冷再生瀝青路面結構組合以及材料性能研究

陳星

摘要：路面冷再生技術具有環保性特點，可以對廢料（RAP）進行二次利用，符合我國政府提出的可持續發展戰略和交通運輸部有關指導性技術指南，能夠將廢棄材料轉化為可以應用的資源，進而達到節能減排的效果。然而，目前我國對于該項技術的研究仍然有待深入，導致再生型瀝青路面在使用過程中存在一定的問題，基于此，本文對冷再生瀝青路面結構組合以及材料性能進行研究，以期提升路面服役性能，延長公路使用壽命。

Abstract： Pavement cold recycling technology has the characteristics of environmental protection， which can reuse the waste （RAP）， which is in line with the sustainable development strategy proposed by the Chinese government and the relevant guidance technical guidelines of the Ministry of Transport. It can transform waste materials into applicable resources and achieve the effect of energy conservation and emission reduction. However， at present， the research on this technology in China still needs to be in-depth， which leads to certain problems in the use of recycling asphalt pavement. Based on this， this paper studies the structural combination and material performance of cold recycling asphalt pavement， in order to improve the service performance of pavement and extend the service life of highway.

關鍵詞：冷再生瀝青路面;結構組合;材料性能;研究

Key words： cold recycling asphalt pavement;structural combination;material performance;research

中圖分類號：TV544+.924? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）32-0104-02

0? 引言

在進行公路維修的過程中，為了減少能源和資源的使用量，避免造成環境污染，需要對以往的廢棄材料進行轉化利用，以此才能夠減少路面維修工程的資源成本投入。冷再生瀝青能夠作為一種有效的再生材料，對路面的下層以及底基層實施材料替換，在常溫下即可進行施工，不會對周圍環境造成污染，能夠在減少資源使用量的基礎上達到環保的目的。然而，由于冷再生瀝青材料的結構特點以及強度特點，導致再生混合料并不具備常見的結構特點和路用性能，因此需要重視對其結構組合和材料性能進行研究，為路面病害的修補提供重要保障。

1? 冷再生瀝青路面結構組合研究

應用冷再生瀝青的主要目的在于能夠維持膠凝材料在構造物中的物化性能，填充骨料形成的鑲嵌式框架結構的空隙，因此必須要制定新的骨料級配方案，制定合理的工藝路線和施工步驟。在制定技術方案之前，需要對路面病害情況進行仔細分析，了解維修路面路段的路況性能，分析路面結構強度和銑刨料成分組成，通過數據分析為新結構的組成提供技術方案的基礎支撐，確保維修方案可以符合路面病害的實際需求。因此首先得對原路面性能進行綜合評價，從功能和結構兩方面來了解路面實際情況，進而制定出科學的維修方案。

1.1 對路面情況進行分析

在分析路面情況時需要從三個方面進行分析，分別是使用情況、交通量以及自然環境。首先，需要對路面的歷史信息進行分析，包括路面設計標準、結構層分布、結構層厚度、路面原用材料、路面維修記錄、公路周圍地質情況和水文情況等。其次，需要對路面狀況進行分析，根據路面病害、結構組合以及結構性能對路段實施標準劃分。在對功能性能進行調查時需要對車轍裂縫等病害進行分類，在對結構性能進行調查時，需要對結構完整性情況進行分析。本次試驗路段為煙臺市萊州段，處于萊州地區，每年平均濕度為66%，夏季溫度在24℃左右，冬天溫度在-2℃左右，原路面所使用的是4cmAC13+6cmAC20+16cm水泥穩定碎石+16cm水泥風化砂+16cm水泥風化砂。通過對路況進行調查，發現路面出現了瀝青老化嚴重的問題，主要病害為裂縫，部分橫向裂縫甚至可以貫穿整個路面，間隔在20m到25m左右。該路段水損害問題也較為嚴重，在下雨過后會出現泛漿的問題，間隔在2-3m左右。該路面所行駛的車輛大多數為小型貨車和小型客車，集裝箱以及拖掛類車輛也較多。

