎng)護時間的不同，其與路面結(jié)構(gòu)承載性能存在顯著差異[9]。選取冷再生材料進(jìn)行分析，其早期強度較低，且強度增長速度較慢。因此，待試驗路段施工完成1 周后，組織基層彎沉測試，結(jié)合檢測結(jié)果對冷再生基層承載性能進(jìn)行綜合評估；并在后續(xù)運營過程中實時監(jiān)測路面面層彎沉情況，確定各時間段面層彎沉值。

施工現(xiàn)場分左右兩幅進(jìn)行施工，以10 m 間距為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行彎沉檢測，結(jié)合實際檢測數(shù)據(jù)，求得均值及標(biāo)準(zhǔn)差；并根據(jù)求得的數(shù)值，去除異常值后以2 倍標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行綜合計算，求出最新的均值、標(biāo)準(zhǔn)差；最后，按照95%保證率進(jìn)行代表值計算，其具體結(jié)果如表3 所示。

表3 試驗路段基層表面彎沉測試結(jié)果

6.2 再生后的路況調(diào)查

待路面施工完成，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生7 d 后組織試驗檢測，以確定再生路面運營情況[10]。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，再生路段運營狀況良好，未產(chǎn)生表層松散、變形等現(xiàn)象，各項指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

7 結(jié)論

綜上所述，該文依托實際工程案例，對泡沫瀝青就地冷再生施工技術(shù)展開綜合探究，結(jié)合工程具體條件，確定了泡沫瀝青發(fā)泡條件、含水量、瀝青用量等各項指標(biāo)，并確定了目標(biāo)配合比，總結(jié)了泡沫瀝青就地冷再生工藝要點。通過實際應(yīng)用及實地檢測，再生路段運營狀況良好，未產(chǎn)生表層松散、變形等現(xiàn)象，各項指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。充分證明就地冷再生技術(shù)具有較強的可行性，值得積極推廣應(yīng)用。