乳化瀝青廠拌冷再生技術在羅寧高速公路的應用研究

■劉林榮

(福建省高速公路養護工程有限公司，福州 350001)

1 乳化瀝青廠拌冷再生技術概況

乳化瀝青廠拌冷再生是將舊瀝青路面銑刨后運至拌和廠，通過破碎、篩分，再根據舊料中瀝青含量、瀝青老化程度、集料級配等指標，摻入一定數量的新集料、乳化瀝青、水泥、水、再生劑等，經特種拌和設備進行常溫拌和，由常規攤鋪機按一定工藝常溫鋪筑，形成路面結構層的一種再生技術。廠拌乳化瀝青冷再生是對瀝青舊料全面裹附的柔性類再生技術，同時也是一種能夠實現100%瀝青舊料再生的低碳環保的再生方式；適用于高速公路、干線公路、市政道路重載交通瀝青路面老路翻新、大修或改擴建項目。

圖1 廠拌冷再生關鍵配套技術工藝

2 應用項目概況及養護方案的選擇

2.1 養護歷史

羅寧高速至通車以來進行過多次養護維修，主要維修措施均為路面日常中修處置。2008年、2009年、2013年、2014年、2015年均對局部路段實施過4～20cm不等的銑刨重鋪；2004年、2005年、2010年對局部路段進行過加鋪4cmAC16-C瀝青混凝土罩面。

2.2 路面現狀

圖2 羅寧高速2002年～2015年養護歷史

羅寧高速下行主車道路面使用性能指數PQI均值88.92，處于良的水平；下行超車道路面使用性能指數PQI均值92.34，處于優的水平，超車道PQI高于主車道PQI。羅寧高速路面損壞狀況指數PCI按1公里為評定單元對數據進行統計分析，下行主車道損壞狀況指數PCI均值89.81，處于良的水平；下行超車道損壞狀況指數PCI均值為94.46，處于優的水平。主車道較超車道路面損壞狀況更為嚴重。

羅寧高速路面病害較多，部分路段基層強度不足，路面典型病害主要為裂縫(網裂、龜裂、塊、縱、橫裂縫)、塊狀修補、坑槽、車轍、唧漿等，整體路況為主車道的病害比超車道嚴重，病害類型參見圖3與圖4。

圖3 下行主車道病害比例

圖4 下行超車道病害比例

羅寧高速主導病害為塊狀修補，其中下行塊狀修補折合破損面積為1599.34m2，占路面面積比例為1.385%；其次為橫向裂縫和條狀修補類病害，該兩類病害折合破損面積占總路面面積的0.342%；其余病害較少。通過對路面修補、裂縫較為嚴重的段落取芯、開槽后分析：橫向單條裂縫、縱橫交錯裂縫，大多由上面層一直貫穿下面層直至基層，越往基層，裂縫越??；龜裂嚴重路段對路面結構層逐層開槽后發現，罩面層存在局部修補，修補處龜裂松散嚴重，水穩層表面可見貫穿式裂縫，水穩層整體性差，表面潮濕已呈松散狀態。經過以上分析，最終確定對福建省羅寧高速公路路面下行K2002～K2017路段進行維修。

2.3 原路面材料性能試驗

通過對羅寧高速現場取芯試件進行室內試驗分析，主要指標有回收瀝青的軟化點、延度、針入度、動力粘度；芯樣的劈裂強度、毛體積密度、油石比、瀝青含量以及級配組成。

表1 銑刨料回收瀝青指標

回收瀝青軟化點：罩面層介于68.1℃至67.4℃之間，上面層介于62.2℃至61.5℃，罩面層軟化點要高于上面層。延度：罩面層5℃延度均值為0.1cm，上面層5℃延度均值為4.7cm。針入度：介于27.2(0.1mm)至 32.8(0.1mm)。動力粘度：罩面層的動力粘度為2888.8Pa·s，上面層的動力粘度為2730.8Pa·s。從實驗數據可分析，羅寧高速總體表現瀝青老化較為嚴重。

表2 芯樣劈裂強度指標

通過對各層面進行劈裂強度測定，罩面層劈裂強度平均值為0.94MPa，上面層劈裂強度平均值為0.84MPa，中面層劈裂強度平均值為0.79MPa，下面層劈裂強度平均值為0.80MPa。從試驗數據可知，各層劈裂強度均值較小。

2.4 養護方案選擇

羅寧高速自2000年通車以來，實施了多次加鋪罩面及銑刨重鋪等中修養護措施，但從未進行過大修工程，路面病害頻繁出現，路面技術狀況逐年下降。路面舊材料的檢測各指標雖下滑嚴重，但足以滿足路面再生要求，為貫徹國家資源循環利用的可持續方針，做到最大限度利用銑刨舊料減少環境污染，本次養護方案確定為上中面層采用AC型混合料，下面層及上基層采用乳化瀝青廠拌冷再生回鋪方案。