均勻路段劃分依據：I級路段：路面裂縫、少量坑槽、無沉陷，基層基本完好，彎沉小于20mm，模量大于5000MPa，處理方式為基層病害嚴重處局部處治，面層挖除重鋪或再生。II級路段：路面裂縫、少量坑槽、無沉陷，基層基本完好，彎沉20mm到25mm，模量大于3500MPa到5000MPa，處理方式為基層病害嚴重處局部處治，面層挖除重鋪或再生。III級路段：路面裂縫嚴重，坑槽、沉陷、路面唧漿、上基層水損害較嚴重，下基層完好，彎沉25mm到30mm，模量大于2000MPa到3500MPa，處理方式為上基層以上結構挖除重鋪或再生、下基層病害局部處理。IV級路段：路面裂縫嚴重，坑槽、沉陷、路面唧漿、上基層水損害較嚴重，下基層完好，彎沉大于30mm，模量小于2000MPa，處理方式為上基層以上結構挖除重鋪或再生、下基層病害局部處理。

1.2 路面維修計劃設計

根據上述標準對路段進行劃分后，選擇III級路段作為試驗具體路面，根據路面維修方案對冷再生瀝青混合料的材料性能進行分析。選擇乳化瀝青常拌冷再生作為基層，將瀝青面層和水穩碎石基層實施先銑刨挖除處理，前者厚度為10cm，后者厚度為16cm，對水泥穩定風化砂基層局部破損處進行補強處理，并對開裂處單獨處理，在上述處理完成后鋪設再生瀝青混合料基層及瀝青混合料面層，其中再生層銑刨料全部選用瀝青混凝土面層銑刨料，再生劑選擇乳化瀝青。新路面結構為：15cm中粒式乳化瀝青廠拌冷再生瀝青混凝土（上基層）+7cm熱拌瀝青混合料AC-20+4cmAC-13（SMA-13）。

舊路的病害情況、路用性能以及路面的結構強度是設計再生維修計劃的重要客觀數據，能夠保證技術人員對舊路的使用情況有清晰的了解。在上述所調查的舊路中發現存在較為嚴重的裂縫病害，這種病害問題能夠利用冷再生方式實施處理，能夠取得較好的維修效果。并且最終設計了針對III級路段的冷再生瀝青混合料維修方案。

2? 冷再生瀝青路面混合料材料性能研究

在設計完畢路面維修方案后，需要對冷再生瀝青混合料進行性能對比和研究，以此來調整混合配比設計，保證最終形成的冷再生瀝青混合料能夠滿足病害維修需求。因路面長期承受來自車輛的負載力以及外界自然因素的影響，在路面結構中骨架結構的作用有所減小，瀝青老化問題較為嚴重，路面結構性能相較于之前大幅度降低。在這種情況下必須要改善冷再生瀝青混合料的性能，改善混合料制備條件，才能夠幫助路面結構恢復原有的性能。

2.1 乳化瀝青再生混合料選擇要點

在本次研究中所使用的混合料為乳化瀝青再生混合料，該種材料主要是通過乳化瀝青來提升再生瀝青混合料的穩定性，同時在混合料中添加其他填料或者集料能夠提升冷再生瀝青混合料的級配水平，經常使用的填料包括水泥、石灰粉等。乳化瀝青會通過多種處理，例如干燥處理、電荷中和作用以及分解破乳等不同環節，在經過這些環節后乳化瀝青能夠同其他的再生瀝青材料緊密的黏合在一起，進而提升材料的強度。在實施乳化瀝青再生加工的過程中必須要重視攪拌的時間，否則會影響到最終材料的強度，因此技術人員需要控制乳化瀝青破乳時間和乳化瀝青的凝聚時間，確保當乳化瀝青在被壓實之后能夠在短時間內形成一定的強度。通過對長期實踐經驗進行分析，可以發現再生瀝青混合料材質會對乳化瀝青破乳時間產生一定的影響，集料性質、填充料性質以及外界環境也屬于占比較高的影響因素。根據路面的病害情況和結構情況增加一定的乳化劑，保證乳化瀝青能夠和被固定的材料具有較好的相容性，調整乳化瀝青的破乳時間，保證這一時間段的合理性。在進行乳化瀝青的選擇過程中，應當根據項目級進行選擇，需要比其細一級，并根據再生瀝青混合料中材料性質挑選合適的乳化瀝青。

