范虎彪,崔建壯,陳 瑩,郭 旭,胡世金

(1.北京市交通委員會(huì)路政局門頭溝公路分局，北京 102300；2.北京市政路橋管理養(yǎng)護(hù)集團(tuán)有限公司，北京 102300)

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山區(qū)低等級(jí)公路泡沫瀝青冷再生技術(shù)應(yīng)用研究

范虎彪1,崔建壯1,陳 瑩1,郭 旭1,胡世金2

(1.北京市交通委員會(huì)路政局門頭溝公路分局，北京 102300；2.北京市政路橋管理養(yǎng)護(hù)集團(tuán)有限公司，北京 102300)

結(jié)合百花山路大修工程案例，總結(jié)了山區(qū)低等級(jí)道路泡沫瀝青冷再生混合料的施工技術(shù)。從材料及配合比設(shè)計(jì)、施工應(yīng)用、施工效果以及造價(jià)等方面對(duì)泡沫瀝青冷再生技術(shù)進(jìn)行了研究。研究表明，通過在生產(chǎn)、攤鋪、碾壓工藝以及養(yǎng)生時(shí)間等方面的調(diào)整，該技術(shù)可以克服坡陡、彎多、攤鋪壓實(shí)困難、不能封閉交通等不利條件，為泡沫瀝青冷再生用于山區(qū)低等級(jí)道路提供了借鑒。

泡沫瀝青冷再生；山區(qū)低等級(jí)公路；應(yīng)用研究；施工技術(shù)

0 引 言

泡沫瀝青冷再生技術(shù)是實(shí)現(xiàn)混合料循環(huán)利用、綠色低碳發(fā)展的有效方法，近年來這種技術(shù)在世界各地的路面維修養(yǎng)護(hù)中得到廣泛應(yīng)用，而在山區(qū)低等級(jí)公路中應(yīng)用相對(duì)較少。

山區(qū)低等級(jí)公路一般平曲線半徑小、縱坡坡度大、彎道多、路面結(jié)構(gòu)層厚度設(shè)計(jì)偏薄、施工過程難在必須中斷交通且施工現(xiàn)場(chǎng)距集中拌和站較遠(yuǎn)。門頭溝區(qū)山地面積占98.5%，全區(qū)內(nèi)僅G108、G109公路的部分路段的等級(jí)屬二級(jí)及以上，因此該區(qū)有大量的山區(qū)低等級(jí)公路維護(hù)任務(wù)。本文以在門頭溝區(qū)采用泡沫瀝青冷再生技術(shù)，克服山區(qū)低等級(jí)公路的坡陡、彎急、攤鋪壓實(shí)困難、不能封閉交通等不利條件的工程為例，研究了泡沫瀝青在山區(qū)低等級(jí)公路中應(yīng)用的技術(shù)，可為同類施工提供借鑒。

1 工程概況

百花山路(X009)為縣級(jí)道路，道路起點(diǎn)位于109國道K98+200處，本次大修的路段(K8+000～K15+959)長7.959 km，為三級(jí)公路，設(shè)計(jì)速度30 km·h-1，最大縱坡8.9%，平曲線最小半徑15 m，路基寬7～7.5 m，路面寬6 m。路面主要病害為車轍、沉陷、龜裂、縱橫縫等。本次大修采用8 cm泡沫瀝青冷再生+5 cm溫拌瀝青混凝土WAC-16C結(jié)構(gòu)，局部嚴(yán)重沉陷的路段采用兩層二灰碎石挖補(bǔ)處治，路面大修的主要結(jié)構(gòu)如表1所示。本次施工工期處于秋季，屬旅游旺季，因此交通通行壓力較大。

表1 路面大修主要結(jié)構(gòu)

2 材料及配合比設(shè)計(jì)

本工程使用泡沫瀝青冷再生混合料，采用河北倫特石油化工有限公司90#A級(jí)道路石油瀝青進(jìn)行發(fā)泡，RAP全部來自石擔(dān)路大修工程中的路面銑刨料，摻配河北三河產(chǎn)石灰?guī)r機(jī)制砂，填加P.S.A32.5水泥。

