張　彩

(中交四公局 第二工程有限公司， 北京　100004)

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昌九高速瀝青路面乳化瀝青冷再生試驗(yàn)與應(yīng)用

張彩

(中交四公局 第二工程有限公司， 北京100004)

摘要：以昌九高速K522～K543段瀝青路面結(jié)構(gòu)的大修工程作為依托，對(duì)瀝青路面的乳化瀝青冷再生作用機(jī)理進(jìn)行了分析，確定了60%，70%，80%及100% 4種不同 RAP 摻量冷再生混合料最優(yōu)配合比，并提出了具體的碾壓施工工藝，結(jié)果表明，該試驗(yàn)?zāi)軌驖M足規(guī)范所需的標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：高速公路； 瀝青路面； 冷再生； 乳化瀝青； 施工工藝

昌九高速是江西省境內(nèi)修建的第一條高速公路，經(jīng)過(guò)十幾年的運(yùn)營(yíng)公路破損嚴(yán)重，已經(jīng)進(jìn)入了大修階段，傳統(tǒng)的瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)產(chǎn)生的大量路面廢料容易造成資源的浪費(fèi)和環(huán)境的破壞，而冷再生技術(shù)的應(yīng)用能夠解決這一工程難題[1]。因此，瀝青路面冷再生技術(shù)越來(lái)越得到人們的重視。

瀝青路面的冷再生技術(shù)在國(guó)外的研究開(kāi)始比較早，而且技術(shù)較成熟，出版了一系列的規(guī)范[2]；國(guó)內(nèi)的瀝青冷再生技術(shù)研究相對(duì)較晚，在高等級(jí)公路面層的應(yīng)用還未能形成一套成熟的體系。冷再生技術(shù)包括乳化瀝青和泡沫瀝青兩種，由于乳化瀝青可以重復(fù)利用廢舊材料，施工簡(jiǎn)便，且對(duì)環(huán)境無(wú)污染，在瀝青冷再生的應(yīng)用中相對(duì)較為廣泛[3-5]。因此，本文結(jié)合昌九高速公路的大修工程，對(duì)瀝青路面的冷再生技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，對(duì)其配合比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并根據(jù)瀝青混合料的施工要求，完善施工工藝。

1乳化瀝青冷再生機(jī)理分析

瀝青在通常情況下處于一種粘稠的狀態(tài)，性質(zhì)比較穩(wěn)定，不具有工作性能，但是對(duì)其進(jìn)行加熱，并摻入適當(dāng)?shù)娜榛瘎?，就能在機(jī)械作用下生成一種穩(wěn)定的乳液，這種乳液能將瀝青微粒分散在水溶液中，稱之為乳化瀝青。乳化瀝青材料在破乳后具有很強(qiáng)的膠結(jié)力，因此，可以利用該材料用于瀝青混合料的冷再生工作，乳化瀝青的關(guān)鍵技術(shù)在瀝青的破乳過(guò)程[6-8]，如圖1所示，如果過(guò)早破乳，乳化瀝青不能充分裹覆瀝青混合料，則容易導(dǎo)致攤鋪和碾壓出現(xiàn)各種問(wèn)題，需要根據(jù)瀝青路面實(shí)際的情況選擇合適的乳化劑及其配比。另外，乳化瀝青的反應(yīng)時(shí)間也很關(guān)鍵，時(shí)間越長(zhǎng)，膠結(jié)力越大，但受施工工期與臨時(shí)通車的需求，對(duì)于大修后的瀝青路面通常需要具有一定的初期凝聚強(qiáng)度。

圖1　乳化瀝青冷再生混合料結(jié)構(gòu)示意圖

乳化瀝青冷再生混合料的強(qiáng)度來(lái)源主要有兩方面：一方面是內(nèi)聚力，另一方面是內(nèi)摩擦力，前者是通過(guò)瀝青本身與集料之間的粘附力，后者是通過(guò)集料之間的相互擠壓摩擦產(chǎn)生的作用力，兩者在混合料的不同階段發(fā)揮的作用不同。