2.2 乳化瀝青再生混合料的原材料

瀝青是乳化瀝青再生混合料的主要材料，根據回收瀝青的針入度分別選擇中裂以及慢裂乳化瀝青，前者適用小于30的瀝青，后者則是用于大于30度的狀態。為了保證材料的黏合度和穩定性，需要將銑刨的混合料和穩定碎石進行篩分，篩分標準為0mm到5mm，5mm到10mm，10mm到20mm，最終本次研究選定0mm到5mm的混合料和穩定碎石。在對再生瀝青混合料進行分析后發現其中粗骨料較少，因此需要在其中增加一定的粗骨料，能夠改善骨架結構性能。乳化瀝青選擇是極其重要的，是影響到最后維修效果的一大材料，必須要保證能夠和穩定材料之間存在相容性，且同時要擁有一定的固含量，能夠對再生瀝青混合料實施充分的裹覆。乳化瀝青也需要具備軟化能力，能夠軟化存在老化問題的瀝青，進而加快強度的形成速度。對乳化瀝青實施早期強度測試，按照3.5%乳化瀝青以及1%水泥的比例進行摻加，使用選裝壓實的方式對其實施壓實處理，壓實次數為20次，將其放置在溫度25℃、濕度70%的環境下進行測試。最終確定使用慢裂性陽離子乳化瀝青。水泥選擇PO32.5水泥，初凝和終凝時間分別在3個小時和6個小時以上。

2.3 乳化瀝青再生混合料配比

乳化瀝青的強度形成過程和以往所使用的熱拌式材料相差較多，當乳化瀝青完成破乳、當水泥完成水化之后才會形成，因此需要該種混合料能夠擁有允許兩種材料完成破乳和水化的時間。當處于60℃環境之下，水泥水化反應和溫度的升高成反比關系，當溫度在110℃左右則會停止反應。對乳化瀝青冷再生材料中含有的水分進行分析，可以得出其含量小于2%。分別對其進行50次擊實、75次擊實、100次擊實，并放置在室內正常溫度環境下進行養生，養生時間為1天，之后將試驗樣品放置在60℃的環境下進行烘烤，烘烤溫度始終不變，烘烤時間為2天。之后一個擊實后放置半天脫模，另一個放置半天直接脫模，對比兩種樣品的穩定性、干濕、凍融劈裂強度。最終確定方案為擊實75次，室溫放置24h，放置60℃的環境下進行烘烤2天，放置半天直接脫模，即可獲得最佳配比的材料。

3? 結束語

冷再生瀝青混合料可以避免大量的瀝青混凝土廢棄材料長期堆積給環境造成惡劣影響，同時也能夠減少瀝青和砂石的使用量，能夠在高效處理廢料的基礎上維護自然環境，符合我國近年來所貫徹的可持續發展政策。冷再生的具體形式包括水泥再生、乳化瀝青再生以及泡沫瀝青再生等，在應用冷再生瀝青的過程中，需要針對路面病害實際情況確定瀝青混合料的材料，這樣才能夠提升瀝青路面的應用性能以及使用壽命，為后續公路的使用提供重要保障。通過研究，還能為我國公路路面建設提供有效的技術標準，在其他路面進行改造時能夠及時提供重要的理論指導。

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