2.1 瀝青

本項(xiàng)目采用的90#A級(jí)道路石油瀝青經(jīng)常規(guī)性能指標(biāo)檢驗(yàn)，滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG E20—2011)的有關(guān)技術(shù)要求。發(fā)泡性能檢測(cè)數(shù)據(jù)見表2。由表2可知，隨發(fā)泡溫度變化，發(fā)泡性能有最佳峰值；隨發(fā)泡用水量增大，膨脹率增大，半衰期減小。確定最佳發(fā)泡用水量為(2.3±0.5)% ，最佳發(fā)泡溫度為160±5 ℃，滿足《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41—2008)的要求。

2.2 水泥

對(duì)于泡沫瀝青而言，添加少量的活性填料可以顯著提高殘留強(qiáng)度，而且不會(huì)影響結(jié)構(gòu)層的疲勞性能，活性填料發(fā)揮了分散催化劑的作用。增加水泥劑量可提高泡沫瀝青冷再生混合料的強(qiáng)度、剛度、高溫抗車轍性能與抗水損壞性能，但也會(huì)降低其低溫抗裂性能。有研究表明，在2%之內(nèi)增加水泥用量不會(huì)明顯影響材料的抗疲勞性能。本項(xiàng)目采用的水泥為P.S.A 32.5礦渣硅酸鹽水泥，摻加量為1.5%。經(jīng)檢驗(yàn)水泥的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足《通用硅酸鹽水泥》(GB 175—2007)中相應(yīng)的技術(shù)要求，其中，初凝時(shí)間為230 min，終凝時(shí)間為390 min。

表2 瀝青發(fā)泡性能檢測(cè)

2.3 RAP及集料

RAP一般作為“粗集料”使用，用于室內(nèi)試驗(yàn)的RAP應(yīng)具有代表性。本項(xiàng)目使用的RAP全部來自石擔(dān)路大修工程中的路面銑刨料，集中存放在拌和場(chǎng)，經(jīng)裝載機(jī)充分混合處理。RAP及細(xì)集料篩分結(jié)果見表3。依據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41—2008)，單一粗細(xì)集料質(zhì)量不能滿足要求，但集料混合料性能滿足要求時(shí)，可以使用。

表3 篩分及合成級(jí)配結(jié)果

2.4 合成級(jí)配

泡沫瀝青依賴細(xì)料來分散，因此要求有充足的細(xì)料，另外，水泥等活性填料外摻不計(jì)入礦料級(jí)配。由篩分結(jié)果知，RAP級(jí)配，尤其是0.075 mm通過率處于級(jí)配范圍下限，規(guī)范中級(jí)配范圍較寬，需要添加部分細(xì)集料。經(jīng)人機(jī)對(duì)話的方式合成較為合理的級(jí)配曲線，最終確定細(xì)集料與RAP摻配比例為25∶75，外摻1.5%水泥。施工過程中應(yīng)隨時(shí)檢測(cè)RAP及細(xì)集料篩分，以免質(zhì)量波動(dòng)造成冷再生混合料質(zhì)量變化。

2.5 確定最佳含水率和最佳泡沫瀝青用量

混合料合成級(jí)配確定后，暫定泡沫瀝青用量為3.0%，以5種含水量：4%、5%、6%、7%、8%，分別拌制冷再生混合料。通過重型擊實(shí)試驗(yàn)，確定最佳含水量為6.3%。

設(shè)定5種泡沫瀝青用量：1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%，每種瀝青用量成型2組試件，水泥摻量統(tǒng)一為1.5%，混合料含水量統(tǒng)一為6.3%。試件成型后，連同試模一起側(cè)放在60 ℃烘箱中養(yǎng)生48 h，取出冷卻至室溫后即可進(jìn)行其他試驗(yàn)。每種瀝青含量的試件進(jìn)行15 ℃劈裂試驗(yàn)、浸水24 h的劈裂試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。綜合考慮混合料性能、實(shí)際工程效益，確定最佳泡沫瀝青為2.5%。

