，

(武漢市公路勘察設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430015)

隨著日益增長的交通量以及天氣等原因，使得現(xiàn)有的瀝青路面出現(xiàn)了如車轍、裂縫、坑槽、松散等大量的病害，不能再滿足車輛交通運(yùn)輸?shù)囊螅_(dá)不到其設(shè)計(jì)壽命，將會(huì)提前進(jìn)入維修養(yǎng)護(hù)期，工作重點(diǎn)將從“新建”為主漸漸轉(zhuǎn)移到“維修養(yǎng)護(hù)”為重點(diǎn)[1]。而傳統(tǒng)的維修養(yǎng)護(hù)方式會(huì)產(chǎn)生大量的廢棄瀝青混合料及基層材料，可能會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染、資源浪費(fèi)等不良現(xiàn)象，通過科研工作者和施工技術(shù)人員的探索，可以采用熱再生和冷再生技術(shù)，對這些廢料重復(fù)利用[2]。

由于海南地區(qū)面積小，石料資源匱乏，且作為國際旅游島，需要保護(hù)環(huán)境。而且海南地區(qū)經(jīng)常突然降雨，給施工帶來不便，會(huì)影響施工質(zhì)量，不適合采用就地冷再生。本文依托了海南G98高速東線大修工程(樁號(hào)為K155+152～K237+937.291，下面層為12 cm厚泡沫瀝青冷再生)，探討了泡沫瀝青廠拌冷再生混合料應(yīng)用于瀝青路面下面層的配合比設(shè)計(jì)，為試驗(yàn)段的修筑提供了基礎(chǔ)。

1 原材料試驗(yàn)

用于發(fā)泡的瀝青為廣東高富70#基質(zhì)瀝青，水泥采用華潤水泥(昌江)有限公司PC32.5，瀝青與水泥的技術(shù)指標(biāo)如表1。銑刨料為原G98高速公路的路面面層廢料，新集料(0～3 mm)產(chǎn)地為蓬萊順達(dá)石場玄武巖。原瀝青路面銑刨料極少數(shù)粒徑大于26.5 mm的基本呈片狀且大多由細(xì)小顆粒粘結(jié)而成，不能作為真正的粗集料使用，必須篩除。分別對銑刨料、新集料(0～3 mm)及水泥進(jìn)行篩分試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2。

表1 瀝青與水泥的技術(shù)指標(biāo)高富70#瀝青針入度(25℃，5s，100g)/(0 1mm)軟化點(diǎn)/℃15℃延度/cm62．048．0>100(60～80)(≥46)(≥100)水泥細(xì)度/%初凝時(shí)間/min終凝時(shí)間/min安定性3．6190376合格(≤10)(≥180)(≥360)(合格) 注：括號(hào)內(nèi)值為技術(shù)要求。

表2 銑刨料、水泥及新集料篩分結(jié)果類別通過篩孔(方孔篩，mm)百分率/%26 519 016 013 29 54 75RAP10096 890 579 361 231 7水泥100100100100100100集料100100100100100100通過篩孔(方孔篩，mm)百分率/%2 361 180 60 30 150 07514 57 13 51 70 50 210010010010010099 187 954 535 823 417 413 4

發(fā)泡試驗(yàn)中，瀝青溫度和用水量是決定瀝青發(fā)泡質(zhì)量的重要條件[3]。本文在不同發(fā)泡溫度(155 ℃、165 ℃、175 ℃)下，加入不同用水量(2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%)，對瀝青進(jìn)行室內(nèi)發(fā)泡特性試驗(yàn)，得出試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 高富70#瀝青發(fā)泡性能試驗(yàn)結(jié)果用水量/%155℃165℃175℃膨脹率/倍半衰期/s膨脹率/倍半衰期/s膨脹率/倍半衰期/s2 07696 57 542 597 512101063 0108141011 583 5118 513121284 096 5138107 5

根據(jù)表3高富70#瀝青在各個(gè)溫度(155 ℃、165 ℃、175 ℃)下，隨著用水量的增加，膨脹率與半衰期的變化情況，繪制成發(fā)泡特性曲線圖，如圖1、圖2所示。

