泡沫瀝青就地冷再生在普通國(guó)省道公路中的應(yīng)用

嚴(yán)佳林 劉小滔 金發(fā)均 韓海紅 周代會(huì)

摘要 泡沫瀝青就地冷再生技術(shù)已廣泛應(yīng)用于公路建設(shè)領(lǐng)域，該技術(shù)能實(shí)現(xiàn)廢舊材料的循環(huán)利用，達(dá)到節(jié)約資源，減少環(huán)境污染的目的。文章結(jié)合某國(guó)道大修工程，將泡沫瀝青就地冷再生技術(shù)成功應(yīng)用于普通國(guó)道工程中，針對(duì)普通國(guó)省道的特點(diǎn)，從配合比設(shè)計(jì)和施工工藝入手，系統(tǒng)總結(jié)了泡沫瀝青就地冷再生技術(shù)在普通國(guó)省道中的施工方案，為類似工程提供一定的參考。

關(guān)鍵詞 泡沫瀝青；同步攤鋪；配合比設(shè)計(jì)；施工工藝

中圖分類號(hào) U418.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）03-0038-04

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，公路建設(shè)里程不斷地增加，根據(jù)交通運(yùn)輸部2022年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)，截至2022年底，我國(guó)公路里程達(dá)到5 354 800 km，其中，國(guó)道公路里程達(dá)到379 500 km，省道公路里程達(dá)到393 600 km。隨著公路建設(shè)里程的不斷增加，公路養(yǎng)護(hù)的任務(wù)也越來越重。傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)方式，主要以銑刨重鋪或者直接加鋪為主，導(dǎo)致大量的廢棄舊路材料需要集中堆放，污染環(huán)境，并造成資源浪費(fèi)。2022年5月，交通運(yùn)輸部“十四五”公路養(yǎng)護(hù)管理發(fā)展綱要中明確要求，“十四五”期間，交通行業(yè)發(fā)展目標(biāo)要求，高速公路、普通國(guó)省道瀝青路面材料循環(huán)利用率分別達(dá)到95%、80%以上。以“綠色、循環(huán)、低碳”為目標(biāo)的養(yǎng)護(hù)技術(shù)急需貫徹到養(yǎng)護(hù)的各個(gè)環(huán)節(jié)。泡沫瀝青冷再生技術(shù)是指通過專用的發(fā)泡設(shè)備，將瀝青進(jìn)行發(fā)泡，降低瀝青黏度，實(shí)現(xiàn)常溫拌和的目的。韓海紅[1]研究認(rèn)為泡沫瀝青能夠很好地平衡剛?cè)岫龋尤氩糠炙嗪笮阅芘c熱瀝青混凝土相當(dāng)，同時(shí)又可以實(shí)現(xiàn)廢舊材料利用，減少能源消耗，降低污染排放，實(shí)現(xiàn)交通的可持續(xù)發(fā)展。時(shí)杰[2]采用冷再生機(jī)和攤鋪機(jī)分體式的再生工藝，完成了就地冷再生施工。為研究泡沫瀝青在普通國(guó)省道山區(qū)公路中的應(yīng)用效果，該文以四川省某國(guó)道公路泡沫瀝青就地冷再生施工為例，從配合比設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工兩方面入手，總結(jié)了泡沫瀝青施工工藝，為類似工程施工提供一定的參考。

1 工程概況

該工程為二級(jí)公路，于2016年改建而成。泡沫瀝青就地冷再生試驗(yàn)段為2 km，原路面結(jié)構(gòu)為3.5 cm細(xì)粒式改性瀝青混凝土AC-13C+4 cm中粒式瀝青混凝土AC-16C+18 cm水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層+18 cm水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石底基層+15 cm級(jí)配碎石墊層。2020年下半年進(jìn)行了功能性養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)方案為原路面銑刨1 cm后，加鋪3.5 cm普通瀝青混凝土AC-13C，該次養(yǎng)護(hù)后瀝青面層達(dá)到10 cm厚。該次養(yǎng)護(hù)采用全厚式冷再生施工工藝，再生10 cm瀝青混凝土面層和3 cm水泥穩(wěn)定碎石基層，再生厚度為13 cm，并加鋪5 cm普通瀝青混凝土AC-20C和4 cm改性瀝青混凝土AC-13C。

2 泡沫瀝青冷再生配合比設(shè)計(jì)

