仝 佳

（山西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030031）

乳化瀝青冷再生混合料具有良好的路用性能，將其應(yīng)用于瀝青路面改善工程中符合綠色、環(huán)保設(shè)計(jì)理念的要求。目前國內(nèi)對乳化瀝青冷再生技術(shù)已取得了一定成果，例如湖南大學(xué)肖杰[1]通過室內(nèi)試驗(yàn)研究乳化瀝青的路用性能，并與普通熱拌瀝青混合料進(jìn)行對比，指出乳化瀝青冷再生混合料的優(yōu)勢；吳超凡、董黨鋒[2-3]對比分析了不同乳化瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)方法確定最佳乳化瀝青用量的差別，最終提出乳化瀝青用量宜控制在3.8%～5.0%之間；嚴(yán)金海[4]通過Cooper試驗(yàn)機(jī)對乳化瀝青冷再生混合料的勁度模量及間接拉伸疲勞性能進(jìn)行研究，指出其疲勞破壞屬于塑性破壞；吳曉春[5]結(jié)合九景高速公路路況調(diào)查，對乳化瀝青冷再生基層路面病害特征進(jìn)行分析，指出強(qiáng)度不足是引起路面車轍、裂縫病害的主要原因。

本文結(jié)合實(shí)體工程，根據(jù)舊路面狀況評價(jià)結(jié)果提出采用乳化瀝青冷再生基層的改善方案，在對回收瀝青路面材料（RAP料）分析基礎(chǔ)上進(jìn)行混合料配合比設(shè)計(jì)及性能研究，并對施工效果進(jìn)行檢測評價(jià)，為以后的工程設(shè)計(jì)及研究提供參考。

1 工程概況

該路段為一級(jí)公路，養(yǎng)護(hù)樁號(hào)為K20+100—K25+600，雙向四車道，2002年建成通車。原路面為瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)類型，4 cm的AC-13細(xì)粒式瀝青混凝土+6 cm的AC-20粗粒式瀝青混凝土+25 cm的水泥穩(wěn)定碎石+25 cm的10%灰土+25 cm 6%灰土，其下為土基。路面頂設(shè)計(jì)彎沉為28（0.01 mm）。該路段交通量較大（達(dá)6.2萬pcu/d）、大型車比重較高（拖掛車比重達(dá)28%），原設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)承載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)當(dāng)前重載交通需求，路面病害嚴(yán)重，嚴(yán)重突出的病害有坑洞和車轍，給地方公路管養(yǎng)部門造成極大的壓力。委托檢測單位對該路段的路表狀況及彎沉進(jìn)行檢測，通過路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)PSSI與路面狀況在技術(shù)PCI進(jìn)行評價(jià)，檢測結(jié)果見表1。

表1 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與路面狀況評價(jià)結(jié)果

從表1可以看出，該路段上行的路面狀況要優(yōu)于下行，路面狀況評價(jià)等級(jí)基本為良；上、下行路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相當(dāng)，評價(jià)等級(jí)都在次及以下，說明該路段路面結(jié)構(gòu)較差?，F(xiàn)場鉆芯取樣表明，局部路段基層水泥穩(wěn)定碎石破損嚴(yán)重，二灰土基本完好無損。分析原因主要是因?yàn)闉r青面層破損嚴(yán)重，路面水下滲蓄積在路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部，在重載作用下動(dòng)水壓力較大，引發(fā)大量水損害。因此，擬決定銑刨全路段瀝青路面，根據(jù)基層破損狀況進(jìn)行局部維修；全路段鋪筑乳化瀝青冷再生上基層后再加鋪4 cm SMA-13與6 cm AC-20，路表設(shè)計(jì)彎沉為 23.5（0.1 mm）。

2 配合比設(shè)計(jì)

2.1 原材料檢測

原材料檢測主要包括RAP料、新集料、乳化瀝青、外摻劑的檢測。

2.1.1 RAP料

采用四分法對RAP料進(jìn)行取樣，為了保證乳化瀝青冷再生混合料級(jí)配的穩(wěn)定性，將RAP料分為0～5、5～10、10～30三檔。將各檔 RAP料放入 50 ℃烘箱中烘干后進(jìn)行篩分試驗(yàn)，確定各檔料的級(jí)配，結(jié)果見表2。