圖1 各溫度下膨脹率隨用水量變化

圖2 各溫度下半衰期隨用水量變化關(guān)系

分析圖1、圖2所示的瀝青發(fā)泡性能曲線，確定高富70#瀝青最優(yōu)發(fā)泡條件為：發(fā)泡溫度165 ℃，3.5%用水量，膨脹率為13倍，半衰期為12 s。

2 泡沫瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)

2.1 級配設(shè)計(jì)

分析RAP、0～3 mm新集料及水泥篩分試驗(yàn)結(jié)果(表2)，參考規(guī)范[4]，本次設(shè)計(jì)中粒式泡沫瀝青冷再生混合料級配范圍見表4。

表4 泡沫瀝青冷再生混合料(中粒式)設(shè)計(jì)級配范圍要求篩孔/mm級配范圍/%篩孔/mm級配范圍/%26．51004．7535～6519．090～1002．3630～5513．2/0．310～309．5 60～850．075 6～20

借鑒海南省G98環(huán)島高速(西線)八所到九所段改建工程中的泡沫瀝青冷再生工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[5]以及科研工作者的成果[6,7]，且規(guī)范規(guī)定水泥的摻入量不宜大于1.5。擬提出2種初選級配，如表5所示。

表5 2種級配的礦料比例級配礦料比例/%銑刨料新集料(0～3mm)水泥級配175 023 51 5級配268 530 01 5

2種級配合成級配通過率如表6所示，初選級配曲線圖如圖3。

對2種級配按照工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，摻入最佳含水率5.0%和泡沫瀝青用量2.5%、2.8%(外摻)，擊實(shí)成型馬歇爾試件，進(jìn)行15 ℃劈裂試驗(yàn)以及浸水劈裂試驗(yàn)，結(jié)果如表7所示。

表6 一工區(qū)2種級配的合成級配通過率級配類型通過下列篩孔(方孔篩，mm)的質(zhì)量百分率/%26 519 09 5級配1100 097 670 9級配2100 097 873 4級配范圍100 90～10060～85通過下列篩孔(方孔篩，mm)的質(zhì)量百分率/%4 752 360 30 07548 833 810 15 253 238 712 06 035～6530～5510～303～20

圖3 一工區(qū)級配曲線圖

表7 不同泡沫瀝青用量下的劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果級配瀝青用量/%干劈裂強(qiáng)度/MPa濕劈裂強(qiáng)度/MPa干濕劈裂強(qiáng)度比/%級配12 50 68120 613690 12 80 68030 582885 7級配22 50 65390 526180 52 80 69240 519075 0(≥0 50)(≥75) 注：括號(hào)內(nèi)值為設(shè)計(jì)要求。

從表中可以看出，級配1與級配2相比，在同樣的泡沫瀝青用量下劈裂強(qiáng)度和干濕劈裂強(qiáng)度比均有所提高，因此選擇級配1作為設(shè)計(jì)級配。

2.2 確定最大干密度及最佳含水率

按照《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE51-2009)T0804的方法[8]，對選定的合成級配分別預(yù)摻水量3.0%、4.0%、5.0%、6.0%、7.0%進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，結(jié)果見表8和圖4。

表8 重型擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果擊實(shí)成型法含水率/%擊實(shí)成型法干密度/(g·cm-3)擊實(shí)成型法含水率/%擊實(shí)成型法干密度/(g·cm-3)32 11762 11742 12972 11052 136

圖4 重型擊實(shí)法確定最佳含水率

依據(jù)重型擊實(shí)法試驗(yàn)結(jié)果繪制出的圖表，分別確定一工區(qū)的級配1最佳含水率為4.8%，最大干密度為2.137 g/cm3。

2.3 最佳泡沫瀝青用量確定

按設(shè)計(jì)好的合成級配，將銑刨料、水泥、新集料(0～3 mm)、水等拌合均勻，分別摻入1.9%、2.2%、2.5%、2.8%、3.1%的泡沫瀝青，攪拌成泡沫瀝青混合料，按馬歇爾擊實(shí)法成型試件，雙面各75次。試件冷卻脫模后，分為2組，其中的一組放于15 ℃水浴中浸泡1 h，測量干劈裂強(qiáng)度；另一組試件放于25 ℃恒溫水浴中，養(yǎng)護(hù)23 h后，再放入15 ℃的水浴箱中，浸泡1 h，然后測量其濕劈裂強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果見表9、圖5、圖6。