泡沫瀝青就地冷再生配合比設(shè)計(jì)階段主要目的是確定發(fā)泡瀝青、合成級(jí)配、初步泡沫瀝青用量以及驗(yàn)證泡沫瀝青混合料性能。具體工作內(nèi)容為：①對(duì)原材料進(jìn)行檢驗(yàn)，包括發(fā)泡瀝青性能、回收料的級(jí)配和性能等；②利用專用發(fā)泡設(shè)備，以膨脹率和半衰期作為指標(biāo)，確定發(fā)泡瀝青、發(fā)泡溫度和發(fā)泡用水量；③對(duì)銑刨料級(jí)配進(jìn)行驗(yàn)證，必要時(shí)確定是否需要添加新集料；④對(duì)合成集料進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，確定最佳含水量和最大干密度；⑤不同泡沫瀝青用量下，成型馬歇爾試件，利用劈裂強(qiáng)度和干濕強(qiáng)度比，確定最佳泡沫瀝青用量。該工程泡沫瀝青配合比設(shè)計(jì)結(jié)果見表1～2。

3 泡沫瀝青就地冷再生施工工藝

該工程采用同步攤鋪的就地冷再生技術(shù)，該技術(shù)是一種在對(duì)舊瀝青路面切削破碎的同時(shí)完成水、水泥、泡沫瀝青（或乳化瀝青）的添加與拌和，之后把滿足一定路用性能的冷再生混合料傳輸至攤鋪機(jī)料斗當(dāng)中，最終由攤鋪機(jī)重新把再生材料鋪筑于路面結(jié)構(gòu)中，并由壓路機(jī)完成壓實(shí)的先進(jìn)施工方案[3-4]。就地冷再生機(jī)采用維特根生產(chǎn)的W380CR就地冷再生機(jī)，詳見圖1。W380CR就地冷再生機(jī)工藝參數(shù)為基本工作寬度3.8 m，最大再生深度30 cm，發(fā)動(dòng)機(jī)功率708 kW，最大工作效率800 t/h，建議再生機(jī)的工作速度控制在4～5 m/min。

具體施工流程如下：

3.1 施工前準(zhǔn)備

（1）原材料的準(zhǔn)備：泡沫瀝青就地冷再生施工前，應(yīng)結(jié)合配合比設(shè)計(jì)、市場(chǎng)情況等因素合理地確定原材料來源。特別是發(fā)泡用瀝青、水泥和新骨料的采購，原材料必須與配合比設(shè)計(jì)時(shí)采用的材料一致，若更換產(chǎn)地或廠家，需要重新開展配合比設(shè)計(jì)。原材料進(jìn)場(chǎng)前，應(yīng)全面檢查出廠檢測(cè)報(bào)告、合格證等相關(guān)資料，并同時(shí)按照要求開展必要的抽樣檢查，待原材料檢查合格后，方可進(jìn)場(chǎng)。

（2）原公路線形、路基寬度分析：W380CR就地冷再生機(jī)工作寬度為3.8 m，實(shí)際實(shí)施過程中，再生寬度多大于3.8 m，此時(shí)，施工前就需要對(duì)原路面進(jìn)行測(cè)量，掌握原有公路路面寬度情況，特別是對(duì)于二、三級(jí)公路，需考慮彎道加寬的情況。當(dāng)一次再生寬度超過3.8 m時(shí)，應(yīng)配備一臺(tái)與總再生寬度相匹配的銑刨機(jī)，負(fù)責(zé)把超寬部分進(jìn)行銑刨并把銑刨材料輸送至再生機(jī)的再生寬度范圍之內(nèi)，以便再生機(jī)能夠把所有材料進(jìn)行再生。當(dāng)用于山區(qū)公路時(shí)，還應(yīng)對(duì)山區(qū)公路平縱面線形進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析出合理的施工方案。特別是存在連續(xù)長(zhǎng)下坡路段時(shí)，為更好地控制冷再生機(jī)前進(jìn)速度，就地冷再生作業(yè)方式建議采用自下而上地作業(yè)的方式為主。以該工程為例，施工路段為連續(xù)下坡路段，平曲線半徑為60 m，平曲線占路線總長(zhǎng)90%，最大縱坡7%，右幅全為下坡路段，左幅為上坡路段，分析認(rèn)為連續(xù)長(zhǎng)下坡路段，對(duì)連續(xù)作業(yè)施工工藝要求更高，難以保證施工質(zhì)量，最終采用先施工左幅路段后，再周轉(zhuǎn)設(shè)備至起點(diǎn)，施工右幅段落，保證施工作業(yè)面為上坡作業(yè)的方式。