表2 RAP料級(jí)配組成

2.1.2 新集料和礦粉

RAP料中粗骨料含量較少，為改善乳化瀝青冷再生混合料的骨架結(jié)構(gòu)，防治裂縫病害，需添加10%的新集料；同時(shí)添加少量礦粉，以填補(bǔ)粗骨料間的空隙，增強(qiáng)基層密實(shí)性。

2.1.3 乳化瀝青

本工程采用中裂型乳化瀝青，乳化瀝青蒸發(fā)殘留物含量為62.5%，其蒸發(fā)殘留物的各項(xiàng)性能指標(biāo)見表3。

表3 乳化瀝青蒸發(fā)殘留物性能指標(biāo)

2.1.4 外摻劑與水

為增加乳化瀝青冷再生混合料的強(qiáng)度與剛度，提高路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，選用普通硅酸鹽水泥作為外加劑。乳化瀝青冷再生混合料用水符合飲用水要求即可。

2.2 級(jí)配設(shè)計(jì)

由于RAP料中含有大量的粉料，吸水能力較強(qiáng)，同時(shí)以水泥作為外摻劑，若含水量較大極易導(dǎo)致干縮開裂，因此在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適當(dāng)提高5～10、10～30兩檔RAP料添加比例，盡量使級(jí)配曲線處于級(jí)配中值下方，具體設(shè)計(jì)結(jié)果見表4，級(jí)配曲線如圖1所示。

表4 級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果

圖1 級(jí)配曲線

2.3 最佳含水率（OWC）的確定

根據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》JTG F41—2008[6]中乳化瀝青冷再生配合比設(shè)計(jì)方法，采用重型擊實(shí)確定混合料的最佳含水率，初始乳化瀝青用量為3.5%，以0.5%為間隔改變含水率，通過最佳干密度確定最佳含水率。為保證含水率測試的準(zhǔn)確性，先將RAP料在50%烘箱中恒溫24 h，待完全干燥后進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表5，最大干密度隨含水率變化規(guī)律如圖2所示。

表5 重型擊實(shí)后各組試件的含水率與密度值

圖2 干密度隨含水率關(guān)系曲線

根據(jù)表5與圖2確定出最佳含水率為4.0%，最大干密度為2.224 g/cm3。

2.4 最佳乳化瀝青用量的確定

在保證總含水率不變的前提下，以0.5%為間隔，采用5個(gè)乳化瀝青用量，根據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》JTG F41—2008中二次擊實(shí)方法成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，測試其體積參數(shù)，并通過劈裂試驗(yàn)測試劈裂強(qiáng)度與24 h浸水劈裂殘留強(qiáng)度比，結(jié)果見表6，空隙率、劈裂強(qiáng)度隨乳化瀝青用量變化規(guī)律如圖3所示。

表6 不同乳化瀝青用量的馬歇爾試件的體積參數(shù)

圖3 空隙率與劈裂強(qiáng)度隨乳化瀝青變化規(guī)律

從圖3可以看出，空隙率隨著乳化瀝青用量的增加而減小，而浸水劈裂強(qiáng)度比基本呈逐漸增大的趨勢。當(dāng)乳化瀝青用量在3.5%～4.0%之間時(shí)混合料的15℃劈裂強(qiáng)度與浸水劈裂強(qiáng)度最大，而且浸水劈裂強(qiáng)度相對較高?！豆窞r青路面再生技術(shù)規(guī)范》JTG F41—2008[6]規(guī)定作為基層與下面層的乳化瀝青冷再生混合料劈裂強(qiáng)度不得小于0.4 MPa與0.5 MPa，因此采用3.5%的乳化瀝青用量能夠滿足要求。

3 路用性能研究

由于本工程中乳化瀝青冷再生作為上基層，因此對其水穩(wěn)性及高溫抗車轍性能要求較高。

3.1 水穩(wěn)定性

采用3.5%乳化瀝青用量與4.0%含水率，成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，通過浸水馬歇爾與凍融劈裂試驗(yàn)測試乳化瀝青冷再生混合料的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂強(qiáng)度比，對其水穩(wěn)定性進(jìn)行研究，其中浸水馬歇爾試驗(yàn)水浴溫度為40℃。試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 凍融循環(huán)劈裂試驗(yàn)結(jié)果

