高速公路全深式泡沫瀝青冷再生路面的應用研究

摘要 該文以湖北省某高速公路工程為例，對全深式泡沫瀝青冷再生路面特性與組成設計進行分析，從施工準備，銑刨、拌和與攤鋪、碾壓等工序入手，闡述全深式泡沫瀝青冷再生技術在高速公路中的具體應用，并提出幾點施工質量控制方法，最后，通過對比傳統(tǒng)瀝青路面改造與全深式泡沫瀝青冷再生技術路面改造的經濟效益，凸顯了全深式泡沫瀝青冷再生技術的經濟優(yōu)勢。該研究成果以期為類似工程提供參考。

關鍵詞 高速公路；全深式泡沫瀝青冷再生技術；路面改造；經濟效益

中圖分類號 U416 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）21-0061-03

0 引言

隨著我國基礎設施建設的日益完善，高速公路總里程及覆蓋率逐年增長。為確保高速公路的使用壽命及行車安全，全深式泡沫瀝青冷再生技術應運而生。其通過對原路面材料進行科學可再生利用，在兼?zhèn)洵h(huán)保性與經濟性的同時，還具有良好的剛度和耐疲勞性等性能。該文以湖北某高速公路為研究對象，通過探討全深式泡沫瀝青冷再生路面特性和組成，從具體的施工工藝、質量控制等方面分析全深式泡沫瀝青冷再生技術的應用細則，并從經濟效益的角度出發(fā)，對比分析了全深式泡沫瀝青冷再生技術在路面改造方面的可行性，以期為類似工程提供參考和借鑒。

1 工程概況

湖北省某環(huán)城高速公路受多年行車荷載及自然環(huán)境因素等影響，路面性能有所下降，已出現(xiàn)多處破損、龜裂等病害問題。為確保行車安全和延長路面的使用壽命，同時滿足環(huán)保性及經濟性的路面改造效果，采用全深式泡沫瀝青冷再生技術對該路面進行改造試點。試驗段全長2.1 km，工程量總計達2.5萬平方米。

2 全深式泡沫瀝青冷再生路面特性分析與組成設計

2.1 特性分析

瀝青混合料路用性能為溫度穩(wěn)定性、水穩(wěn)性、耐久性。（1）溫度穩(wěn)定性。全深式泡沫瀝青冷再生路面主要材料為泡沫瀝青混合料，相較于熱拌瀝青混合料，其溫度敏感性較低，同時滿足高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性。相較于傳統(tǒng)瀝青冷再生工藝，全深式泡沫瀝青冷再生路面能夠實現(xiàn)舊路面基層的就地再生利用，節(jié)省了材料運轉費用，施工能耗低、污染小。（2）水穩(wěn)性。受泡沫瀝青冷再生技術本身的影響，其水敏感性較高，水的進入會導致瀝青混合料產生水損傷。因此，在泡沫瀝青混合料中需加入適量水泥，以提升泡沫瀝青冷再生路面的水穩(wěn)性。（3）路面耐久性。具體涉及抗疲勞性能和抗車轍性能，在抗疲勞性能方面，介于水泥類材料與粒料類材料之間，相較于常規(guī)熱拌瀝青混合料，其抗疲勞性能相對較差。在抗車轍性能方面，相關研究表明，壓實24 h的全深式泡沫瀝青冷再生路面進行一萬次輪碾試驗，車轍深度小于1 mm，可見，全深式泡沫瀝青冷再生路面具有良好的抗車轍性能。全深式泡沫瀝青冷再生路面盡管具有諸多優(yōu)點，但路面破碎率較高且施工過程復雜。此外，部分路面因地面硬度、黏結力等問題，無法使用此項技術進行修復和維護。

2.2 組成設計

（1）級配范圍。結合該高速公路工程交通荷載情況及具體應用區(qū)域，科學確定級配范圍，如表1所示，同時以此為基礎，根據(jù)再生瀝青混合料級配，選用粒徑為10～25 mm的碎石及粒徑為0～5 mm的石屑，開展多因素正交試驗，最終確定再生瀝青混合料、碎石、水泥最佳配比為95.0%、3.5%、1.5%。

（2）確定最佳含水量。根據(jù)前述確定的最佳級配開展材料摻配工作，隨后設定以下三組含水量：7.2%、7.4%、7.6%。通過擊實試驗確定混合料的最佳含水量及最大干密度，結果如表2所示。依據(jù)結果可知，混合料的最佳含水率為7.4%，對應的最大干密度為2.05 g/cm3，此時最佳拌和用水量為5.9%，依據(jù)既有試驗結論[1]，將最佳拌和用水量設定為最佳含水量80%，因此，混合料的最佳拌和用水量為4.72%。

