泡沫瀝青冷再生技術在舊路改擴建工程中的應用

劉

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

0 引言

隨著我國經濟的飛速發展，人均汽車擁有量快速增加，一些原有的四車道公路已不能滿足通行要求。在不改變原有路線的政治、經濟、文化作用的前提下，針對舊路的改擴建工程可有效解決原有道路的通行能力，并具有良好的經濟效益。由于原有道路使用已久，路面必然會出現不同程度病害問題，如路面龜裂、坑槽、裂縫等問題。對舊路的改擴建工程必然會涉及到這些問題。

泡沫瀝青冷再生是利用瀝青發泡技術將銑刨的舊路路面材料利用再生，并在壓實力的作用下形成具有一定路用性能的路面結構層[1]。泡沫瀝青冷再生技術不僅可以將原有廢棄路面變廢為寶，而且可以將原有的傳統半剛性路面改造為柔性路面。美國目前利用泡沫瀝青技術每年可節約材料費16～21億美元，材料重復利用率可達到80%，日本、歐洲等國家也將泡沫瀝青再生技術大量地運用于舊路改擴建工程中，但我國對于舊路材料重復利用率不高，大部分舊路材料被丟棄。冷再生技術相比其他技術，可以有效地減少路面反射裂縫的出現，改善路面承載力，可處置多種病害問題[2]。同時，冷再生技術可以節約施工成本、提高施工效率、實現資源的重復利用，具有較大的經濟效益和環境效益。瀝青冷再生技術分為廠拌冷再生和就地冷再生[3]。

本文通過室內試驗得出瀝青冷再生混合料最佳配合比，并通過工程實例檢驗其各項技術標準，得出瀝青冷再生技術可應用于改擴建公路工程中，提高瀝青舊路路面材料的重復使用率。

1 工程概況

本試驗依托項目為某改擴建高速公路，主線全長67.18 km，由原來雙向四車道擴建為雙向八車道，并對舊路路面進行養護維修，該工程K25+263—K26+264舊路由于損毀嚴重需進行翻新，原路面結構為4 cm細粒式AC+6 cm中粒式AC+18 cm水泥穩定碎石+20 cm二灰土。翻新后的路面基層采用舊路瀝青再生混合料，所采用的路面結構如圖1所示。通過室內試驗確定瀝青冷再生混合料的配合比之后，采用現場泡沫瀝青冷再生技術進行施工。

圖1 新建路面結構

2 瀝青冷再生混合料配合比設計

2.1 原材料

2.1.1 舊路瀝青路面銑刨材料

選取舊路瀝青路面銑刨材料中具有代表性的樣品進行室內篩分試驗，試驗結果如表1與圖2所示。

表1 瀝青路面舊路銑刨材料級配 %

圖2 瀝青路面銑刨料級配組成及泡沫瀝青穩定料級配范圍

2.1.2 泡沫瀝青

本試驗采用中海A-90號瀝青，依據JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》[4]進行瀝青各項技術指標的檢驗，如表2所示。

表2 基質瀝青指標檢測

為尋找瀝青最佳的發泡用水量和發泡溫度，擬定試驗在不同用水量、發泡溫度的條件下利用WLB發泡機對中海A-90號瀝青的發泡實驗。可得到試驗結果如表3所示。

由表3可知，試驗所用瀝青發泡性能良好，最佳發泡用水量為2%，最佳發泡溫度為160℃。

表3 中海A-90號瀝青發泡性能

2.1.3 石屑

參考相應的技術標準[5]，根據瀝青路面銑刨料的級配情況可考慮加入適當的石屑以滿足相應的級配要求。本項目采用的石屑篩分結果如表4所示。

表4 石屑級配 %

2.1.4 水泥

本試驗采用32.5R普通硅酸鹽水泥，0.075 mm篩孔通過率為100%。

2.2 配合比設計

2.2.1 合成級配配合比設計

通過篩分結果，確定瀝青舊路路面銑刨料、石屑、水泥的用量，即合成級配。如表5所示。

由于瀝青舊路路面銑刨料級配中4.75 mm以下級配料過少，應考慮加入適當石屑。在調整級配時可考慮適當增加粗集料的含量以增加材料的穩定性，適當增加細集料的含量以增加再生材料表面的粗糙度。

