乳化瀝青冷再生在瀝青路面改善工程中的應用

仝 佳

（山西交通職業技術學院，山西 太原 030031）

乳化瀝青冷再生混合料具有良好的路用性能，將其應用于瀝青路面改善工程中符合綠色、環保設計理念的要求。目前國內對乳化瀝青冷再生技術已取得了一定成果，例如湖南大學肖杰[1]通過室內試驗研究乳化瀝青的路用性能，并與普通熱拌瀝青混合料進行對比，指出乳化瀝青冷再生混合料的優勢；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計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；嚴金海[4]通過Cooper試驗機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行研究，指出其疲勞破壞屬于塑性破壞；吳曉春[5]結合九景高速公路路況調查，對乳化瀝青冷再生基層路面病害特征進行分析，指出強度不足是引起路面車轍、裂縫病害的主要原因。

本文結合實體工程，根據舊路面狀況評價結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）分析基礎上進行混合料配合比設計及性能研究，并對施工效果進行檢測評價，為以后的工程設計及研究提供參考。

1 工程概況

該路段為一級公路，養護樁號為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構類型，4 cm的AC-13細粒式瀝青混凝土+6 cm的AC-20粗粒式瀝青混凝土+25 cm的水泥穩定碎石+25 cm的10%灰土+25 cm 6%灰土，其下為土基。路面頂設計彎沉為28（0.01 mm）。該路段交通量較大（達6.2萬pcu/d）、大型車比重較高（拖掛車比重達28%），原設計路面結構承載能力遠遠不能適應當前重載交通需求，路面病害嚴重，嚴重突出的病害有坑洞和車轍，給地方公路管養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行檢測，通過路面結構強度指數PSSI與路面狀況在技術PCI進行評價，檢測結果見表1。

表1 結構強度與路面狀況評價結果

從表1可以看出，該路段上行的路面狀況要優于下行，路面狀況評價等級基本為良；上、下行路面結構強度相當，評價等級都在次及以下，說明該路段路面結構較差。現場鉆芯取樣表明，局部路段基層水泥穩定碎石破損嚴重，二灰土基本完好無損。分析原因主要是因為瀝青面層破損嚴重，路面水下滲蓄積在路面結構內部，在重載作用下動水壓力較大，引發大量水損害。因此，擬決定銑刨全路段瀝青路面，根據基層破損狀況進行局部維修；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，路表設計彎沉為 23.5（0.1 mm）。

2 配合比設計

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料進行取樣，為了保證乳化瀝青冷再生混合料級配的穩定性，將RAP料分為0～5、5～10、10～30三檔。將各檔 RAP料放入 50 ℃烘箱中烘干后進行篩分試驗，確定各檔料的級配，結果見表2。

表2 RAP料級配組成

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構，防治裂縫病害，需添加10%的新集料；同時添加少量礦粉，以填補粗骨料間的空隙，增強基層密實性。

2.1.3 乳化瀝青

本工程采用中裂型乳化瀝青，乳化瀝青蒸發殘留物含量為62.5%，其蒸發殘留物的各項性能指標見表3。

表3 乳化瀝青蒸發殘留物性能指標

2.1.4 外摻劑與水

為增加乳化瀝青冷再生混合料的強度與剛度，提高路面結構強度，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 級配設計

由于RAP料中含有大量的粉料，吸水能力較強，同時以水泥作為外摻劑，若含水量較大極易導致干縮開裂，因此在進行配合比設計時應適當提高5～10、10～30兩檔RAP料添加比例，盡量使級配曲線處于級配中值下方，具體設計結果見表4，級配曲線如圖1所示。

表4 級配設計結果

圖1 級配曲線

2.3 最佳含水率（OWC）的確定

根據《公路瀝青路面再生技術規范》JTG F41—2008[6]中乳化瀝青冷再生配合比設計方法，采用重型擊實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確性，先將RAP料在50%烘箱中恒溫24 h，待完全干燥后進行擊實試驗，試驗結果見表5，最大干密度隨含水率變化規律如圖2所示。