（3）確定泡沫瀝青用量。按照混合料合成級配范圍及原瀝青含量，對各方案泡沫瀝青用量進行預估，將泡沫瀝青用量設定為2.3%，瀝青發(fā)泡條件為160℃。

3 高速公路中全深式泡沫瀝青冷再生路面的具體應用

3.1 施工準備

施工前，施工人員應先進行試驗段施工，針對現(xiàn)存破損路面實施取樣分析，隨后按照工程實際要求，明確泡沫瀝青配比，并開展試驗段再生施工操作，試驗段長度約200 m。此階段，施工人員應準確記錄材料實際消耗量，同時與理論消耗量進行對比，以此指導實際施工中對壓實、攤鋪速度等關鍵參數(shù)的優(yōu)化控制。此外，施工人員還應檢測實際質量，確保其滿足質量要求后，方可開展后續(xù)施工。

除上述關鍵工作外，施工人員還需開展以下幾方面工作。第一，詳細檢查施工環(huán)節(jié)所用材料，確保施工材料性能、質量滿足施工要求[2]。第二，結合工程實際情況，科學配置施工設備，提前對其進行檢測確保其處于良好狀態(tài)，避免施工中出現(xiàn)問題從而影響工程進度。第三，保證施工路面清潔無雜物，同時封閉交通，做好標志設置等工作。第四，科學調控瀝青加熱溫度，特別是事先準備好泡沫瀝青，保證施工質量。

3.2 銑刨、拌和與攤鋪

（1）銑刨。施工人員需嚴格控制銑刨深度，防止發(fā)生深度過淺、過深的情況，同時還應保證銑刨面不存在雜物。銑刨料應及時運輸，同時將銑刨料單獨放置在拌和站，不可同其他材料混合。銑刨工作開展完畢，施工人員需清掃施工表面，確保后續(xù)施工順利開展。

（2）拌和。該工程主要借助KMA200型拌和樓生產泡沫瀝青冷再生混合料，該設備產量在150～230 t/h范圍內，通常能夠穩(wěn)定在180 t/h。其不僅擁有完整的稱量系統(tǒng)，還包含施工材料供給系統(tǒng)，且配置高精度計量器，能夠單獨計量各個施工材料用量。各施工材料用量可實現(xiàn)數(shù)顯，入料口處帶有篩網，可篩除粒徑不合格材料。施工前，需認真檢查稱量系統(tǒng)、水箱、冷料斗等關鍵部位。對施工所用集料取樣、篩分，確保其級配同目標配合比級配相符，嚴格按照目標配比開展試拌工作；施工時，采取微波爐加熱的方式，準確測定再生瀝青混合料含水量，根據(jù)測定結果做好各個材料配比微調工作，科學計算外摻水量，開展試拌工作。試拌環(huán)節(jié)，在不添加水及泡沫瀝青的情況下，準確測量拌和混合料含水量，隨后，加水并再次測定混合料含水量。依據(jù)上述方式，使混合料達到最佳含水量[3]。以上工作完成后，添加泡沫瀝青拌制混合料。該過程施工人員需要實時測量基質瀝青溫度，施工時瀝青罐溫度應大于165 ℃。同時需要認真檢測瀝青的發(fā)泡性能，確保其處于良好狀態(tài)。生產混合料時，及時取樣并測定混合料最大干密度，同時制備馬歇爾試件，開展馬歇爾穩(wěn)定度和劈裂強度等試驗。隨后通過拌和樓出料，并及時向施工現(xiàn)場運輸混合料。運輸環(huán)節(jié)，為防止混合料離析和水分流失，應保證自卸汽車清潔度并做好混合料保水工作。

（3）攤鋪。開展攤鋪工作時，依據(jù)工程施工進度，并綜合考慮拌和站生產能力、施工條件、運輸能力等因素，合理確定攤鋪速度。該工程中，將攤鋪速度控制在2～3 m/min。實際攤鋪環(huán)節(jié)應做到攤鋪連續(xù)、均勻。此外，施工人員需隨機選擇幾個斷面開展松鋪系數(shù)分析工作，若發(fā)現(xiàn)缺陷，及時處理，保證攤鋪效果。

3.3 碾壓

（1）初壓作業(yè)。為保證混合料具有良好的穩(wěn)定性，通過采用雙鋼輪壓路機開展一遍靜壓工作，隨后再進行兩遍高幅低頻振壓工作[4]。（2）復壓作業(yè)。復壓工作的目的是確保路面不存在明顯壓痕，同時確保壓實度滿足要求。為進一步提升復壓質量，采用單鋼輪壓路機以高頻低幅振壓的方式開展三遍碾壓工作，并利用膠輪壓路機，開展八遍揉壓工作。（3）終壓作業(yè)。借助雙鋼輪振動壓路機以靜壓方式壓路兩遍，消除路面壓痕。為保證碾壓效果，對碾壓時混合料的含水量進行科學控制，并保證鋼輪碾壓速度合理。與此同時，膠輪碾壓前需要適當灑水，借助膠輪揉搓作用，確保路面光滑性，避免出現(xiàn)較多細小裂紋。