3 乳化瀝青廠拌冷再生技術的應用

3.1 配合比設計

乳化瀝青冷再生混合料配合比設計包括原材料分析、配合比(乳化瀝青及水、水泥用量)設計和設計配合比檢驗三項內容。

3.1.1 舊路面材料(RAP)

舊瀝青路面材料(RAP)按照路面不同結構層進行分層銑刨并回收。銑刨過程中嚴格控制銑刨機刀頭冷卻用水量及銑刨速度，以達到控制銑刨料的含水量及最大粒徑的要求。對于最大粒徑大于31.5mm銑刨舊料應加以破碎，同時銑刨舊料的含水量應控制在3.0%以下。采用隨機取樣的方法，取具有足夠用量的銑刨料，并低溫烘干確定含水量。然后按照不少于兩檔進行篩分，確定各檔級配組成，并對各檔銑刨料進行瀝青抽提，分析得出銑刨料抽提后的級配及瀝青含量。

3.1.2 乳化瀝青

根據銑刨料分析結果所確定的級配組成，按照規范要求對乳化瀝青冷再生混合料進行初步級配合成，通過室內裹覆試驗和早期強度試驗進行配伍性設計，選擇拌合均勻、裹覆狀態好、慢裂、陽離子乳化瀝青配方用于配合比設計。乳化瀝青冷再生所用的乳化瀝青指標需滿足下表要求。

3.1.3 再生混合料配合比

根據初選的乳化瀝青配方采用馬歇爾擊實或旋轉壓實的方法在室內成型試件，在滿足性能指標的前提下最終確定最佳乳化瀝青用量、最佳含水率以及水泥摻量。

3.1.3.1 最佳含水量(OWC)

首先初步假定特種乳化瀝青用量和水泥 (如特種乳化瀝青用量4%，水泥用量2%)，試驗過程中保持特種乳化瀝青用量不變，從而確定再生混合料中的最佳含水量。再按照《公路工程無機結合穩定材料試驗規程》(JTG E51)中的重型擊實試驗(T0804-94)方法(丙法)，通過選取5個不同含水量的擊實試驗獲得再生混合料干密度隨含水量變化曲線，求得最大干密度時的含水量，即為再生混合料的最佳含水量(OWC)。

3.1.3.2 水硬膠結料類型及用量

選擇普通硅酸鹽緩凝水泥作為膠結材料，進行無側限抗壓強度(7d)試驗，根據其試驗結果確定再生混合料的水硬膠結料用量。

3.1.3.3 最佳特種乳化瀝青用量(OEC)

以預估的特種乳化瀝青用量為中值，按照一定的間隔變化形成5個特種乳化瀝青用量，保持最佳含水量(OWC)不變，制備馬歇爾試件雙面各擊實75次，擊實成型后的馬歇爾試件先連同試模自然養生24h，再放入60℃烘箱中養生40h，后取出放在25℃室溫下冷卻8h。按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》規定方法計算并測得測得各組再生混合料的最大理論相對密度γt、毛體積相對密度、干濕劈裂強度比、馬歇爾殘留穩定度。根據劈裂強度與浸水劈裂強度，或馬歇爾穩定度與浸水馬歇爾穩定度、無側限抗壓強度試驗結果(優先選用劈裂強度試驗結果)，并結合工程經驗，確定再生混合料的最佳特種乳化瀝青用量(OEC)。

3.2 工藝及質量控制

3.2.1 設備組合

乳化瀝青廠拌冷再生施工機械應配備瀝青拌和設備、運輸車輛、銑刨機、攤鋪機、雙鋼輪壓路機、單鋼輪壓路機、膠輪壓路機、瀝青灑布車和水車等。

3.2.2 工藝流程

乳化瀝青廠拌冷再生技術工藝流程圖如圖5所示。

圖5 工藝流程圖

3.2.3 質量控制要點

3.2.3.1 舊路面材料的回收、堆放

本項目羅寧高速舊路面挖除方式是采用路面銑刨機進行分層銑刨。銑刨機在銑刨過程中刀頭冷卻水用量不宜過大，以確保銑刨回收的瀝青路面材料(RAP)的含水量；銑刨速度控制在6m/min～8m/min之間，以確保銑刨廢料的均勻性減少材料的變異性。本次羅寧路面維修工程再生場地設置在羅源服務區，場地占地面積10畝、雨棚料倉4個，所有回收舊路面材料經過破碎篩分后全部進行分倉堆放。為避免回收舊路面材料和篩分好舊路面材料長時間因自重及潮濕堆放造成結團情況，料倉中的回收舊路面材料應盡快使用。本工程由于拌和場場地堆料倉的飽和儲存量約4000t，再生混合料每日生產量約1300t，新舊料更新周期快不易積壓。

