趙建紅

(河北銳馳交通工程咨詢有限公司)

1 前 言

瀝青混凝土路面由于其行車舒適、色澤美觀、養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)單、維修方便等特點(diǎn),在高速公路、干線公路及縣鄉(xiāng)公路上均得到了廣泛應(yīng)用。瀝青路面在使用過程中,由于受到車輛荷載以及日照、雨水等各種自然因素的作用,會(huì)逐漸變形、老化以至損壞。如按照瀝青路面的設(shè)計(jì)壽命 15年,從現(xiàn)在開始,我國(guó)的許多高速公路都已進(jìn)人大、中修期,在舊路面改造、路面整修工程中,常用的方法是將廢舊路面或基層材料清除、棄埋,該方法不僅造成環(huán)境污染、浪費(fèi)資源、也不經(jīng)濟(jì)。石黃高速公路石辛段 2009年瀝青路面病害治理工程中設(shè)計(jì)了廠拌冷再生基層施工,采用泡沫冷再生技術(shù)進(jìn)行基層鋪筑。

泡沫瀝青冷再生基層是采用舊瀝青路面銑刨混合料(RAP),用泡沫瀝青和水泥復(fù)合作再生穩(wěn)定劑進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)冷再生碾壓成型。這種材料具有“剛?cè)岵?jì)”的特點(diǎn),抗車轍、抗開裂,施工基本上是冷作業(yè),節(jié)約燃料,對(duì)環(huán)境的污染很小。本研究以石黃高速公路石辛段路面病害治理工程為依托,通過在舊瀝青路面銑刨混合料中添加泡沫瀝青和水泥,在發(fā)揮瀝青類結(jié)合料柔性的同時(shí),進(jìn)一步提高強(qiáng)度,使其接近于水泥穩(wěn)定類材料,混合料性能介于柔性基層和半剛性基層之間,稱之為“半柔性基層”,對(duì)其施工工藝和技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行研究分析,為同類工程提供借鑒。

2 泡沫冷再生技術(shù)簡(jiǎn)介

泡沫瀝青又叫膨脹瀝青,是將一定的常溫水注入熱瀝青使其體積發(fā)生膨脹,形成大量的瀝青泡沫,經(jīng)過很短的時(shí)間瀝青泡沫破裂。這一過程只是瀝青的物理變化,沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)泡沫瀝青與集料接觸時(shí),瀝青泡沫瞬間化為數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的“小顆?！?散布于細(xì)集料(特別是粒徑小于0.3mm)的表面,形成粘有大量瀝青的細(xì)料填縫料,經(jīng)過拌和壓實(shí),這些細(xì)料能填充于濕冷的粗集料之間的空隙并形成類似砂漿的作用,使混合料達(dá)到穩(wěn)定。

泡沫瀝青冷再生混凝土的施工工藝主要是對(duì)舊路進(jìn)行銑刨,根據(jù)得到的回收瀝青路面材料的級(jí)配情況,可加入部分石料進(jìn)行級(jí)配調(diào)整,泡沫瀝青的用量約為 2.0%～2.5%,同時(shí)考慮加入少量的水泥或礦粉,以改善泡沫瀝青在混合料中的分散性以及提高混合料的強(qiáng)度,泡沫瀝青冷再生混凝土單層厚度不大于 20 cm,混合料可用專門的冷再生設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)就地再生,也可廠拌再生,然后將混合料攤鋪、碾壓成型后即可。

泡沫瀝青與其他穩(wěn)定劑相比,優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為以下幾方面。(1)增加混合料的剪切強(qiáng)度和水穩(wěn)定性,較水泥處治的混合料更有柔性、耐疲勞;(2)與無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定混合料相比,泡沫瀝青再生混合料需要養(yǎng)護(hù)時(shí)間短;(3)泡沫瀝青處治應(yīng)用更廣泛,適用與未處治天然材料、回收瀝青混合料、半剛性基層混合料等;(4)節(jié)約能源,僅需加熱瀝青,集料不需要加熱和烘干;(5)施工受季節(jié)和氣候影響小。

3 瀝青發(fā)泡試驗(yàn)

本次試驗(yàn)以河北地區(qū)常用的濱州中海 90#瀝青為研究對(duì)象,采用德國(guó)產(chǎn)WLB10發(fā)泡試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行不同溫度、不同用水量條件下的發(fā)泡特性試驗(yàn),以確定該瀝青最佳的發(fā)泡溫度和發(fā)泡用水量。

瀝青發(fā)泡溫度:150℃、160℃、170℃共三個(gè)水平。發(fā)泡時(shí)用水量:1.5%、2.0%、2.5%、3.0%共四種水平。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)發(fā)泡噴射氣壓設(shè)定為 0.5 MPa,水壓為0.6MPa。試驗(yàn)通過對(duì)不同溫度、加水量的條件下的膨脹比和半衰期變化情況來得到濱州中海 90#瀝青的最佳發(fā)泡條件。