在混合料強(qiáng)度形成的初期階段，由于乳化瀝青還未破乳，粘結(jié)力不夠，瀝青混合料之間強(qiáng)度主要通過(guò)集料本身的強(qiáng)度和集料之間的摩擦力構(gòu)成，因而乳化瀝青冷再生混合料初期強(qiáng)度較低，需通過(guò)添加水泥或者其它材料來(lái)提高其初期的強(qiáng)度。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的養(yǎng)護(hù)和荷載碾壓后，混合料的密實(shí)度逐漸提高，水分蒸發(fā)完全，集料之間的內(nèi)聚力逐漸增大，養(yǎng)生結(jié)束后，瀝青混合料的強(qiáng)度逐步提高，能夠滿足規(guī)范中高速公路瀝青路面所需的各項(xiàng)要求。

2路面修復(fù)方案的選擇

通過(guò)對(duì)昌九高速公路K522～K543段的路面信息調(diào)查和病害分析，總結(jié)路面發(fā)生病害的原因，并對(duì)路面基層和面層的結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行分析，對(duì)路面的基本狀況進(jìn)行相應(yīng)的評(píng)價(jià)，做出相應(yīng)的處理，基本的處理程序如圖2所示。

圖2　路面修復(fù)程序

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，昌九高速公路K522～K543段路面出現(xiàn)了大量的病害，比如路基沉陷，路面橫縫、車轍等，局部位置面層較薄，病害多種多樣且無(wú)規(guī)律，傳統(tǒng)的修復(fù)方法容易導(dǎo)致資源的浪費(fèi)，造

成環(huán)境的無(wú)人，而采用冷再生技術(shù)不僅能有效的治理病害，而且能夠利用路基舊料，降低成本，而且對(duì)交通的影響也相對(duì)較小，通過(guò)比較考慮，選擇乳化瀝青冷再生技術(shù)對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)。

本文所研究的乳化瀝青冷再生混合料主要由清理后的幾種材料組成，如圖3所示：主要包括瀝青混合料，乳化瀝青，水泥，水4種材料，利用水泥砂漿填充空隙，舊路材料形成骨架，乳化瀝青包裹瀝青混合料，形成一種新的復(fù)合材料。

圖3　乳化瀝青冷再生混合料

3乳化瀝青冷再生配合比設(shè)計(jì)

3.1確定級(jí)配

乳化瀝青冷再生設(shè)計(jì)級(jí)配的依據(jù)是滿足規(guī)范對(duì)路面的各種要求[9-11]，為最大限度利用舊料，各舊料的利用根據(jù)原有銑刨料的組成進(jìn)行選擇。為減少試驗(yàn)誤差，保證瀝青再生混合料的級(jí)配組成基本相同，對(duì)其配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)，為方便描述，將4種不同瀝青混合料的摻量比例60%、70%、80%、100%簡(jiǎn)稱為RAP60、RAP70、RAP80及RAP100，首先將瀝青混合料進(jìn)行篩分，根據(jù)篩分的結(jié)果進(jìn)行添加所缺少的粗細(xì)集料，滿足不同摻量比例和AC-20對(duì)級(jí)配的要求，級(jí)配的組成如表1所示。

3.2確定最優(yōu)含水量

瀝青混合料都采用普通硅酸鹽 P·O42.5 水泥，其摻量采用2.0%，乳化瀝青的摻量采用6.45%，瀝青冷再生混合料擊實(shí)試驗(yàn)的結(jié)果見(jiàn)表2及圖4所示。

表1 瀝青冷再生混合料級(jí)配組成篩孔/mm篩分通過(guò)率/%RAP摻量比例AC-20RAP100RAP80RAP70RAP60上限下限中值26.51001001001001001001001998.495.994.193.2100929613.295.186.184.582.28771799.584.274.172.169.38262724.7556.248.246.447.16634502.3626.328.129.232.25123370.33.77.59.513.2224130.0751.43.34.15.7825

表2 不同舊料摻量混合料擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果舊料摻量干密度/(g·cm-3)含水率/%RAP1001.9121.9431.9371.9331.91245678RAP801.9641.9661.9731.9751.96445678RAP701.9851.9881.9941.9931.98845678RAP602.0062.0172.0222.0131.99856789

圖4　不同RAP摻量的擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果圖

根據(jù)圖4中曲線可找出最大干密度-最優(yōu)含水率的關(guān)鍵點(diǎn)，如表3所示。

表3 不同RAP摻量最大干密度-最優(yōu)含水率摻量最優(yōu)含水率/%最大干密度/(g·cm-3)RAP1006.11.960RAP806.41.975RAP706.61.998RAP606.92.019