表9 劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果泡沫瀝青用量/%干劈裂強(qiáng)度/MPa濕劈裂強(qiáng)度/MPa殘留強(qiáng)度比/%1 90 65700 524579 82 20 67920 565883 32 50 68120 613690 12 80 68030 582885 73 10 71910 604684 1(≥0 50)(≥75) 注：括號(hào)內(nèi)值為設(shè)計(jì)要求。

圖5 泡沫瀝青用量-干濕劈裂強(qiáng)度曲線

圖6 泡沫瀝青用量-干濕劈裂強(qiáng)度比曲線

分析表9、圖5、圖6可以得出隨著泡沫瀝青用量的增加，干、濕劈裂強(qiáng)度值及強(qiáng)度比在一定范圍里會(huì)有所提高，而超過一定泡沫瀝青用量則會(huì)有所降低。綜合比較海南省內(nèi)已有泡沫瀝青冷再生工程經(jīng)驗(yàn)，初步確定設(shè)計(jì)級配對應(yīng)的最佳泡沫瀝青用量為2.5%，且在此泡沫瀝青用量下的干劈裂強(qiáng)度、濕劈裂強(qiáng)度以及殘留強(qiáng)度比均能滿足設(shè)計(jì)要求。

經(jīng)以上試驗(yàn)分析：選擇級配1為設(shè)計(jì)級配，配合比為RAP∶新集料∶水泥=75.0%∶23.5%∶1.5%，最佳泡沫瀝青用量為2.5%，最佳含水率為4.8%(泡沫瀝青和水均為外摻)。根據(jù)設(shè)計(jì)級配進(jìn)行15 ℃劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)和浸水劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表10。

表10 劈裂試驗(yàn)結(jié)果類別最佳油石比/%最佳含水率/%干劈裂強(qiáng)度/MPa濕劈裂強(qiáng)度/MPa殘留強(qiáng)度比/%泡沫瀝青冷再生混合料2．54．80 68120 613690 10 67960 606289 20 68350 624091 3(≥0 50)(≥75) 注：括號(hào)內(nèi)值為設(shè)計(jì)要求。

2.4 配合比設(shè)計(jì)驗(yàn)證

我國高速公路瀝青混凝土路面最常見的病害之一就是水損害，尤其在海南地區(qū)，空氣潮濕，降水量較大，水損害問題更為嚴(yán)重。因此泡沫瀝青冷再生混合料的水穩(wěn)定性是否滿足設(shè)計(jì)要求，是需要格外關(guān)注的一個(gè)問題[9]。

按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)凍融劈裂試驗(yàn)方法，對選擇的設(shè)計(jì)級配、最佳泡沫瀝青用量和最佳含水率成型的混合料試件進(jìn)行凍融劈裂試驗(yàn)，結(jié)果如表11。

分析表11的試驗(yàn)結(jié)果，所設(shè)計(jì)的泡沫瀝青冷再生混合料的抗水損害性能滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)配合比可用于生產(chǎn)配合比的調(diào)試。

2.5 目標(biāo)配合比確定

結(jié)合前文的試驗(yàn)結(jié)果，確定泡沫瀝青廠拌冷再生的目標(biāo)配合比，見表12。在實(shí)際施工中，可以借此目標(biāo)配合比根據(jù)再生料實(shí)際的含水率進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

表11 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果劈裂強(qiáng)度/MPa凍融劈裂強(qiáng)度/MPa凍融劈裂強(qiáng)度比TSR/%設(shè)計(jì)要求/%0．46310．357377．20．45980．347675．6≥700．46150．346175．0(0．4615)(0．3503)(75．9) 注：括號(hào)內(nèi)值為均值。

表12 泡沫瀝青冷再生混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果RAP/%新集料/%水泥/%最佳油石比/%最佳含水率/%最大干密度/(g·cm-3)75 023 51 52 54 82 137

3 結(jié)語

本文依托海南省G98環(huán)島高速東線石梅灣至三亞段大修工程，分析了工程特點(diǎn)，選定了廠拌冷再生技術(shù)，確定了泡沫瀝青的最佳發(fā)泡條件，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行了泡沫瀝青廠拌冷再生混合料的配合比設(shè)計(jì)以及性能驗(yàn)證試驗(yàn)，相關(guān)成果和經(jīng)驗(yàn)可以為實(shí)際工程中的應(yīng)用提供參考。

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