在各個(gè)溫度條件下,膨脹比隨發(fā)泡加水量的增加而增大,發(fā)泡加水量為 3.0%時(shí),膨脹比較大,在 25～35之間;而半衰期隨加水量的增加則逐漸減小。隨著發(fā)泡瀝青溫度的升高,膨脹比呈現(xiàn)一定的增加的趨勢(shì)。隨著發(fā)泡瀝青溫度的升高,半衰期呈現(xiàn)一定的減小的趨勢(shì)。隨著發(fā)泡加水量的增加,膨脹比明顯增大,發(fā)泡加水量對(duì)膨脹比具有顯著的影響。發(fā)泡加水量為 1.5%時(shí),膨脹比在 10～15之間;當(dāng)發(fā)泡加水量為 3.0%時(shí),膨脹比在 25～35之間。無論在哪種溫度條件下,發(fā)泡加水量對(duì)半衰期都具有顯著的影響。隨著發(fā)泡加水量的增加,半衰期逐漸變小。綜合考慮膨脹比、半衰期兩個(gè)指標(biāo)的特點(diǎn),并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況最終確定本項(xiàng)目山東齊魯石化瀝青的最佳發(fā)泡條件為:發(fā)泡溫度:160℃;發(fā)泡用水量:2.3%。

圖 1 瀝青不同溫度時(shí)發(fā)泡性能曲線

4 泡沫瀝青冷再生混合料級(jí)配設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)使用的舊料為對(duì)原有瀝青混凝土面層(19 cm)進(jìn)行銑刨后選取的代表性試樣,然后進(jìn)行配合比設(shè)計(jì),瀝青為濱州中海 90#瀝青,水泥為普通 32.5硅酸鹽水泥。

4.1 集料

將銑刨料風(fēng)干后在室內(nèi)進(jìn)行篩分試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表 1。

表 1 舊瀝青路面銑刨料級(jí)配

根據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》中的級(jí)配范圍及舊料的篩分結(jié)果看出,舊料 2.36 mm及以下的篩孔通過率偏小,需要加入部分石屑調(diào)整級(jí)配,石屑篩分結(jié)果見表 2。所用水泥 0.075mm篩孔通過率為 100%。

表 2 石屑級(jí)配

4.2 合成級(jí)配組成設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)文件的級(jí)配范圍要求,混合材料的摻加比例及合成級(jí)配組成見表 3和圖 2所示。根據(jù)表 3的合成級(jí)配,進(jìn)行混合料配合比設(shè)計(jì)及強(qiáng)度試驗(yàn)以檢驗(yàn)該合成級(jí)配是否滿足設(shè)計(jì)要求,從而確定最終的設(shè)計(jì)級(jí)配。

表 3 合成級(jí)配

圖 3 合成級(jí)配曲線

4.3 確定最佳含水量與最大干密度

將風(fēng)干的舊瀝青路面銑刨料、石屑和水泥按擬定的摻加比例混合,通過重型擊實(shí)試驗(yàn)確定再生混合料的最佳含水量和最大干密度,結(jié)果見表 4。

表 4 泡沫瀝青再生混合料重型擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

4.4 確定最佳泡沫瀝青用量

按合成級(jí)配中舊瀝青路面銑刨料、石屑、水泥的摻加比例,將各部分混合拌勻,再根據(jù)重型擊實(shí)試驗(yàn)確定的最佳含水量的 70%對(duì)應(yīng)的水量,加入到混合集料中進(jìn)行拌和,然后分別加入五種泡沫瀝青用量:1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%,與混合集料進(jìn)行拌和。按《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41-2008)中試件成型和養(yǎng)生方法,在不同瀝青用量下制作試件,測(cè)定其干濕劈裂強(qiáng)度并繪制曲線。測(cè)試結(jié)果如表 5所示。

表 5 不同泡沫瀝青用量下混合料的劈裂強(qiáng)度

通過干、濕劈裂強(qiáng)度及干濕劈裂強(qiáng)度比三個(gè)指標(biāo)綜合比較,可得 2.5%泡沫瀝青用量下再生效果最為理想。

通過室內(nèi)配比試驗(yàn),最終推薦石黃高速公路石辛段病害治理罩面工程泡沫瀝青冷再生項(xiàng)目的配合比設(shè)計(jì)方案如表6所示。

表 6 泡沫瀝青冷再生混合料配合比推薦方案

5 試驗(yàn)路方案的確定

5.1 試驗(yàn)路段的確定

為了使所選擇的試驗(yàn)路段能夠比較全面、真實(shí)地反映原路面結(jié)構(gòu)狀況,根據(jù)國(guó)外采用的再生理想厚度及現(xiàn)場(chǎng)挖探勘測(cè)結(jié)果,擬定 K290+077～K 290+312南半幅超車道為冷再生的試驗(yàn)路段,總長(zhǎng) 235m。