表5 重型擊實后各組試件的含水率與密度值

圖2 干密度隨含水率關系曲線

根據表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個乳化瀝青用量，根據《公路瀝青路面再生技術規范》JTG F41—2008中二次擊實方法成型標準馬歇爾試件，測試其體積參數，并通過劈裂試驗測試劈裂強度與24 h浸水劈裂殘留強度比，結果見表6，空隙率、劈裂強度隨乳化瀝青用量變化規律如圖3所示。

表6 不同乳化瀝青用量的馬歇爾試件的體積參數

圖3 空隙率與劈裂強度隨乳化瀝青變化規律

從圖3可以看出，空隙率隨著乳化瀝青用量的增加而減小，而浸水劈裂強度比基本呈逐漸增大的趨勢。當乳化瀝青用量在3.5%～4.0%之間時混合料的15℃劈裂強度與浸水劈裂強度最大，而且浸水劈裂強度相對較高。《公路瀝青路面再生技術規范》JTG F41—2008[6]規定作為基層與下面層的乳化瀝青冷再生混合料劈裂強度不得小于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，因此對其水穩性及高溫抗車轍性能要求較高。

3.1 水穩定性

采用3.5%乳化瀝青用量與4.0%含水率，成型標準馬歇爾試件，通過浸水馬歇爾與凍融劈裂試驗測試乳化瀝青冷再生混合料的浸水馬歇爾殘留穩定度與凍融劈裂強度比，對其水穩定性進行研究，其中浸水馬歇爾試驗水浴溫度為40℃。試驗結果見表7。

表7 凍融循環劈裂試驗結果

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定度滿足規范不小于70%的技術要求；浸水馬歇爾穩定度更是高達6.11 kN；同時馬歇爾穩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的標準車轍板試件，養生48 h后放入60℃的恒溫箱中恒溫4 h，然后進行車轍試驗，試驗溫度為60℃，橡膠輪胎壓為0.7 MPa，碾壓速率為 42次/min，試驗時間為60 min，試驗結果見表8。

表8 高溫穩定性檢驗結果

從表8可知，乳化瀝青冷再生混合料車轍試驗的車轍深度均在4 mm以內，動穩定度指標均超過8 500次/mm，遠遠超過規范1 500次/mm的技術要求。這主要是因為RAP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。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度與抗變形能力，改善高溫性能。

4 實體工程效果評價

將上述配合比應用到實體工程中鋪筑瀝青路面上基層，混合料拌和過程嚴格控制混合料級配、乳化瀝青用量、含水率及水泥用量等關鍵參數；通過理論計算確定合理的攤鋪速度，并根據試驗段試鋪效果確定合理的碾壓遍數及速度。

施工過程中采用灌砂法測試壓實度，現場鉆芯測試劈裂強度；施工完畢后，對乳化瀝青冷再生上基層的平整度、彎沉進行檢測，檢測結果見表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場芯樣劈裂強度、壓實度及平整度都能夠滿足規范要求，說明現場施工質量易于控制；全路段代表彎沉都能夠滿足設計要求，說明乳化瀝青冷再生混合料上基層具有良好的結構強度。瀝青面層鋪筑完成開放交通后，對該路段進行跟蹤觀測，結果表明通車兩年后路表沒有出現反射裂縫，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 結語

本文以某一級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計、性能及使用效果進行研究。首先，根據舊路面結構強度不足、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%新礦料進行混合料級配設計，并根據劈裂強度最大原則確定最佳乳化瀝青用量為3.5%；再者，室內試驗表明乳化瀝青冷再生混合料具有良好的強度及水穩定性，動穩定度指標超過8 500次/mm；最后，實體工程檢測與評價表明乳化瀝青冷再生上基層施工質量易于控制，具有良好的結構強度，能夠有效防止反射裂縫，延長路面使用壽命。