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摘要

結(jié)合安慶市S344安新路路面修復(fù)工程，進(jìn)行泡沫瀝青再生混合料配合比設(shè)計，闡述了泡沫瀝青就地冷再生技術(shù)的施工工藝。同時通過檢測不同運營時期冷再生下面層芯樣劈裂強度，跟蹤觀測冷再生路面長期力學(xué)性能。試驗結(jié)果與工程實踐表明，提出的配合比參數(shù)以及現(xiàn)場施工工藝合理可行，可為類似泡沫瀝青冷再生工程項目提供參考瀝青網(wǎng)sinoasphalt.com。

0 引言

瀝青路面冷再生技術(shù)作為一種高效環(huán)保技術(shù)，對原路面進(jìn)行病害整體處置、材料再生利用，可以有效緩解道路病害，提高路面結(jié)構(gòu)整體性[1]。我國于 20 世紀(jì) 90 年代引進(jìn)了就地冷再生技術(shù)，對一些舊路進(jìn)行改造，并于 2008 年，編制出版了 《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG F41—2008） [2]。經(jīng)過十余年的發(fā)展實踐，2019年，交通運輸部發(fā)布了最新版 《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 5521—2019） [3]，進(jìn)一步完善了瀝青路面再生工藝體系分類、路面設(shè)計和配合比設(shè)計方法等。本文依托安徽省安慶市某二級公路路面修復(fù)工程，對老路面層進(jìn)行高性能泡沫瀝青就地冷再生處理，提出相關(guān)的配合比參數(shù)以及現(xiàn)場施工工藝，可為同類工程提供參考。

1 工程概況

S344 安新路原路面結(jié)構(gòu)為：3cm 細(xì)粒式瀝青碎石+4cm中粒式瀝青碎石+20cm水泥穩(wěn)定碎石+30cm級配碎石。2014年中修養(yǎng)護(hù)時為原道路加鋪4cm 細(xì)粒式瀝青混凝土罩面。

該路線運行多年以來，出現(xiàn)了龜裂、縱橫裂縫、塊狀裂縫等多種路面病害。本項目采用結(jié)構(gòu)性修復(fù)處治，對原路面瀝青面層進(jìn)行100%利用，采用高性能泡沫瀝青就地冷再生作為道路下面層使用。

2 泡沫瀝青混合料配合比設(shè)計

2.1 原材料

2.1.1 發(fā)泡用瀝青

采用金陵石化 70號普通道路石油瀝青，指標(biāo)符合技術(shù)要求。

2.1.2 水泥

采用P·O42.5緩凝硅酸鹽水泥，其強度和凝結(jié)時間等相關(guān)技術(shù)指標(biāo)符合 《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》（JTG E30—2005） 的要求。

2.1.3 新集料

新集料由安慶地區(qū)石料加工廠提供，集料表面潔凈、干燥、沒有雜質(zhì)，且經(jīng)過試驗檢測，各項參數(shù)均符合國家相關(guān)規(guī)范要求。

2.1.4 RAP

現(xiàn)場采用泡沫瀝青就地冷再生機按切削深度 10cm，銑刨速度 4m/min 進(jìn)行銑刨取樣，室內(nèi)銑刨料篩分試驗分別按銑刨料直接風(fēng)干篩分得到的級配以及經(jīng)過抽提工序后的級配進(jìn)行篩分，得到兩種不同級配如表1所示。

舊混合料中最大粒徑偏小，均小于26.5，粗骨料含量較少，這與老路路面細(xì)粒式和中粒式瀝青碎石的路面結(jié)構(gòu)相符。因此配合比設(shè)計需通過添加粗集料對混合料級配進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

2.2 泡沫瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計

泡沫瀝青冷再生配合比以抽提后篩分級配為基礎(chǔ)，摻配不同比例的新集料組成合成級配[4]。本項目冷再生層作為下面層，采用粗粒式瀝青混合料，混合料的最終配比為：銑刨料 （RAP）∶碎石∶水泥=93.5∶5∶1.5，如圖1所示。

2.2.1 發(fā)泡參數(shù)的確定

對于泡沫瀝青而言，用膨脹率和半衰期指標(biāo)來評價其發(fā)泡效果。一般情況下膨脹率和半衰期變化是負(fù)相關(guān)的，半衰期越長，膨脹率越大，泡沫瀝青性質(zhì)越佳[5]。

