摘要：
為探究雙層乳化瀝青廠拌冷再生在重載交通路面基層中的應(yīng)用，基于河南省某高速公路大修改建工程，通過全新的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、RAP料性能分析、生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)、試驗(yàn)檢測(cè)，確定并驗(yàn)證了最佳路用性能下的混合料生產(chǎn)比例。結(jié)果表明，冷再生混合料最佳含水率為5.2%，最大干密度為2.258%；乳化瀝青摻量4.1%，水泥用量1.8%，當(dāng)最佳含水率為5.2%時(shí)混合料路用性能最佳，15℃劈裂強(qiáng)度達(dá)0.625MPa；RAP料利用率超70%，每立方混合料綜合造價(jià)節(jié)省約20%；雙層乳化瀝青廠拌冷再生基層結(jié)構(gòu)滿足重交通下路面結(jié)首碼網(wǎng)構(gòu)計(jì)算中各項(xiàng)指標(biāo)要求，應(yīng)用效果較好，可在路面大修工程常規(guī)路面基層結(jié)構(gòu)推廣使用。
關(guān)鍵詞：乳化瀝青；廠拌冷再生；重載交通；基層
0 引言
乳化瀝青廠拌冷再生是將回收的瀝青銑刨料通過破碎和篩分，并摻入一定比例的新料、再生結(jié)合料、再生劑及水泥等材料后，經(jīng)過常溫拌和攤鋪工藝，實(shí)現(xiàn)舊瀝青料再利用的技術(shù)，具有良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，近年來在我國(guó)高等級(jí)公路路面的研究及應(yīng)用已越來越廣泛[1-3]瀝青網(wǎng)sinoasphalt.com。程毅[4]通過配合比設(shè)計(jì)，探究了乳化瀝青冷再生混合料的性能及在工程中的應(yīng)用；肖劉路[5]結(jié)合川西山區(qū)瀝青路面，研究了不同水泥摻量對(duì)乳化瀝青廠拌冷再生高溫穩(wěn)定性及低溫抗裂性的影響；李國(guó)峰[6]通過對(duì)拌和設(shè)備及工藝的改進(jìn)，提出了全新的冷再生專用分層多步式拌和樓，較大程度提高了混合料的拌和能力及拌和均勻性；陳改霞[7]結(jié)合陜西省多條高速公路舊路改造中乳化瀝青廠拌冷再生的應(yīng)用實(shí)例，重點(diǎn)分析了乳化瀝青廠拌冷再生的抗裂性能，提出了乳化瀝青廠拌冷再生用于路面下面層時(shí)的最佳水泥摻量。常浩[8]通過有限元分析方法，進(jìn)一步分析了乳化瀝青廠拌冷再生的抗裂性能及其社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
綜上所述，目前對(duì)于乳化瀝青冷再生混合料的研究?jī)H致力于配合比設(shè)計(jì)、施工工藝、設(shè)備，或者探討模型角度和高低溫性能等方面，對(duì)于重載交通路面及雙層應(yīng)用的研究未引起足夠重視，能否將其大規(guī)模應(yīng)用在大修工程路面基層尚未知曉。因此，本文以河南某高速公路大修改建工程為依托，通過全新的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、RAP料性能分析、生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)和試驗(yàn)檢測(cè)，確定并驗(yàn)證了最佳路用性能下的混合料生產(chǎn)比例，為后期雙層乳化瀝青廠拌冷再生用于重載交通路面基層提供參與和指導(dǎo)。
1 路面結(jié)構(gòu)驗(yàn)算
1.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
路面設(shè)計(jì)類型為改建設(shè)計(jì)（不驗(yàn)算原路面結(jié)構(gòu)），設(shè)計(jì)指標(biāo)為瀝青層永久變形、疲勞開裂，設(shè)計(jì)使用年限為10年。因此，設(shè)計(jì)交通量及路面結(jié)構(gòu)驗(yàn)算以10年為限。
1.2 交通量參數(shù)
根據(jù)交通歷史數(shù)據(jù)，按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)值得到車輛類型分布系數(shù)如表1所示。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)的調(diào)查分析，得到各類車型非滿載與滿載比例，如表2所示。
不同設(shè)計(jì)指標(biāo)下各車型對(duì)應(yīng)的非滿載車和滿載車當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載換算系數(shù)，采用設(shè)計(jì)項(xiàng)目所在地的典型值，如表3所示。
設(shè)計(jì)年限為10年，得到對(duì)應(yīng)于瀝青混合料層永久變形和疲勞開裂的當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載累計(jì)作用次數(shù)為47,279,614。
依托項(xiàng)目設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)設(shè)計(jì)車道累計(jì)大型客車和貨車交通量為17,365,437，交通等級(jí)屬于重交通。
1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)
路面結(jié)構(gòu)驗(yàn)算參照現(xiàn)行《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》，驗(yàn)算銑刨至46cm深度后的回鋪結(jié)構(gòu)層，銑刨后留用的結(jié)構(gòu)層模量采用實(shí)測(cè)值，具體結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)如表4所示。
1.4 初擬路面結(jié)構(gòu)方案
初擬路面結(jié)構(gòu)如表5所示。