從表7中可以看出，乳化瀝青冷再生混合料的凍融劈裂殘留穩(wěn)定度滿足規(guī)范不小于70%的技術(shù)要求；浸水馬歇爾穩(wěn)定度更是高達(dá)6.11 kN；同時(shí)馬歇爾穩(wěn)定度也能夠滿足超過5 kN的要求。雖然乳化瀝青孔隙率較大，但由于以水硬性材料水泥作為外摻劑，能夠起到抗剝落劑的作用，提高乳化瀝青冷再生混合料的水穩(wěn)定性。因此，乳化瀝青冷再生混合料能夠滿足基層材料的要求。

3.2 高溫性能

成型30 cm×30 cm×5 cm的標(biāo)準(zhǔn)車轍板試件，養(yǎng)生48 h后放入60℃的恒溫箱中恒溫4 h，然后進(jìn)行車轍試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為60℃，橡膠輪胎壓為0.7 MPa，碾壓速率為 42次/min，試驗(yàn)時(shí)間為60 min，試驗(yàn)結(jié)果見表8。

表8 高溫穩(wěn)定性檢驗(yàn)結(jié)果

從表8可知，乳化瀝青冷再生混合料車轍試驗(yàn)的車轍深度均在4 mm以內(nèi)，動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)均超過8 500次/mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過規(guī)范1 500次/mm的技術(shù)要求。這主要是因?yàn)镽AP料中老化瀝青的溫度敏感性低，高溫性能較好；60℃條件下老化瀝青的黏度較高，混合料的抗剪切變形能力較強(qiáng)。再者，硅酸鹽水泥作為一種水硬性材料，能夠有效提高冷再生混合料強(qiáng)度與抗變形能力，改善高溫性能。

4 實(shí)體工程效果評價(jià)

將上述配合比應(yīng)用到實(shí)體工程中鋪筑瀝青路面上基層，混合料拌和過程嚴(yán)格控制混合料級(jí)配、乳化瀝青用量、含水率及水泥用量等關(guān)鍵參數(shù)；通過理論計(jì)算確定合理的攤鋪速度，并根據(jù)試驗(yàn)段試鋪效果確定合理的碾壓遍數(shù)及速度。

施工過程中采用灌砂法測試壓實(shí)度，現(xiàn)場鉆芯測試劈裂強(qiáng)度；施工完畢后，對乳化瀝青冷再生上基層的平整度、彎沉進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果見表9。

從表9可以看出，該路段上、下行乳化瀝青冷再生上基層現(xiàn)場芯樣劈裂強(qiáng)度、壓實(shí)度及平整度都能夠滿足規(guī)范要求，說明現(xiàn)場施工質(zhì)量易于控制；全路段代表彎沉都能夠滿足設(shè)計(jì)要求，說明乳化瀝青冷再生混合料上基層具有良好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。瀝青面層鋪筑完成開放交通后，對該路段進(jìn)行跟蹤觀測，結(jié)果表明通車兩年后路表沒有出現(xiàn)反射裂縫，說明乳化瀝青冷再生作為柔性基層，能夠有效防治反射裂縫，延長路面使用壽命。

5 結(jié)語

本文以某一級(jí)公路瀝青路面改善工程為依托，對乳化瀝青冷再生混合料的設(shè)計(jì)、性能及使用效果進(jìn)行研究。首先，根據(jù)舊路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足、路面狀況較差的特征提出采用乳化瀝青冷再生混合料作為上基層的改善方案；其次，將RAP料分為0～5、5～10、10～30三檔，以1.5%水泥為外摻劑，添加10%新礦料進(jìn)行混合料級(jí)配設(shè)計(jì)，并根據(jù)劈裂強(qiáng)度最大原則確定最佳乳化瀝青用量為3.5%；再者，室內(nèi)試驗(yàn)表明乳化瀝青冷再生混合料具有良好的強(qiáng)度及水穩(wěn)定性，動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)超過8 500次/mm；最后，實(shí)體工程檢測與評價(jià)表明乳化瀝青冷再生上基層施工質(zhì)量易于控制，具有良好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，能夠有效防止反射裂縫，延長路面使用壽命。