表4 不同泡沫瀝青用量ITS

2.6 性能驗(yàn)證

根據(jù)最佳泡沫瀝青用量和最佳含水率制備泡沫瀝青冷再生混合料車轍試件，在60 ℃烘箱中養(yǎng)生48 h，冷卻至室溫后進(jìn)行60 ℃高溫車轍試驗(yàn)。動(dòng)穩(wěn)定度平均值(DS)為1 755 mm·次-1，滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40—2004)對(duì)下面層的技術(shù)要求。

成型試件在60 ℃烘箱中養(yǎng)生48 h，冷卻后在室溫進(jìn)行穩(wěn)定度試驗(yàn)，得到穩(wěn)定度為6.74 kN，殘留穩(wěn)定度為88.9%，滿足《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41—2008)中相應(yīng)的技術(shù)要求。

最終確定泡沫瀝青冷再生配合比為RAP∶集料∶水泥∶泡沫瀝青=75∶25∶1.5∶2.5，最佳含水量為6.3%，如表5所示。

表5 最終配合比方案

3 施工應(yīng)用研究

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的配合比設(shè)計(jì)報(bào)告，進(jìn)行生產(chǎn)配合比調(diào)試、試拌、試鋪試驗(yàn)段幾個(gè)階段，收集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，形成試驗(yàn)段總結(jié)，以總結(jié)為指導(dǎo)展開大面積施工。

總體施工工藝流程見圖2。

3.1 下承層處理

(1) 按設(shè)計(jì)要求，完成路面銑刨拉毛1 cm，對(duì)局部嚴(yán)重沉陷的路段進(jìn)行兩層二灰碎石挖補(bǔ)處治。處治應(yīng)到位，檢測(cè)彎沉確保承載力滿足要求，檢測(cè)高程確保泡沫瀝青冷再生平整度、厚度質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

(2) 清除下基層表面的石塊、垃圾等雜物，清除積水。

(3) 灑布改性乳化瀝青層。改性乳化瀝青透層施工前將已完成的路緣石妥善加以苫蓋，嚴(yán)防污染?，F(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)一指揮，使瀝青灑布車勻速行駛，乳化瀝青噴灑均勻，噴灑量為0.8 L·m-2。

3.2 生產(chǎn)與運(yùn)輸

(1) 考慮到施工現(xiàn)場(chǎng)位置距集中拌和站較遠(yuǎn)(運(yùn)距大于100 km)，因此在工地附近臨建拌和站進(jìn)行生產(chǎn)(運(yùn)距20 km)。由冷料倉料口大小、皮帶轉(zhuǎn)速控制RAP和新集料的用量和速度。施工前應(yīng)進(jìn)行調(diào)試，并在冷料輸送帶上取樣，在室內(nèi)篩分，并檢驗(yàn)混合料的級(jí)配。施工前應(yīng)對(duì)設(shè)備上的泡沫瀝青和注水的精確計(jì)量裝置以及水泥填加設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定。

(2) 開始拌和前，試驗(yàn)人員檢查場(chǎng)內(nèi)各種集料的含水量，計(jì)算當(dāng)天的配合比。應(yīng)根據(jù)集料和混合料含水量的大小，及時(shí)調(diào)整拌和用水量，并隨時(shí)觀察混合料的質(zhì)量變化。結(jié)合季節(jié)、運(yùn)距、日照情況等因素，可知混合料在施工過程中的含水量實(shí)際損失很小，且鋪筑厚度僅為8 cm，壓實(shí)機(jī)具有較大的壓實(shí)功，由此確定泡沫瀝青冷再生混合料含水量生產(chǎn)采用最佳含水率6.3%，實(shí)際成活后的含水量略低于最佳含水量(約0.5%～1%)。

(3) 將RAP和新加料按比例投放到拌和鍋中拌和，按設(shè)計(jì)要求噴入水和泡沫瀝青，拌和后的冷再生混合料應(yīng)均勻一致，保證瀝青無拉絲，混合料無結(jié)團(tuán)成塊現(xiàn)象。臨近最佳含水量下的泡沫瀝青混合料用手抓握，應(yīng)滿足“輕握成團(tuán)，輕抖松散”的狀態(tài)。

