王 瑩

(遼寧省交通科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 沈陽市 110015)

根據(jù)全國交通大發(fā)展的要求，秉著低碳環(huán)保、資源再利用的原則，結(jié)合某高速公路改擴(kuò)建工程建設(shè)，采用廠拌冷再生技術(shù)，將回收的舊瀝青路面材料(RAP),加入部分新集料和泡沫瀝青等按一定比例混合后再生作為新的瀝青路面材料，用于路面結(jié)構(gòu)層，節(jié)約了瀝青及大量砂石材料，降低了工程造價，促進(jìn)了節(jié)約型交通發(fā)展。

1 泡沫瀝青冷再生技術(shù)原理及特點

泡沫瀝青冷再生混合料由廢舊瀝青混合料、水泥、水、一定量的新集料和泡沫瀝青組成。瀝青在高溫狀態(tài)下加入少量水，會產(chǎn)生微細(xì)泡沫同時體積膨脹，物理性質(zhì)會暫時發(fā)生變化，粘度顯著降低，可以與冷濕粒料拌和均勻，這種狀態(tài)下的瀝青稱為泡沫瀝青。處于泡沫狀態(tài)的瀝青表面張力降低，與高速攪拌狀態(tài)下的冷濕集料具有良好的裹覆性能，而這種裹覆作用在常溫下主要針對集料的細(xì)集料部分，形成高粘度的瀝青膠漿，并在壓實作用下與粗集料粘結(jié)而形成強(qiáng)度。

1.1 瀝青發(fā)泡原理

當(dāng)高溫瀝青與常溫冷水滴接觸時，將發(fā)生反應(yīng)：熱瀝青與小水滴表面進(jìn)行熱量(能量)交換，水滴溫度上升至100℃，瀝青冷卻；瀝青傳遞的熱量超過了蒸汽潛熱，使其體積膨脹，產(chǎn)生蒸汽。蒸汽泡在一定壓力下壓入瀝青的連續(xù)相；隨著溶有大量蒸汽泡的瀝青從噴嘴噴出，壓縮蒸汽膨脹使略微變涼的瀝青形成薄膜狀，并依靠薄膜的表面張力將氣泡完全裹附；由于瀝青與水的低導(dǎo)熱性，這種平衡能夠維持?jǐn)?shù)秒的時間；發(fā)泡過程中產(chǎn)生的氣泡只能以一種亞穩(wěn)定態(tài)的形式存在，容易破滅。瀝青發(fā)泡的基本過程及效果見圖1、圖2。

圖1 瀝青發(fā)泡原理

圖2 發(fā)泡瀝青的效果(AH-70)

1.2 瀝青發(fā)泡效果的衡量指標(biāo)

膨脹率(發(fā)泡體積倍數(shù))和半衰期是瀝青發(fā)泡效果的兩個評價指標(biāo)。膨脹率是瀝青在發(fā)泡狀態(tài)下的最大體積與未發(fā)泡狀態(tài)下的體積之比。膨脹率越大，泡沫瀝青與集料越能充分接觸，形成良好的裹附作用，拌制的混合料效果越好，本項目規(guī)定膨脹率不小于12%。半衰期是泡沫瀝青最大體積縮小到該體積一半所用的時間，該指標(biāo)描述了瀝青泡沫的穩(wěn)定性，半衰期越長，說明泡沫越不容易衰減，可以增加與集料接觸與拌和的時間，提高泡沫瀝青混合料的質(zhì)量，本項目規(guī)定半衰期不小于10s。

1.3 影響發(fā)泡指標(biāo)的因素

泡沫瀝青的膨脹率和半衰期的影響因素較多，首先是加水量，增加發(fā)泡水用量可以有效增加產(chǎn)生泡沫的體積，同時膨脹率增大。而單個泡沫體積的增加減少了瀝青薄膜的厚度，使泡沫不穩(wěn)定而導(dǎo)致半衰期減小，因此，膨脹率和半衰期與發(fā)泡用水量成相反關(guān)系，如圖3所示。瀝青的穩(wěn)定性直接影響到泡沫瀝青的質(zhì)量，本項目采用盤錦八方實業(yè)有限公司生產(chǎn)的A級70#基質(zhì)瀝青，各項指標(biāo)符合設(shè)計要求，性能穩(wěn)定。同時還受到瀝青溫度的影響，瀝青的粘度與其溫度成反比關(guān)系，當(dāng)溫度增加時，粘度減小，理論上，較低的粘度，發(fā)泡過程中在水改變狀態(tài)時就會形成較大的泡沫，因此要獲得滿意的發(fā)泡效果，瀝青發(fā)泡前的溫度應(yīng)控制在140℃以上。另外增加輸送管道的壓力可以使流經(jīng)這些通口的液體分散(成霧狀)，從而改善泡沫的均勻性。