3.3確定最優(yōu)的乳化瀝青用量

乳化瀝青的摻量對(duì)瀝青混合料冷再生的試驗(yàn)結(jié)果十分重要，按照規(guī)范的要求制作相應(yīng)的試件，并進(jìn)行了干、濕劈裂試驗(yàn)，繪制了劈裂強(qiáng)度比與乳化瀝青用量之間的關(guān)系圖，如表4和圖5所示。

表4 不同乳化瀝青用量劈裂試驗(yàn)結(jié)果乳化瀝青/%RAP100劈裂強(qiáng)度RAP80劈裂強(qiáng)度RAP70劈裂強(qiáng)度RAP60劈裂強(qiáng)度濕/MPa干/MPa比/%濕/MPa干/MPa比/%濕/MPa干/MPa比/%濕/MPa干/MPa比/%50.210.2680.70.400.4785.160.250.2889.30.470.5388.60.450.5286.50.600.6690.970.310.3393.90.570.6291.90.560.6388.80.680.7393.180.260.3281.20.450.5286.50.620.6595.40.760.8095.090.240.2982.70.380.4879.10.530.5989.80.690.7493.2100.470.5487.00.600.7085.7

圖5　不同RAP干濕劈裂強(qiáng)度比

根據(jù)RAP不同摻量的劈裂試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，就可以確定乳化瀝青的最優(yōu)用量，然后根據(jù)試驗(yàn)的配比，就是RAP的摻量，確定最終的瀝青用量，如表5和圖6所示。

表5 不同舊料摻量的最優(yōu)乳化瀝青用量和總瀝青用量舊料摻量最優(yōu)乳化瀝青用量/%總瀝青含量/%RAP608.106.25RAP707.906.52RAP807.206.92RAP1006.707.54

圖6　最優(yōu)乳化瀝青用量與舊料摻量的關(guān)系

由表5及圖6可以看出，隨著瀝青混合料摻量的增加，乳化瀝青的用量逐漸增大，再生混合料瀝青總量逐漸減小，且瀝青含量與瀝青混合料的摻量有近似線性關(guān)系。

4施工工藝

乳化瀝青冷再生的施工工藝與傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料存在較大的差異，它生產(chǎn)過(guò)程無(wú)需熱加工設(shè)備和工藝，可以大大的降低生產(chǎn)能耗，我國(guó)目前對(duì)冷再生的施工工藝僅進(jìn)行了一些概述性的要求[12]，相關(guān)的機(jī)械和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還不是很成熟。因此，對(duì)乳化瀝青冷再生的施工工藝進(jìn)行總結(jié)歸納，是推廣該技術(shù)的重點(diǎn)，施工工藝的關(guān)鍵步驟主要有以下幾個(gè)部分。

4.1拌合

采用工廠冷再生的瀝青混合料施工工藝需要構(gòu)建一個(gè)計(jì)量精度較高的拌合廠，如圖7所示。對(duì)冷再生材料的配合比、拌合時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行控制，拌合后直接運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，不允許儲(chǔ)存。

圖7　工廠乳化瀝青冷再生拌合設(shè)備

4.2運(yùn)輸

乳化瀝青冷再生混合料的運(yùn)輸應(yīng)采用大型車輛進(jìn)行運(yùn)輸，在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中要對(duì)瀝青混合料進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)處理，以防提前破乳，保證有足夠的時(shí)間使混合料到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)，若發(fā)生提前破乳則應(yīng)該廢棄掉，不能重復(fù)使用。

4.3攤鋪

在乳化瀝青冷再生的攤鋪施工工藝過(guò)程中，可以采用常用的瀝青攤鋪機(jī)，攤鋪過(guò)程應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行處理，速度均勻、緩慢，攤鋪的路面基層不應(yīng)該有雜物或者水槽，要控制每一層的攤鋪厚度，根據(jù)設(shè)計(jì)的參數(shù)進(jìn)行處理，特殊天氣如雨天、低溫情況下也不宜進(jìn)行攤鋪工作。

4.4碾壓

碾壓應(yīng)在攤鋪完成30 min內(nèi)開(kāi)始碾壓，碾壓過(guò)程中可以采用鋼輪壓路機(jī)和輪胎壓路機(jī)，碾壓的方式和次數(shù)根據(jù)混合料的性能、厚度、壓路機(jī)型號(hào)以及所處的環(huán)境而定，如圖8所示。壓實(shí)的厚度一般不宜大于16 cm，也不易小于6 cm，當(dāng)瀝青混合料出現(xiàn)裂縫或者推移時(shí)，應(yīng)改變碾壓方式，壓路機(jī)禁止在剛完成碾壓的路段掉頭、急剎或停放。