(4) 保證產(chǎn)量與運(yùn)輸攤鋪速度匹配，避免存料料堆過大，減小混合料存放時(shí)間。裝車前，采用裝載機(jī)翻拌料堆以減小離析，料車應(yīng)保持裝載高度均勻。運(yùn)輸配備綠色達(dá)標(biāo)車輛，無遺灑、揚(yáng)塵，嚴(yán)禁使用12輪重載車。每天開工前要檢驗(yàn)運(yùn)輸車輛的完好情況，裝料前要將車廂清洗干凈，不得有水積聚在車廂底部。運(yùn)料車應(yīng)用篷布覆蓋，用以保濕和防止污染，直至卸料時(shí)方可取下覆蓋篷布。

3.3 攤鋪

(1) 施工過程中攤鋪機(jī)前方應(yīng)有2～3輛運(yùn)料車等候卸料。運(yùn)料車應(yīng)在攤鋪機(jī)前10～30 cm處停住，空擋等候，不得撞擊攤鋪機(jī)。攤鋪機(jī)速度控制在2～4 m·min-1，攤鋪中不得隨意變換速度或中途停頓。

(2) 依據(jù)攤鋪寬度，合理加裝布料葉片，確保螺旋布料器端部與物料擋板的間距在10～30 cm之間，且在布料器前與側(cè)板間用橡膠板加長，防止粒料離析。攤鋪過程中應(yīng)在攤鋪機(jī)后面設(shè)專人觀察攤鋪情況，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)分析原因并予以消除。

(3) 通過試驗(yàn)段確定松鋪系數(shù)。經(jīng)在試驗(yàn)段布點(diǎn)檢測(cè)，松鋪厚度為10.2 cm，壓實(shí)后為8.0 cm，確定松鋪系數(shù)為1.275，以路緣石為基準(zhǔn)進(jìn)行高程厚度控制攤鋪。攤鋪過程中應(yīng)隨時(shí)檢查攤鋪層厚及路拱、橫坡，每天核算攤鋪混合料總量，并與攤鋪面積進(jìn)行厚度校驗(yàn)，不符要求時(shí)應(yīng)根據(jù)鋪筑情況及時(shí)調(diào)整。

(4) 在陡坡、急彎路段施工時(shí)應(yīng)降低攤鋪機(jī)行車速度至1～2 m·min-1，緩慢攤鋪過彎；急彎轉(zhuǎn)角較小時(shí)，由人工在攤鋪機(jī)履帶軌跡單側(cè)預(yù)撒冷再生混合料，并對(duì)應(yīng)調(diào)整攤鋪機(jī)左右兩側(cè)攤鋪厚度。

3.4 碾壓

(1) 初擬雙鋼輪壓路機(jī)靜壓1遍→振動(dòng)2遍→單鋼輪壓路機(jī)強(qiáng)振4遍→膠輪壓路機(jī)8遍，2 t小鋼輪壓路機(jī)壓邊，嚴(yán)格控制碾壓速度。碾壓過程中發(fā)現(xiàn)雙鋼輪壓路機(jī)對(duì)碾壓貢獻(xiàn)較小，且由于縱坡較大、彎急，雙鋼輪壓路機(jī)振動(dòng)2遍后混合料有明顯橫向裂紋產(chǎn)生，有較大推擁現(xiàn)象；單鋼輪壓路機(jī)振動(dòng)4遍后，裂紋較為明顯，檢測(cè)壓實(shí)度為97.2%；膠輪壓路機(jī)終壓后表面細(xì)部仍有微小裂紋，且膠輪壓路機(jī)碾壓5遍后，灌砂法測(cè)定的路面壓實(shí)度僅為98.3%?，F(xiàn)場(chǎng)觀察并分析認(rèn)為，這是由于雙鋼輪壓路機(jī)主要是穩(wěn)定碾壓面，單鋼輪壓路機(jī)振動(dòng)碾壓4遍貢獻(xiàn)較大，但表面紋理裂紋、輪跡需膠輪改善、消除，且膠輪壓路機(jī)有較好追密效果。最終增加1臺(tái)膠輪壓路機(jī)，調(diào)整碾壓工藝為：雙鋼輪壓路機(jī)靜壓1遍→單鋼輪壓路機(jī)強(qiáng)振4遍→膠輪壓路機(jī)12遍(2臺(tái))，終壓后檢測(cè)壓實(shí)度為99.5%，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