本 文 在 3 種 不 同 瀝 青 試 驗 溫 度 （ 155℃ 、 160℃ 、165 ℃） 情況下進(jìn)行室內(nèi)發(fā)泡試驗。通過每組試驗的膨脹率與半衰期來最終確定最佳發(fā)泡溫度與發(fā)泡用水量，最終確定的瀝青發(fā)泡條件如表2所示。

2.2.2 最佳含水率、最大干密度的確定

混合料在拌制以及碾壓的時候都需要摻入適量的水，提高施工和易性，保證混合料能夠達(dá)到要求的壓實度。最佳含水率以及最大干密度的確定方法有重型擊實法和振動成型法兩種，為檢驗這兩種方法在冷再生設(shè)計和施工過程中的適用性，通過室內(nèi)試驗進(jìn)行對比，其結(jié)果如表 3所示。

通過兩種方法所得最大干密度和最佳含水量的對比分析可知，冷再生混合料振動成型法最大干密度較重型擊實法大，存在約 1.02~1.04 的系數(shù)關(guān)系，即 ρ 振≈1.03ρ 重；冷再生混合料振動成型法最佳含水量較重型擊實法小約 0.3%。因此，為進(jìn)一步指導(dǎo)現(xiàn)場施工，提高現(xiàn)場壓實控制標(biāo)準(zhǔn)，采用振動擊實試驗確定冷再生混合料的最佳含水量為5.6%，最大干密度為 2.153g/cm3。

2.2.3 泡沫瀝青最佳用量的確定

采用 4 種不同瀝青用量 （1.5%、2.0%、2.5%、3.0%）制作馬歇爾試件，養(yǎng)生后進(jìn)行劈裂強度試驗。以兩組試件劈裂強度的平均值計算干濕劈裂強度比，以此為指標(biāo)確定其最佳瀝青用量。經(jīng)綜合比選確認(rèn)，當(dāng)瀝青用量為2.5%時，再生混合料的干濕劈裂強度、干濕劈裂強度比取得最大值，且滿足技術(shù)指標(biāo)要求。

依據(jù)以上試驗確定的泡沫瀝青用量設(shè)計值，重新拌和泡沫瀝青冷再生混合料，并對其進(jìn)行性能試驗，試驗結(jié)果如表4所示。

由表 4可知，該配合比下的再生料符合技術(shù)指標(biāo)要求，且再生料具有較好的水損害能力和高溫穩(wěn)定性。

3 泡沫瀝青冷再生現(xiàn)場施工工藝

3.1 施工機械

高性能泡沫瀝青冷再生主要施工機械設(shè)備包括 3800CR高性能泡沫瀝青冷再生機、攤鋪機、壓路機、瀝青加熱罐車、撒布車等設(shè)備。

3.2 集料、水泥撒布

水泥以及集料采用撒布車撒布，水泥、集料撒布量按配合比現(xiàn)場標(biāo)定。

3.3 再生機作業(yè)

再生機工作速度控制在 4m/min。安排經(jīng)驗豐富的施工人員在再生機后連續(xù)觀測拌和材料是否均勻，一旦發(fā)現(xiàn)瀝青出現(xiàn)條狀或結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，應(yīng)立即停止施工。

3.4 攤鋪碾壓

現(xiàn)場虛鋪系數(shù)設(shè)定為 1.2，攤鋪機與再生機速度同步，攤鋪施工時應(yīng)注意控制好橫坡和厚度，現(xiàn)場采用平衡梁控制攤鋪平整度和厚度。

碾壓過程中，初壓采用雙鋼輪壓路機碾壓1~3遍，復(fù)壓采用單鋼輪壓路機振動壓實3~5遍；終壓采用輪胎壓路機靜壓4~6遍。

3.5 開放交通

在開放交通條件下進(jìn)行養(yǎng)生，再生層在完成壓實至少1d 后開放交通。為避免車輪對表層的破壞，在再生層上均勻噴灑慢裂乳化瀝青。

4 施工質(zhì)量檢測及長期性能評價

為檢驗高性能泡沫瀝青就地冷再生技術(shù)的應(yīng)用效果，參照相關(guān)規(guī)范[3]對再生路段施工質(zhì)量關(guān)鍵指標(biāo)以及長期路用性能進(jìn)行檢測，主要包括壓實度、現(xiàn)場混合料劈裂強度、不同運營時間冷再生芯樣劈裂強度等。