圖8　冷再生混合料碾壓示意圖

4.5養(yǎng)生

乳化瀝青冷再生混合料在經(jīng)過(guò)一系列的拌合、攤鋪與碾壓過(guò)程后，就基本成型，產(chǎn)生了一定的強(qiáng)度，然后需要對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)生，以保證混合料最終的強(qiáng)度形成，通常情況下，養(yǎng)生的時(shí)間控制在2～3 d，養(yǎng)生結(jié)束后就可以開(kāi)發(fā)交通。

4.6開(kāi)放交通

攤鋪完后的路面在未達(dá)到規(guī)范要求的強(qiáng)度前不允許任何車輛進(jìn)入，但需要將路面的松散顆粒清掃干凈，以免影響行車的安全。

5結(jié)論

本文是在結(jié)合昌九高速公路路面大修工程的現(xiàn)場(chǎng)冷再生試驗(yàn)進(jìn)行研究，對(duì)不同RAP摻量的材料性能進(jìn)行了對(duì)比研究，得到的研究結(jié)論如下：

1) 對(duì)乳化瀝青冷再生的作用機(jī)理進(jìn)行了深入的探討，并對(duì)材料強(qiáng)度的來(lái)源及過(guò)程進(jìn)行了分析。

2) 確定了60%，70%，80%以及100% 4種不同瀝青混合料摻量冷再生混合料最優(yōu)配合比，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)瀝青的含量與瀝青混合料的摻量存在著近似的直線關(guān)系。

3) 通過(guò)對(duì)瀝青面層冷再生施工工藝的研究，提出了具體的施工工藝。

參考文獻(xiàn)：

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

[2] 美國(guó)瀝青再生協(xié)會(huì).美國(guó)瀝青再生指南[M].北京：人民交通出版社，2006.

[3] 吳曠懷，李燕楓，楊國(guó)梁，等.乳化瀝青冷再生瀝青混合料的研究[J].暨南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)與醫(yī)學(xué)版)，2008，29(3)：281-285.

[4] Yongjoo Kim，Hosin David Lee.Performance Evaluation of Cold In-place Recycling Mixtures Using Emulsified Asphalt Based on Dynamic Modulus，F(xiàn)low Number，F(xiàn)low Time，and Raveling Loss[J].KSCE journal of civil engineering，2012，16(4)：586-593.

[5] 郭銀濤，劉清泉，劉振清，等.基于改性乳化瀝青-水泥雙膠

結(jié)料的半柔性再生混合料性能研究[J].山東大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2012，42(3)：81-86 ，99.

[6] 胡艷，焦建華，梁乃興，等.不同成型方法乳化瀝青冷再生混合料馬歇爾試驗(yàn)比較[J].公路與汽運(yùn)，2011(4)：142-145.

[7] 楊進(jìn)，江濤，孫立軍，等.考慮第二次壓密的乳化瀝青冷再生混合料室內(nèi)試驗(yàn)方法研究[J].公路工程，2010，35(1)：76-78.

[8] 吳超凡，曾夢(mèng)瀾，鐘夢(mèng)武，等.乳化瀝青冷再生混合料設(shè)計(jì)方法試驗(yàn)研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，35(8)：19-23.

[9] 沙愛(ài)民，王振軍.水泥乳化瀝青混凝土膠漿-集料界面微觀結(jié)構(gòu)[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，28(4)：1-6.

[10] 曾夢(mèng)瀾，肖杰，吳超凡，等.冷再生瀝青混合料RAP含量對(duì)使用性能的影響[J].中南公路工程，2007 ，32(2)：27-31.

[11] 吳超凡，曾夢(mèng)瀾，趙明華，等.乳化瀝青冷再生混合料路用性能試驗(yàn)研究[J].公路交通科技，2009，26(7)：27-32.

[12] 榮麗娟.改性乳化瀝青冷再生混合料研究及應(yīng)用[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2013.

文章編號(hào)：1008-844X(2016)02-0049-04

收稿日期:2016-02-02

作者簡(jiǎn)介:張彩( 1980-) ，男，工程師，從事公路與橋梁施工工作。

中圖分類號(hào)：U 416.217

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B