(2) 山路彎道多、縱坡較大，為防止產(chǎn)生橫縱向擠壓、推移，壓路機(jī)應(yīng)以慢而均勻的速度碾壓，下坡碾壓時(shí)必須關(guān)閉振動(dòng)，膠輪壓路機(jī)碾壓遍數(shù)增加2～4遍。在直線段，壓路機(jī)從道路兩側(cè)向路中心碾壓；在超高的平曲線段，壓路機(jī)從道路較低一側(cè)向較高一側(cè)碾壓。

(3) 碾壓路線及碾壓方向不應(yīng)突然改變，否則會(huì)導(dǎo)致混合料產(chǎn)生推移。壓路機(jī)啟動(dòng)、停止必須緩慢進(jìn)行。嚴(yán)禁在已完成或正在碾壓的路段上“調(diào)頭”或急剎車。

(4) 泡沫瀝青冷再生混合料必須盡快碾壓成活，堅(jiān)持“隨拌隨用”原則，因?yàn)榛旌狭现刑罴恿怂?，攤鋪和碾壓宜在水泥初凝時(shí)間內(nèi)完成，最長不超過終凝時(shí)間。由水泥凝結(jié)時(shí)間指標(biāo)，并經(jīng)試驗(yàn)段驗(yàn)證得知，混合料生產(chǎn)至攤鋪完成時(shí)間不得超過6 h。

3.5 養(yǎng)生及保護(hù)

(1) 養(yǎng)生時(shí)間。試驗(yàn)段自然養(yǎng)生3 d后不能取出完整芯樣，養(yǎng)生7 d后在陽光照射較好的位置取出的芯樣較為完整，而背陰處的芯樣有邊角缺失?？梢?，山區(qū)公路氣溫、地溫低，冷再生層水分蒸發(fā)困難，強(qiáng)度增長緩慢，因此養(yǎng)生時(shí)間一般不少于7 d，氣溫低、陽光照射不到路段應(yīng)適當(dāng)延長養(yǎng)生時(shí)間。

(2) 正在進(jìn)行泡沫瀝青冷再生施工的路段禁止車輛通行，當(dāng)天不得開放交通，如遇雨，須用彩條布覆蓋。養(yǎng)生期內(nèi)不能中斷交通時(shí)，應(yīng)限制重載車輛通過，并采取撒石屑、灑乳化瀝青等措施保護(hù)面層。

4 效果與造價(jià)

本次泡沫瀝青冷再生施工用時(shí)12 d，每天主要進(jìn)行含水量、壓實(shí)度控制，進(jìn)行泡沫瀝青混合料抽檢，并在成型養(yǎng)生結(jié)束后進(jìn)行鉆芯。

(1) 施工控制。每天測(cè)定混合料的含水量，基本控制在最佳含水量0～1%的范圍以內(nèi)。

根據(jù)碾壓工藝，膠輪壓路機(jī)碾壓12遍后，以灌砂法檢測(cè)的壓實(shí)度及碾壓成活的層厚，壓實(shí)度全部合格。路緣石、邊角等位置適當(dāng)增加碾壓遍數(shù)。含水率、壓實(shí)度、厚度等檢測(cè)數(shù)據(jù)見表6。

(2) 室內(nèi)檢測(cè)結(jié)果。本次施工中，第三方獨(dú)立抽檢共計(jì)4次，除第1天因混合料未及時(shí)成型，受水分散失、水泥終凝影響，試驗(yàn)結(jié)果不滿足要求外，其他3次均滿足要求。檢測(cè)結(jié)果如表7所示。