4 施工質量控制與檢測

（1）施工質量控制。

1）做好路面處理工作。實際施工前，施工人員需處理路面，重點處理銑刨后的路面病害，同時全面清掃，確保下承層表面的平整性和清潔度滿足要求。

2）檢測堆料溫度。若堆料溫度位于10℃以下，則禁止開展瀝青再生作業(yè)。此外，若面臨雨天、霧天等特殊天氣，也不可開展瀝青再生施工作業(yè)。

3）合理使用黏結料。在使用瀝青黏結料時，施工人員應確保瀝青黏結劑噴灑均勻，使發(fā)泡瀝青滿足膨脹率>10倍，半衰期≥8 s的要求。具體施工環(huán)節(jié)，施工人員需要借助測重傳感計算機采集系統(tǒng)，全面檢測瀝青用量，同時準確記錄，避免出現(xiàn)較大的用量誤差，誤差應控制±10%以內。在使用新瀝青之前，施工人員還應通過試驗噴嘴，全面檢測發(fā)泡瀝青的發(fā)泡特性[5]。實際施工中，要保證瀝青溫度在150 ℃之上，并且運輸至現(xiàn)場時須保證其溫度高于165 ℃。此外，在工程設備等方面，應確保瀝青罐車擁有足夠的容量，避免頻繁更換對生產效率產生影響。水泥罐存儲量應超過20 t，防止因為存儲量過小在實際生產環(huán)節(jié)出現(xiàn)頻繁添加的情況，降低施工速度。所有生產臺班均應對輔助黏結劑實際用量進行準確記錄，避免出現(xiàn)較大的用量誤差[6]。

（2）檢測結果。

1）壓實度。隨機選取四個位置，利用灌砂法對壓實度進行檢測，結果如表3所示，結果表明，所有檢測位置的壓實度均高于標準要求（≥98%），壓實效果良好。

2）路面平整度。平整度屬于路面質量檢測的關鍵指標之一，全深式泡沫瀝青冷再生路面完成養(yǎng)護工作后，對施工一周、一年和兩年后的路面平整度分別進行檢測，依次得到平整度指數(shù)為1.77 m/km、1.93 m/km和2.29 m/km。可見，該工程全深式泡沫瀝青冷再生路面平整度沒有發(fā)生較大變化，路面結構穩(wěn)定性良好。

3）路面結構剛度。該工程對全深式泡沫瀝青冷再生路面結構剛度進行了測定，發(fā)現(xiàn)施工前全深式泡沫瀝青冷再生路面平均彎沉為34.73（0.01 m），施工一周、一年、兩年后的平均彎沉分別是18.57（0.01 m）、26.26（0.01 m）、22.35（0.01 m）。由此可知，全深式泡沫瀝青冷再生技術的應用有效降低了路面彎沉值，路面整體具有較好的剛度和耐久性。

5 全深式泡沫瀝青冷再生路面經濟效益分析

該文重點對比分析了傳統(tǒng)路面改造方案與全深式泡沫瀝青冷再生路面方案的經濟效益，兩種方案初期造價對比如表4所示，可見，全深式泡沫瀝青冷再生路面改造成本為每平方米203元，略低于傳統(tǒng)改造方案。其次，傳統(tǒng)改造方案相比于全深式泡沫瀝青冷再生路面改造方案，路面抬高較大，相關設施加高、加固費用也有所增加，且刨出的廢棄料會占用較多用地，造成物料浪費的同時，還會污染生態(tài)環(huán)境。此外，全深式泡沫瀝青冷再生路面工期較短，可減少施工成本及人工成本支出，經濟效益顯著。

6 結語

綜上所述，全深式泡沫瀝青冷再生技術作為一種新型的瀝青路面修復手段，不僅可實現(xiàn)瀝青廢料的再次利用，節(jié)約施工成本，還具有良好的環(huán)保性，是助力高速公路工程向節(jié)能化、現(xiàn)代化、綠色化發(fā)展的重要舉措之一。實際工程中，施工人員需要重點做好組成瀝青混合料的配比工作，并從多方面入手，強化施工質量控制，充分發(fā)揮出全深式泡沫瀝青冷再生技術的實際價值。

參考文獻

[1]李秀君.泡沫瀝青冷再生混合料設計方法研究[D].上海：同濟大學，2010.

[2]李東亮.高速公路養(yǎng)護施工中泡沫瀝青冷再生技術研究[J].交通世界，2023（14）：67-69.

[3]張洪波，蔣龍松，劉康，等.基于性能試驗的泡沫瀝青冷再生路用性能分析[J].山西建筑，2022（3）：4.

[4]郭成軍，張富奎，陳成芹，等.泡沫瀝青冷再生技術在高速公路基層處治中的適用性及施工工藝研究[J].公路，2023（9）：110-117.

[5]于連杰.泡沫瀝青冷再生下面層在某高速公路改擴建項目中的施工技術應用[J].價值工程，2023（7）：132-134.

[6]董春曉，金賀，劉栓栓，等.泡沫瀝青冷再生技術在連霍高速公路鄭洛段改建工程中的應用研究[J].工程技術，2023（4）：5.