4.1 現(xiàn)場質(zhì)量控制指標(biāo)

4.1.1 現(xiàn)場壓實度

現(xiàn)場碾壓結(jié)束后，按頻率要求進(jìn)行壓實度檢測，部分路段檢測結(jié)果見表5。

以振動擊實法確定的最大干密度為標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場壓實度仍滿足規(guī)范要求的≥99%，表明現(xiàn)場碾壓方案合理，現(xiàn)場碾壓施工質(zhì)量控制良好。

4.1.2 現(xiàn)場混合料劈裂強度

施工現(xiàn)場前后連續(xù)施工10d，每個施工日對現(xiàn)場泡沫瀝青混合料取樣進(jìn)行15℃室內(nèi)劈裂強度檢測。檢測結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，現(xiàn)場生產(chǎn)的泡沫瀝青混合料干劈裂強度均大于 0.6MPa，干濕劈裂強度比均大于 80%，均滿足規(guī)范要求。

4.2 混合料長期路用性能監(jiān)測

為評價泡沫瀝青冷再生長期路用性能，對依托項目冷再生層長期路用性能進(jìn)行監(jiān)測，在現(xiàn)場施工結(jié)束后 7d、30d、100d分別進(jìn)行了跟蹤取芯，對芯樣進(jìn)行15℃室內(nèi)劈裂強度檢測，結(jié)果如圖3所示。

可以看出，隨著道路運營時間的增加，泡沫瀝青冷再生層芯樣強度呈逐漸遞增的趨勢。運營 100d后，芯樣干劈裂強度已經(jīng)滿足混合料室內(nèi)試驗設(shè)計指標(biāo)0.6MPa的要求。

5.結(jié)語

本文依托安慶市 S344 安新路路面修復(fù)工程，通過高性能泡沫瀝青就地冷再生技術(shù)的應(yīng)用，經(jīng)檢測分析，結(jié)果表明相關(guān)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。并就不同運營時期冷再生下面層芯樣劈裂強度，跟蹤觀測了冷再生路面長期力學(xué)性能，結(jié)果表明，施工運營后 100d內(nèi)，冷再生層芯樣劈裂強度隨道路運營時間的增加呈增長趨勢，后續(xù)長期力學(xué)性能有待進(jìn)一步跟蹤。

綜上，高性能泡沫就地冷再生技術(shù)可充分利用老路廢料，節(jié)約成本，實現(xiàn)資源的再生利用；有效修復(fù)路面病害，提高行車安全性和穩(wěn)定性；通過加強現(xiàn)場施工的精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化管理，保證泡沫瀝青冷再生層的最終質(zhì)量。高性能泡沫就地冷再生技術(shù)符合社會發(fā)展的需求，具有廣闊的發(fā)展前景，應(yīng)將室內(nèi)試驗與工程實踐相結(jié)合，進(jìn)一步推廣與應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 拾方治，呂偉民，徐斌，等 . 泡沫瀝青冷再生混合料的性能與生產(chǎn)工藝[J]. 中國公路， 2005（13）：93-95.

[2] 交通部公路科學(xué)研究院.公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范：JTG F41—2008[S]. 北京：人民交通出版社，2008.

[3] 交通部公路科學(xué)研究院.公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范：JTG/T 5521—2019[S]. 北京：人民交通出版社股份有限公司，2019.

[4] 李秀君，胡畔，李有為，等 . 泡沫瀝青冷再生混合料銑刨料級配的研究[J]. 水資源與水工程學(xué)報，2015（2）：200-203.

[5] 徐金枝 . 泡沫瀝青及泡沫瀝青冷再生混合料技術(shù)性能研究[D]. 西安：長安大學(xué)，2007.

來源：交通世界 2021年第29期

作者：林結(jié)海（安慶市公路管理服務(wù)中心懷寧分中心，安徽 安慶 246000）

作者簡介：林結(jié)海 （1969—），男，安徽懷寧人，高級工程師，從事公路工程建設(shè)與養(yǎng)護(hù)工作。

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