表5 合成級配

2.2.2 確定最大干密度和最佳含水量

以表4中的合成級配作為設計級配，將低溫烘干的瀝青路面銑刨舊料、石屑、水泥、水均勻混合。采用重擊壓實的方法得到最大干密度和最佳含水量如表6、圖3所示。

表6 泡沫瀝青混合再生料重擊壓實試驗結果

圖3 混合料重擊壓實曲線

2.2.3 確定泡沫瀝青最佳用量

本試驗根據設計級配及最佳用水量70%，擬定3組試驗，分別加入泡沫瀝青量2%、2.5%、3%。用馬歇爾法將拌合好的混合料雙面各擊實75次，室溫養生24 h后，40℃烘箱繼續養生72 h。將養生后的試塊分為兩組，其中一組24℃烘箱保溫24 h后進行間接拉伸試驗，另一組24℃水浴養生24 h后進行間接拉伸試驗。兩組分別進行兩次平行試驗，可得表7、圖4、圖5結果。

表7 不同泡沫瀝青用量下混合料的劈裂強度

由表7、圖4、圖5可知，泡沫瀝青用量為2%時，其試塊均滿足相關技術標準，且此時干、濕劈裂強度均為最高。因此取泡沫瀝青的設計含量為2%，由于施工中各種不定因素的影響可考慮實際工程應用中瀝青的設計含量在此基礎上增加0.1%～0.2%。

圖4 混合料干濕劈裂強度

圖5 混合料干濕劈裂強度比

3 工程應用及質量檢測

該改擴建高速公路K25+263—K26+263段的路基施工采用維特根W2500S型現場冷再生機、瀝青罐車與水車組成的再生機組，碾壓設備為單鋼輪壓路機。施工所用材料均與室內試驗相同。按室內試驗所測得的瀝青冷再生混合料配合比作為施工配合比，即銑刨料∶石屑∶水泥=73%∶25%∶2%。瀝青摻入量為2%，發泡用水量為2%，發泡溫度為160℃。采用現場泡沫瀝青冷再生技術進行施工。

3.1 施工要點

施工時應對人員、施工設備、施工順序進行合理的配置，保證施工的連續性。具體的施工順序為：基面除塵與清理→灑布集料→水泥灑布→瀝青混合料再生→基層頂面平整與碾壓。

a）基面除塵與清理 施工前應對基面進行除塵，及時清理基面的雜質，若部分基面不夠平整，還應對其預灑集料使其平整。

b）灑布集料 將銑刨好的舊路集料按設計用量用灑布車均勻灑布。

c）灑布水泥 采用凈漿灑布車按設計水泥用量均勻布灑水泥。若采用人工布灑，應按方格網的形式進行布灑，保證撒布均勻。

d）瀝青混合料再生 再生的長度應按1～4 m均勻壓實，新舊路面搭接處的位置應用鐵釘與木樁緊密固定，以防止路面在攤鋪過程產生裂縫。再生機的行走速度應控制在6～8 m/s，速度一旦確定，不應更改，保持勻速前進。

e）基頂面平整與碾壓 為防止水分散失過快，鋼輪壓路機應緊跟再生機組，及時碾壓。第一遍碾壓過后，以低頻高幅的方式，采用鋼輪振動壓路機再次碾壓。兩次碾壓過后，對基層進行整平，再采用低頻高幅的方式，對基層進行第三次碾壓。最后，以膠輪壓路機對再生混合料表層進行收壓。灑水車應隨時對碾壓過程中的干濕狀況進行補水。

3.2 壓實度檢測與結果

通過對K25+263—K26+263壓實度的檢測，測得泡沫瀝青再生層的壓實度都大于100%，最高有105%。各樁號均值在102%左右，現場施工的壓實度均控制在了101%以上。因此現場施工情況表明泡沫瀝青再生層的壓實度滿足要求。

3.3 彎沉度檢測

通過對施工后路面的彎沉測量可以檢驗泡沫瀝青再生路面的施工是否達到設計強度要求。本項目實地檢測數據如表8所示。

由彎沉檢測結果可知，泡沫瀝青再生層的彎沉值比原舊路面有明顯改善，并且達到了設計要求。

表8 泡沫瀝青再生路面彎沉檢驗結果 0.01 mm

4 結語

泡沫瀝青冷再生技術可以節約施工成本、提高施工效率、實現資源的重復利用，具有較大的經濟效益和環境效益。通過室內試驗可知，泡沫瀝青再生混合料滿足相關技術要求；應根據泡沫瀝青穩定集料的相關技術要求合理地設計泡沫瀝青集料配比，可根據需要加入適當石屑；瀝青發泡的最佳發泡用水量為2%，最佳發泡溫度為160℃，瀝青最佳用量為2%；泡沫瀝青冷再生技術可應用于工程中，其各項性能均達到了設計要求。