5.2 冷再生基層施工試鋪過程

(1)試驗(yàn)段下承層準(zhǔn)備。

采用維特根 2000型銑刨機(jī)對(duì)原有路面結(jié)構(gòu)層進(jìn)行銑刨,并用山貓清掃車配合人工進(jìn)行清掃,吹風(fēng)機(jī)對(duì)清掃后的底基層表面吹凈,在鋪筑冷再生混和料前灑水濕潤(rùn)。

(2)拌和前準(zhǔn)備工作。

對(duì)到場(chǎng)的RAP和石屑材料檢測(cè)其級(jí)配是否符合設(shè)計(jì)級(jí)配要求,測(cè)定 RAP材料的含水量,調(diào)整拌和用水量并試拌。對(duì)到場(chǎng)瀝青原材料,利用拌合機(jī)噴嘴檢測(cè)期發(fā)泡率和半衰期是否符合要求。

(3)拌和。

采用維特根 KMA 200型冷再生拌合機(jī)按配合比設(shè)計(jì)成果進(jìn)行拌和,在拌和過程中,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng) RAP材料含水量,調(diào)整拌和用水量,考慮運(yùn)輸和攤鋪過程中的水份散失,使拌和好的混和料含水量略大于最佳含水量。試驗(yàn)段現(xiàn)場(chǎng)拌和用水量 2.8%,水泥用量 1.5%,瀝青用量 2.6%,粗石粉 15%。

(4)運(yùn)輸。

運(yùn)輸采用 15 t以上自卸車進(jìn)行運(yùn)輸拌和好的成品料至運(yùn)輸現(xiàn)場(chǎng),為防止水份散失,加苫布進(jìn)行覆蓋,運(yùn)輸車輛按規(guī)定的路線行走。聽從現(xiàn)場(chǎng)管理人員指揮,確保施工安全。

(5)攤鋪。

冷再生混合料采用基層攤鋪機(jī) WTD 9000攤鋪,虛鋪系數(shù) 1.3,熨平板不需要加熱。攤鋪機(jī)緩慢、均勻、連續(xù)不斷的攤鋪,不得隨意變換速度或者中途停頓,攤鋪速度宜控制在2～4m/min范圍內(nèi)。

(6)壓實(shí)。

初壓采用 LS220單鋼輪壓路機(jī)關(guān)閉振動(dòng)穩(wěn)壓 1遍;復(fù)壓采用LS220單鋼輪壓路機(jī)低頻高幅碾壓 4遍,高頻低幅碾壓2遍;終壓采用 XP301膠輪壓路機(jī)噴水碾壓 8遍。

直線和不設(shè)超高段的平曲線段,應(yīng)由兩側(cè)路肩向中心碾壓;設(shè)超高段平曲線段,應(yīng)由內(nèi)側(cè)路肩向外側(cè)路肩碾壓。壓路機(jī)應(yīng)以慢而均勻的速度碾壓,初壓速度宜為 1.5～3 km/h,復(fù)壓和終壓速度宜為 1.5～3 km/h。嚴(yán)禁壓路機(jī)在剛完成碾壓或正在碾壓的路段上掉頭、急剎車及停放。

5.3 試驗(yàn)段檢測(cè)結(jié)果

(1)壓實(shí)度:經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)壓實(shí)度為 100.4、98.9、99、99.7。

(2)平整度檢測(cè)三處:最小值 3mm,最大值 8mm。

(3)外觀:表面平整密實(shí),無浮石、彈簧現(xiàn)象,無明顯壓路機(jī)輪跡。

(4)劈裂強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果見表 7。含水量和篩分結(jié)果滿足規(guī)范要求。

表 7 試驗(yàn)段泡沫冷再生混合料劈裂強(qiáng)度

由以上結(jié)果可以看出,試驗(yàn)段泡沫冷再生混合料劈裂強(qiáng)度完全滿足規(guī)范要求,也就說泡沫冷再生混合料的抗水損壞能力完全符合規(guī)范要求。

6 結(jié) 論

(1)突破了目前國(guó)內(nèi)關(guān)于路面基層規(guī)范的限制,采用了新的路面基層結(jié)構(gòu)方案。

(2)首次引入再生柔性基層的概念并加以實(shí)施,填補(bǔ)了我國(guó)冷再生領(lǐng)域的技術(shù)空白。

(3)確定了冷再生技術(shù)在河北省高速公路舊瀝青路面改造中的可行性。

(4)實(shí)施后的冷再生柔性基層滿足有關(guān)規(guī)范的技術(shù)要求。

[1] 公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范(JTG F41-2008).

[2] 石黃高速公路石辛段路面病害處治及罩面工程施工圖設(shè)計(jì).

[3] 維特根冷再生手冊(cè) .德國(guó)維特根公司,2001.

[4] 公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程(JTG E 42-2005).

[5] 公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程(JTJ052-2000).

[6] 瀝青路面施工及驗(yàn)收規(guī)范(B50092-96).