表6 施工檢測(cè)數(shù)據(jù)

表7 泡沫瀝青混合料室內(nèi)檢測(cè)結(jié)果

(3) 芯樣檢測(cè)。養(yǎng)生結(jié)束后，觀察泡沫瀝青冷再生混合料基面的外觀情況，并鉆取芯樣。由于受彎道、坡度變化的影響，不同路段同斷面橫向厚度有一定波動(dòng)，但基本滿足《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41—2008)中的驗(yàn)收要求，檢測(cè)結(jié)果見圖3與表8。

表8 芯樣檢測(cè)結(jié)果

樁號(hào)施工日期基面外觀完整性備注K15+720右9．10平整、密實(shí)邊角缺失背陰、陽光不足K15+540右9．10平整、密實(shí)較完整陽面K14+740右9．11平整、密實(shí)較完整陽面K13+200右9．17平整、密實(shí)較完整陽面K13+160右9．17平整、密實(shí)部分缺失背陰、陽光不足K11+840左9．22平整、密實(shí)邊角缺失陽面K10+400右9．26平整、密實(shí)部分缺失陽面

通過控制數(shù)據(jù)、材料抽檢報(bào)告、成品鉆芯檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，依試驗(yàn)段確定的工藝進(jìn)行泡沫瀝青冷再生混合料的生產(chǎn)、攤鋪、碾壓，并控制好養(yǎng)生環(huán)節(jié)，能保證最終整體效果較好，取出較為完整的芯樣。

(4) 造價(jià)。泡沫瀝青冷再生混合料的單價(jià)為360 元·t-1，比中、下面層的熱拌瀝青混合料低10%，較為經(jīng)濟(jì)。

5 結(jié) 語

本工程共鋪筑泡沫瀝青冷再生混合料56 648.8 m2，回收利用銑刨料超過6 000 t，節(jié)約了石料，減少了銑刨料回收的占地及污染，低碳環(huán)保。由檢測(cè)結(jié)果可知，除局部受季節(jié)氣溫低、養(yǎng)生條件不足導(dǎo)致芯樣邊角缺失外，其他常規(guī)指標(biāo)均滿足要求。實(shí)踐證明，在山區(qū)低等級(jí)公路應(yīng)用泡沫瀝青冷再生技術(shù)是可行的，但長期的路用效果及耐久性仍需進(jìn)一步的觀察與驗(yàn)證。

[1] 呂偉民，拾方冶.瀝青路面再生技術(shù)手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2006.

[2] 徐金枝，郝培文，劉 麗.泡沫瀝青冷再生混合料力學(xué)特性試驗(yàn)研究[J].公路交通科技，2011,28(12):10-15.

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[4] 潘學(xué)政，拾方治.泡沫瀝青冷再生混合料疲勞性能的探討[J].公路交通科技，2007,24(8):19-22.

[責(zé)任編輯:杜衛(wèi)華]

Research on Application of Cold Recycling with Foamed Asphalt in Low-graded Highway in Mountain Area

FAN Hu-biao1, CUI Jian-zhuang1, CHEN Ying1, GUO Xu1, HU Shi-jin2

(1. Road Administration Mentougou Road branch of Beijing Municipal Commission of Transport, Beijing 102300, China;2. Beijing Municipal Bridge Maintenance Management Group Co. Ltd., Beijing 102308, China)

Combined with the overhaul of highway in Baihua Mountain, the construction technology of cold recycling with foamed asphalt for low-graded highway in mountain area was summarized and expounded in aspects of materials, mix proportion design, application in projects, construction effect and the cost. Results of the research show that by adjusting the production, paving, compacting and maintenance time, unfavourable conditions mainly caused by the terrain can be overcome, which provides reference for the construction of low-graded highway in mountain area.

cold recycling with foamed asphalt; low-graded highway in mountain area; application research; construction technology

1000-033X(2015)04-0058-05

2014-11-24

U414

B