圖3 一定溫度下瀝青發(fā)泡特性曲線

2 回收瀝青路面材料(RAP)分析

2.1 RAP的銑刨和級配控制

銑刨料的級配是影響混合料路用性能的重要因素，而銑刨設(shè)備種類、設(shè)備運行速度、原路面級配類型等因素都會影響到RAP的級配。要想獲得理想的再生混合料級配，必須對路面的銑刨有嚴(yán)格要求。通過預(yù)銑刨，確定銑刨過程中的各項參數(shù)，銑刨的速度在4～5m/min時，不同路面結(jié)構(gòu)形式級配比較接近，級配曲線適中。

2.2 RAP的預(yù)處理

廠拌再生時，回收瀝青路面材料(RAP)必須經(jīng)過預(yù)處理后才可使用。使用機(jī)具將一個料堆的回收瀝青路面材料(RAP)充分混合，然后用破碎機(jī)進(jìn)行破碎，使回收瀝青路面材料(RAP)最大粒徑小于再生瀝青混合料最大公稱粒徑，不應(yīng)有超粒徑材料。根據(jù)再生混合料的最大公稱粒徑合理選擇篩孔尺寸，將處理后的回收瀝青路面材料(RAP)篩分成不少于兩檔的材料，材料的質(zhì)量要求詳見表1。在轉(zhuǎn)運和堆放過程中避免回收瀝青路面材料(RAP)發(fā)生離析，料倉中的回收瀝青路面材料(RAP)應(yīng)及時使用，避免長時間堆放。

表1 廠拌冷再生RAP檢測項目與質(zhì)量要求

3 泡沫瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計

3.1 原材料

泡沫瀝青混合料中，加入泡沫瀝青和RAP之外，還要加入少量水泥，以促使瀝青盡快破乳，提高混合料的早期強(qiáng)度，同時還可以改善混合料的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性等性能。另外回收路用材料RAP級配不能滿足要求，必須加入新集料調(diào)整配合比。本項目泡沫瀝青冷再生混合料所選用的原材料包括：碎石(20～30mm)、RAP(9.5～31.5mm、0～9.5mm)、石屑(0～3mm)、水泥(P.O42.5緩凝)、A級70#道路石油瀝青。通過對原材料進(jìn)行檢測，性能符合規(guī)范要求后，進(jìn)行配合比設(shè)計。

3.2 合成級配

首先對銑刨料RAP進(jìn)行合理取樣，通過篩分試驗，確定其級配，與設(shè)計級配范圍進(jìn)行比較，根據(jù)需要加入新集料。混合料級配要關(guān)注0.075mm篩孔通過率，以確保有充足的細(xì)料。該項目最終礦料級配設(shè)計見表2。

表2 各礦質(zhì)組成材料質(zhì)量所占比例

3.3 確定最佳含水率

參照J(rèn)TG E40-2007規(guī)范T0131方法，對合成礦料進(jìn)行擊實試驗，確定最佳含水率。泡沫瀝青試驗用量為3.0%，根據(jù)擊實曲線，見圖4，確定混合料的最佳含水率為4.8%，且此時對應(yīng)的最大干密度為2.148g/cm3。

圖4 擊實曲線

3.4 確定最佳泡沫瀝青用量

根據(jù)規(guī)范要求，預(yù)估瀝青油石比為2.9%，以2.9%為中值，按照2.3%、2.6%、2.9%、3.2%、3.5%泡沫瀝青油石比，保持最佳含水率4.8%不變，制作馬歇爾試件，制件及養(yǎng)生方法按JTG F41-2008附錄D執(zhí)行。各組油石比試件進(jìn)行15℃干濕劈裂試驗、25℃凍融破裂試驗，試驗結(jié)果見表3，通過對干濕劈裂試驗、凍融破裂試驗以及試件密度進(jìn)行綜合分析，結(jié)合工程經(jīng)驗，最終確定泡沫瀝青最佳油石比為2.9%，通過動穩(wěn)定度性能檢驗結(jié)果合格，見表4。

表4 泡沫冷再生混合料配合比設(shè)計性能檢驗

4 泡沫瀝青冷再生施工工藝

4.1 施工準(zhǔn)備

(1)施工前應(yīng)確認(rèn)下承層密實平整，強(qiáng)度符合設(shè)計要求。攤鋪前在下承層表面噴灑乳化瀝青，噴灑用量為純?yōu)r青用量的0.2～0.3kg/m2。