（3）原路面的檢測(cè)和調(diào)查：正式開工前，對(duì)原路面的檢測(cè)和處理是十分必要的。對(duì)于泡沫瀝青就地冷再生而言，再生前原路面需要有良好的整體狀況，路基沒有沉降，路面具有較好的承載能力。開工前，應(yīng)對(duì)全線進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)承載能力檢測(cè)和路況調(diào)查，待病害處治合格后方可實(shí)施。

（4）合理的保通方案：同步攤鋪的連續(xù)作業(yè)方式需要一個(gè)良好的施工環(huán)境，減少施工干擾，保證順利實(shí)施。在施工過程中，合理的保通方案是十分關(guān)鍵的。對(duì)于高等級(jí)公路而言，可采用半幅實(shí)施的方式。對(duì)于普通國(guó)省道公路而言，該類公路路面寬度窄，平縱線形指標(biāo)較差，難以做到半幅施工，故施工過程中應(yīng)采用合理的保通方案，建議以路網(wǎng)保通或區(qū)間保通為主。施工前期，應(yīng)通過媒體等發(fā)布通告，建議途經(jīng)此段的車輛盡量考慮其他通過方案，并提供較詳盡路線長(zhǎng)度，路況及相關(guān)的信息。同時(shí)，應(yīng)設(shè)置完善的安全警示標(biāo)志牌，并配備值班人員，指揮交通。

3.2 就地冷再生機(jī)調(diào)試

就地冷再生機(jī)設(shè)備到場(chǎng)后，需對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，確保再生設(shè)備保持一個(gè)最佳的工作狀態(tài)。調(diào)試合格后，需進(jìn)行試運(yùn)行，確定銑刨速度、最佳含水量和再生料的最大干密度，有條件時(shí)，可對(duì)銑刨料進(jìn)行性能驗(yàn)證。以該工程為例，考慮不同的銑刨速度，對(duì)銑刨料的級(jí)配有較大影響[5]。通常，泡沫瀝青就地冷再生機(jī)銑刨速度為4～6 m/min，故分別以4 m/min和6 m/min銑刨速度進(jìn)行級(jí)配驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果見表3～4、圖2。

由表3、表4、圖2可以看出，4 m/min銑刨速度下，再生料的級(jí)配更細(xì)，且合成級(jí)配能滿足規(guī)范要求，而6 m/min再生速度，級(jí)配偏粗，細(xì)集料含量偏少，故推薦再生速度為4 m/min。同時(shí)，考慮W380CR就地冷再生機(jī)采取下切工藝，切削后的材料有著很好的均勻性與穩(wěn)定性，該工程可不需要添加新材料。對(duì)合成集料級(jí)配進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)后，最佳含水量為5.3%，最大干密度為2.209 g/cm3。

3.3 水泥灑布

水泥灑布建議采用專用水泥灑布車進(jìn)行灑布，為保證水泥用量的準(zhǔn)確，不建議人工灑布。施工前應(yīng)進(jìn)行灑布車車速和灑布量的標(biāo)定。正式施工時(shí)，應(yīng)使用經(jīng)驗(yàn)豐富的司機(jī)，并按標(biāo)定的速度和流量進(jìn)行水泥灑布，嚴(yán)禁隨意啟停，并按計(jì)算的工作量確定每天的灑布長(zhǎng)度。

3.4 冷再生機(jī)銑刨與拌和

施工過程中，冷再生混合料的銑刨與拌和均在泡沫瀝青冷再生機(jī)內(nèi)完成。冷再生機(jī)推動(dòng)瀝青車或水車前行的，與此同時(shí)添加泡沫瀝青、水，并進(jìn)行均勻拌和。冷再生機(jī)應(yīng)以設(shè)備調(diào)試時(shí)確定的速度前進(jìn)，保證級(jí)配波動(dòng)范圍不大，每天施工過程中，應(yīng)對(duì)作業(yè)段進(jìn)行級(jí)配檢驗(yàn)，第二天的前進(jìn)速度應(yīng)以前一天的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。施工過程中，應(yīng)隨時(shí)檢查再生深度和用水量，若再生深度不合理或用水量不準(zhǔn)確時(shí)，應(yīng)及時(shí)分析原因，對(duì)就地冷再生機(jī)進(jìn)行調(diào)試。