3.2.3.2 施工前準備

本次羅寧路面維修工程實施方案為：銑刨主車道23cm瀝青面層及1cm基層，加鋪1cm改性瀝青碎石封層，其上加鋪12cm乳化瀝青廠拌冷再生和7cm改性瀝青AC-20C；銑刨超車道4cm上面層，然后統一進行加鋪5cm改性瀝青AC-16C上面層。攤鋪再生混合料前，提前24h在原路面基層上噴灑1cm改性瀝青碎石封層，瀝青噴灑量 0.4～0.6kg/m2，碎石用量 4kg/m2。

3.2.3.3 再生混合料拌制

采用具備加水系統的瀝青拌和設備拌制混合料，按照冷料和水硬膠結料干拌5～8s，加水濕潤拌和5～8s，噴灑特種乳化瀝青拌和25～30s至均勻，總拌和時間按照不超過45s，拌和后的混合料均勻一致，無結團成塊現象。對于已經存放數天后的特種乳化瀝青可能會出現聚集或分層現象，生產前需打開瀝青儲存罐的攪拌裝置，使特種乳化瀝青分布均勻。拌制混合料時按照生產配合比的用水量進行拌和加水控制。加水比例可根據生產時的氣溫情況進行適當比例的調整，當氣溫高于30°時可增加0.5～1.0%的用水量。再生混合料的含水量應進行跟蹤控制，含水量太低容易發生粘輪現象而導致的拉痕嚴重影響路面的外觀和質量；含水量太高易導致碾壓過程中出現泌水現象而影響碾壓效果，且壓實度也很難滿足要求。

3.2.3.4 再生混合料運輸

拌和后的冷再生混合料不宜儲存，應立刻運至施工現場施工，拌和站離攤鋪現場不宜超過50km，確保特種乳化瀝青破乳時間和水硬膠結料終凝時間滿足技術要求，開始拌和至壓實結束時間不宜超過6h。運輸車輛的車廂內應清洗干凈，防止污染混合料。運輸過程中應采用塑料卷材覆蓋再生混合料，防止混合料提前破乳。羅寧高速路面維修工程拌合場羅源服務區距施工現場綜合運距為18km，單點最遠運距為28km。

3.2.3.5 再生混合料攤鋪

本項目采用瀝青攤鋪機攤鋪混合料，攤鋪時采用平衡梁自動找平方式按照2m/min～3m/min攤鋪速度進行攤鋪。攤鋪過程中設專人進行攤鋪機的螺旋布料器旋轉控制，發現超粒徑集料時及時清除，對出現個別離析、波浪、裂縫、拖痕時，在初壓前及時采用人工進行翻挖補料后再壓實。

3.2.3.6 再生混合料壓實

壓實是保證施工質量的重要環節，羅寧高速路面維修工程冷再生路面壓實工藝通過實驗段數據進行總結：采用2臺雙鋼輪壓路機、1臺單鋼輪壓路機、1臺輪胎式壓路機進行初壓、復壓、終壓分機分組的組合式碾壓方案。碾壓控制過程中采取現場、實驗雙層控制，派兩組專人進行壓實工藝控制，一組進行壓路機壓實，發現推移或泌水現象時，及時停止碾壓，待涼曬一段時間，水分基本蒸發后，繼續碾壓；另一組進行現場灌砂法對壓實情況進行跟蹤檢測，發現壓實度不足段落及時分析原因，調整施工與碾壓工藝。

表4 壓路機組合遍數

3.2.3.7 再生面層養生

壓實結束經檢測合格后，進入養生階段。本項目實施季節為秋季，天氣干燥、日平均氣溫基本高于20℃、養生采用無覆蓋自然養生，養生期視當天氣溫而定，干燥、晴天按照36h控制，潮濕陰天按照72h控制。再進入下一道攤鋪瀝青面層工藝時進行取芯及含水量檢測的判定，一般判定以含水量小于2%或取出完整芯樣作為結束養生進入下道工序的依據。養生結束后路面嚴禁重車、超載車輛通行，指揮通行車輛勻速慢行，禁止緊急制動、加速啟動以及車輛轉彎和扭轉。

4 結語

2017年羅寧高速公路的路面維修，經過一年的使用觀測及路檢巡查，結果表明歷年反復維修的路面病害路段得到有效的治理，路面的典型病害得到徹底處置，路用性能顯著改善，說明2017年度羅寧高速B道路面維修方案措施是有效的。

本文通過研究分析羅寧高速公路路面病害類型及成因從而提出有效的病害路面維修方案，并針對性地對乳化瀝青廠拌冷再生技術展開研究，為國內瀝青路面養護提供借鑒和參考。