(2)試驗段的鋪筑。施工前應(yīng)在主線上鋪設(shè)不少于200m的試驗段，目的在于從施工工藝、施工管理、工程質(zhì)量以及施工安全等方面驗證材料施工配合比及施工方案等的可行性，為大面積施工提供技術(shù)參數(shù)。

(3)廠拌冷再生應(yīng)采用專用的拌和設(shè)備，其生產(chǎn)能力應(yīng)與攤鋪設(shè)備的生產(chǎn)能力相匹配，一般不小于200t/h，且其拌和后的冷再生混合料應(yīng)均勻一致，無結(jié)團(tuán)成塊現(xiàn)象發(fā)生，既要拌和均勻，也不能產(chǎn)生過度拌和的現(xiàn)象。

(4)運輸混合料應(yīng)選用載重量15t以上的自卸車，其數(shù)量滿足連續(xù)攤鋪施工需要，車輛運輸能力應(yīng)超過拌和能力和攤鋪能力，不能出現(xiàn)攤鋪機(jī)等待料車的情況。向料車裝料時，為減少混合料離析現(xiàn)象，應(yīng)前后移動車輛位置，平衡裝料。

4.2 攤鋪

(1)廠拌冷再生混合料施工氣溫宜在10℃以上，且不得在雨天施工。

(2)應(yīng)采用攤鋪機(jī)攤鋪，熨平板不需要加熱。攤鋪速度根據(jù)拌和能力、運輸能力、攤鋪寬度和厚度等綜合確定，做到緩慢、均勻、連續(xù)不斷地攤鋪，速度控制在2～4m/min的范圍內(nèi)，中途不得隨意變換速度或停頓。若攤鋪后的混合料出現(xiàn)明顯離析、波浪、裂縫、拖痕時應(yīng)及時停止工作，分析原因并予以消除。松鋪系數(shù)根據(jù)試驗段鋪筑的結(jié)果確定，一般在1.25～1.30之間。

4.3 壓實

(1)鋼輪壓路機(jī)、輪胎壓路機(jī)的數(shù)量及噸位要依據(jù)再生層厚度、壓實度等要求來確定。單幅攤鋪寬度不超過4.5m時，宜配備16t以上單鋼輪振動壓路機(jī)、25t以上膠輪壓路機(jī)、11t以上雙鋼輪振動壓路機(jī)各一臺；單幅攤鋪寬度超過4.5m時，宜配備上述壓路機(jī)各兩臺。

(2)根據(jù)試驗段確定合理的碾壓工藝。經(jīng)驗不足時可參照下述工藝實施：初壓采用雙鋼輪壓路機(jī)1～3遍，第一遍前進(jìn)采用靜壓方式，其它壓實遍數(shù)在不發(fā)生混合料推移的情況下都應(yīng)采用振動壓實；復(fù)壓采用單鋼輪壓路機(jī)振動壓實3～5遍，終壓采用輪胎壓路機(jī)靜壓4～6遍，根據(jù)需要確定是否采用雙鋼輪壓路機(jī)靜壓收光。初壓速度宜為1.5～3km/h，復(fù)壓和終壓速度宜為2～4km/h。

4.4 養(yǎng)生及開放交通

(1)冷再生層養(yǎng)生后方可再加鋪上層結(jié)構(gòu)，一般養(yǎng)生時間為3～7d，不宜少于48h。當(dāng)再生層用Φ150mm鉆頭的鉆芯機(jī)可取出完整的芯樣或含水率低于2%時，可結(jié)束養(yǎng)生。

(2)不應(yīng)通過添加大劑量水泥的方式提高冷再生混合料早期強(qiáng)度。

(3)冷再生層宜在封閉交通條件下自然養(yǎng)生，24h后根據(jù)工程需要允許小型車輛通過，但應(yīng)嚴(yán)格限制重型車輛。車輛行駛速度應(yīng)控制在40km/h以內(nèi)，并嚴(yán)禁車輛在再生層上調(diào)頭和急剎車。

5 結(jié)語

泡沫瀝青冷再生混合料作為柔性基層應(yīng)用到高速公路改擴(kuò)建工程中，改變了單一的半剛性基層加鋪瀝青路面的結(jié)構(gòu)狀況，優(yōu)化了路面組合形式，延長了路面使用壽命，同時將廢舊路面瀝青材料再生利用，變廢為寶，達(dá)到了節(jié)約資源、環(huán)境保護(hù)的目的。加強(qiáng)和推廣泡沫瀝青冷再生技術(shù)的應(yīng)用具有十分重要的意義。