3.5 再生混合料攤鋪

泡沫瀝青冷再生混合料在再生機(jī)內(nèi)拌和后，輸送給后方的攤鋪機(jī)，這就需要攤鋪機(jī)與再生機(jī)協(xié)同作業(yè)。與熱拌瀝青混合料再生不同，冷再生施工前應(yīng)在攤鋪機(jī)料斗前方配備擋料板或安裝額外的接料裝置。攤鋪機(jī)施工過程中應(yīng)緩慢、均勻，連續(xù)不間斷地?cái)備?，與泡沫瀝青冷再生機(jī)協(xié)同作業(yè)，不得隨意變換速度或中途停頓，當(dāng)發(fā)現(xiàn)再生混合料出現(xiàn)明顯的離析、裂縫、拖痕時(shí)，應(yīng)分析原因，予以消除。

3.6 再生混合料碾壓

泡沫瀝青再生混合料用水量對(duì)施工和易性差，混合料的壓實(shí)特性有較大影響，且再生混合料前期強(qiáng)度主要依靠水泥，故再生混合料碾壓工藝與水泥穩(wěn)定類材料相似。通常泡沫瀝青就地冷再生需配備單鋼輪壓路機(jī)、雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)和膠輪壓路機(jī)，具體的碾壓作業(yè)方式應(yīng)結(jié)合再生層厚、壓路機(jī)工作性能、現(xiàn)場(chǎng)條件等因素綜合考慮確定?？紤]該工程再生層厚僅為13 cm，故配備的碾壓設(shè)備為20 t單鋼輪壓路機(jī)、13 t雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)和30 t膠輪壓路機(jī)。具體碾壓工藝如下：

（1）初壓：采用20 t單鋼輪壓路機(jī)壓實(shí)一遍，前進(jìn)方向?yàn)殪o壓，后退采用弱振。

（2）復(fù)壓：采用13 t雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)弱振壓實(shí)兩遍。

（3）終壓：采用30 t膠輪壓路機(jī)壓實(shí)八遍。

通過最終檢測(cè)結(jié)果可知，該工程壓實(shí)度均大于98%，這說明該壓實(shí)工藝具有較好的壓實(shí)效果，檢測(cè)的15 ℃干劈裂強(qiáng)度均大于0.6 MPa，干濕劈裂強(qiáng)度比均大于80%。

3.7 養(yǎng)生

泡沫瀝青就地冷再生在壓實(shí)結(jié)束后應(yīng)進(jìn)入養(yǎng)生階段。

通常養(yǎng)生時(shí)間不應(yīng)少于48 h，不宜少于7 d。對(duì)于保通壓力較大的路段，為盡早開放交通，養(yǎng)生時(shí)間達(dá)到48 h以后，可進(jìn)行鉆芯檢測(cè)或含水量檢測(cè)，若采用Φ150 mm鉆頭取出的芯樣完整度較好或再生層含水量低于2%可開放交通[6]。

該工程在施工完第3 d后鉆芯取樣，芯樣整體性較好，芯樣密實(shí)，粗細(xì)集料分布均勻，見圖3。經(jīng)分析，可開展下一道工序。并對(duì)鉆取的芯樣進(jìn)行干濕劈裂試驗(yàn)，干劈裂強(qiáng)度為0.644 MPa，大于要求的0.5 MPa，浸水劈裂強(qiáng)度為0.533 MPa，干濕劈裂強(qiáng)度比為82.8%，大于要求的80%。

4 結(jié)論

（1）該文結(jié)合泡沫瀝青就地冷再生技術(shù)在普通國(guó)省道中的應(yīng)用，對(duì)泡沫瀝青就地冷再生技術(shù)配合比設(shè)計(jì)和施工工藝進(jìn)行了探討，系統(tǒng)總結(jié)了配合比設(shè)計(jì)方法和施工工藝。

（2）泡沫瀝青就地冷再生技術(shù)在施工前，應(yīng)做好原有公路線形、路面寬度和路況的分析，制定合理的施工方案。對(duì)于同步攤鋪的連續(xù)作業(yè)方式，應(yīng)加強(qiáng)保通措施。

（3）泡沫瀝青就地冷再生設(shè)備調(diào)試合格后，應(yīng)進(jìn)行試運(yùn)行，確定銑刨速度、最佳含水量和再生料的最大干密度，有條件時(shí)可進(jìn)行性能驗(yàn)證。

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