1.5 路面計(jì)算結(jié)果
各項(xiàng)驗(yàn)算結(jié)果匯總?cè)绫?所示。
由計(jì)算分析結(jié)果可知，依托項(xiàng)目設(shè)計(jì)的雙層乳化瀝青廠拌冷再生基層結(jié)構(gòu)和對(duì)應(yīng)各層位材料能滿足各項(xiàng)驗(yàn)算內(nèi)容的要求。
2 配合比設(shè)計(jì)
回收后的瀝青混凝土銑刨料，RAP料通過必要的篩分、破碎預(yù)處理后，分類為0mm~10mm和10mm~30mm兩檔存放，依托路段經(jīng)處理后的回收率最大粒徑為26.5mm。乳化瀝青應(yīng)在常溫下使用，其溫度不高于60°C。水泥采用普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為42.5。為提高冷再生混合料高溫穩(wěn)定性能及劈裂強(qiáng)度，混合料中添加10%~20%（質(zhì)量比）的10mm~30mm碎石集料及10%~15%的0mm~5mm的石屑。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求及類似工程施工經(jīng)驗(yàn)優(yōu)選出以下材料配比及合成級(jí)配，級(jí)配曲線如圖1所示。
參照現(xiàn)行《公路土工試驗(yàn)規(guī)程 JTG 3430-2020/T0131》，對(duì)合成礦料開展擊實(shí)試驗(yàn)，確定最佳含水率及最大干密度。借鑒以往高速項(xiàng)目乳化瀝青廠拌冷再生施工經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合本次試驗(yàn)結(jié)果，確定水泥最佳用量為1.8%。綜合以上各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果，乳化瀝青冷再生混合料達(dá)到最佳路用性能下的配合比如表7所示。
3 乳化瀝青廠拌冷再生性能驗(yàn)證
3.1 室內(nèi)試驗(yàn)
基于乳化瀝青冷再生混合料達(dá)到最佳路用性能下的配合比，在最佳含水率下測(cè)試混合料的劈裂強(qiáng)度和動(dòng)穩(wěn)定度，混合料各項(xiàng)性能指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。
3.2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)
依托項(xiàng)目雙層乳化瀝青廠拌冷再生基層結(jié)構(gòu)應(yīng)用路段銑刨原路面46cm后，基于最優(yōu)配合比鋪筑雙層乳化瀝青廠拌冷再生基層，養(yǎng)生3天~4天后對(duì)應(yīng)路段鉆芯取樣驗(yàn)證，所取得芯樣厚度為15cm，滿足設(shè)計(jì)要求，芯樣密實(shí)完好且級(jí)配均勻，孔壁光滑平整。
對(duì)應(yīng)路段右幅第三車道雙層乳化瀝青冷再生基層養(yǎng)生14天后開展FWD彎沉檢測(cè)，測(cè)點(diǎn)頻率為縱向20m/點(diǎn)，所測(cè)得彎沉值均滿足設(shè)計(jì)要求，檢測(cè)結(jié)果如表9所示。
將各測(cè)點(diǎn)彎沉值繪制為折線圖如圖2所示。
由實(shí)測(cè)彎沉值分布情況可知，各測(cè)點(diǎn)彎沉值較為穩(wěn)定，均在20~30之間，依托項(xiàng)目三四車道交通量大，重載車輛占比高，設(shè)計(jì)過程中對(duì)彎沉值控制較為嚴(yán)格的特點(diǎn)，應(yīng)用路段各點(diǎn)彎沉值均低于設(shè)計(jì)值，能滿足高速公路重載交通對(duì)路面基層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求。
4 環(huán)保及經(jīng)濟(jì)效益分析
4.1 利用率
乳化瀝青廠拌冷再生混合料中將舊路面瀝青回收料篩分處理后分為0mm~10mm和10mm~30mm兩種，當(dāng)RAP料總利用率超過70%時(shí)，既解決了瀝青廢料的處理問題，又較大程度的減少了對(duì)碎石、砂礫等建筑材料的使用，符合“舊料充分回收利用，節(jié)約資源、降低排放”的理念。
4.2 經(jīng)濟(jì)比較
以常溫拌和鋪筑的形式實(shí)現(xiàn)對(duì)舊路面瀝青層材料的利用，可大幅節(jié)約工程造價(jià)，有效節(jié)省工期。從綜合單價(jià)來看，乳化瀝青廠拌冷再生和普通柔性結(jié)構(gòu)層材料瀝青穩(wěn)定碎石（ATB）相比每立方節(jié)省約192元，節(jié)省造價(jià)約20%。
5 結(jié)束語(yǔ)
依托連霍高速公路鄭洛段大修改建工程，通過全新的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、路面瀝青銑刨料性能檢測(cè)、乳化瀝青廠拌冷再生配合比設(shè)計(jì)、乳化劑性能改善及現(xiàn)場(chǎng)取芯與彎沉檢測(cè)，得出如下結(jié)論：最佳合成礦料級(jí)配下的冷再生混合料的最佳含水率為5.2%，最大干密度為2.258g/cm3；乳化瀝青摻量為4.1%，水泥用量為1.8%，當(dāng)最佳含水率為5.2%時(shí)，混合料路用性能最佳，15℃劈裂強(qiáng)度達(dá)0.625MPa；乳化瀝青廠拌冷再生基層結(jié)構(gòu)廢料利用率高，經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)，其中RAP料利用率超過70%，每立方混合料綜合造價(jià)節(jié)省約20%；雙層乳化瀝青廠拌冷再生基層結(jié)構(gòu)滿足重交通下路面結(jié)構(gòu)計(jì)算中各項(xiàng)指標(biāo)要求，且現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果較好，可作為高速公路偏柔性基層路面大修工程中的路面基層結(jié)構(gòu)推廣使用。
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