廠拌冷再生技術在佛山一環高速中的應用研究

徐日輝， 黃紅明，2

(1.佛山市公路橋梁工程監測站有限公司， 廣東 佛山 528041；2.佛山市交通科技有限公司， 廣東 佛山 528041)

廣東省佛山一環高速公路主路全長99.2 km，輔路全長51.7 km。采用一級公路標準兼顧城市道路功能設計，主路設計行車速度為100 km/h，輔路為50 km/h。自2006年建成通車以來，隨著交通量的逐年增長，部分路面結構性和使用功能出現一定程度損壞，通行能力受到較大限制。為改善其行駛質量，提高路網通行能力，2018年對其進行改造。路面改造過程中勢必產生大量銑刨料(RAP)，RAP材料的合理化再生利用至關重要。為此，先行進行瀝青路面再生試驗路施工，為后面的路面大修積累經驗。經現場勘查，選定東線外環主線K2+900—K3+900單幅1 km典型路段作為試驗路。

目前再生技術主要分為廠拌冷再生、廠拌熱再生、就地冷再生、就地熱再生4種，其中就地冷再生技術包括瀝青層就地冷再生與就地全深式再生，廠拌冷再生技術分為乳化瀝青廠拌冷再生與泡沫瀝青廠拌冷再生。結合該項目的特性和各再生技術的特點，采用利用率最高的廠拌冷再生技術，實現路面瀝青回收材料的100%利用，同時利用乳化瀝青冷再生優異的柔塑性特性，將其作為結構層和應力吸收層使用。

1 試驗路路面結構方案

1.1 舊路現狀及病害成因分析

試驗路路段主要病害類型為縱、橫向裂縫及塊狀修補[見圖1(a)]。為分析路面病害發展層位，對試驗路段進行取芯分析，結果[見圖1(b)]顯示：1) 重度縱、橫向裂縫交叉病害處，病害已貫穿整個路面結構層；輕度縱、橫向裂縫交叉病害處，病害已貫穿瀝青面層2) 第三、四車道路面病害較嚴重，屬于結構性病害，路面病害破損層位已發展至半剛性基層，需對半剛性基層進行徹底處治；第一、二車道路面病害狀況相對較輕，路面病害破損層位已貫穿瀝青面層，需對瀝青面層進行徹底處治。

圖1 舊路現狀

綜合分析試驗路各病害特征及交通流量、氣候水文條件等因素，造成該項目路面病害較多的原因主要有：1) 交通量流量大。日均交通量約20 萬輛，且集裝箱、拖掛車等重載車輛較多，超載嚴重，主要集中在三、四車道，導致路面各結構層材料出現疲勞破壞。2) 使用時間較長。該項目竣工通車已超過9年，瀝青面層在行車荷載的反復循環作用下接近材料疲勞極限，抵抗裂縫的能力逐年降低，路面整體性能不斷衰退，導致路面病害逐漸發展并惡化。3) 年降雨量大。佛山地區雨季時間長，年平均降雨量約1 700 mm，且路面結構屬于典型的“強基薄面”，反射裂縫較多，在行車荷載及動水壓力反復作用下，路面出現水損壞等問題。橫向裂縫主要是由基層反射裂縫所致。

1.2 路面結構方案設計

根據舊路現狀及該項目的特點，確定路面結構總體設計原則如下：1) 分車道處治；2) 維持原路面標高不動；3) 路面材料綠色低碳，即RAP銑刨料100%循環利用；4) 動態設計，現場實施過程中根據實際銑刨情況動態調整。同時，為確保后續佛山一環高速化改造的順利實施，擬通過這次維修，采用長壽命柔性基層結構，對原半剛性基層路面結構進行柔性化轉換，改變路面病害發展形式，將“自下而上”的病害轉化為“自上而下”的病害，未來高速化改造完成后通過預防性養護和表層養護即能實現路面保持良好的服務水平，大幅節約養護成本。試驗路路面結構設計方案見表1，針對乳化瀝青廠拌冷再生不足路段，在一、二車道采用ATB-25代替。

表1 試驗路路面結構設計方案

2 級配設計及RAP、水泥用量確定

2.1 原材料及礦料級配

現場封閉交通后對瀝青面層進行銑刨并收集RAP材料，將RAP材料破碎篩分為3檔，分別為0～5、5～10、10～30 mm，并添加10～20 mm石灰巖碎石、礦粉等進行配合比設計。水泥采用英德龍山P.C.32.5水泥，以外摻方式加入混合料中。表2為乳化瀝青的技術指標。為分析RAP和水泥摻量對其混合料性能的影響，以RAP摻量70%、80%、90%分別設計3種礦料級配，礦料級配組成見表3。預估乳化瀝青用量為3.5%進行不同含水率下擊實試驗，3種級配下最佳含水率均為4.5%。

2.2 RAP摻量

對3種級配乳化瀝青冷再生混合料進行劈裂試驗、無側限抗壓強度試驗、車轍試驗、凍融劈裂試驗、浸水馬歇爾試驗，評價混合料的強度、高穩定性及水穩性能，分析RAP摻量對乳化瀝青冷再生混合料性能的影響，確定最佳RAP摻量。試驗均采用標準馬歇爾試件，乳化瀝青用量為3.5%，水泥摻量為1.5%，試驗結果見圖2、圖3。

表2 乳化瀝青的技術指標

表3 混合料礦料級配組成

從圖2可看出：RAP摻量從70%增加到90%時，冷再生混合料的劈裂強度逐漸降低，但最低也有1.02 MPa，均高于0.7 MPa，具有較高的強度；高溫穩定性能隨著RAP摻量的增加略有降低，由于混合料中摻入了水泥，動穩定度均處于較高水平，均具有良好的高溫穩定性能。

圖2 RAP摻量對乳化瀝青冷再生混合料劈裂強度和動穩定度的影響

圖3 RAP摻量對乳化瀝青冷再生混合料殘留穩定度和凍融劈裂強度比的影響

從圖3可看出：隨著RAP摻量的增加，冷再生混合料的殘留穩定度和凍融劈裂強度比基本處于同一水平，均滿足規范要求。

綜合乳化瀝青冷再生混合料的路用性能、經濟效益及同類型項目情況等，確定試驗路RAP摻量為80%。

2.3 水泥摻量

以水泥摻量分別為1%、1.5%、2%對混合料的劈裂強度和無側限抗壓強度開展試驗研究，分析水泥摻量對乳化瀝青冷再生混合料性能的影響，確定最佳水泥摻量。試驗結果見圖4。

圖4 水泥摻量對乳化瀝青冷再生混合料劈裂強度和無側限抗壓強度的影響

從圖4可看出：隨著水泥摻量的增加，冷再生混合料的劈裂強度和無側限抗壓強度逐漸增大，說明雖然在乳化瀝青冷再生混合料中摻入的水泥很少，但作用很明顯，能大幅提高混合料的劈裂強度和無側限抗壓強度。當水泥摻量達到一定程度后，劈裂強度的增長速率下降，而無側限抗壓強度則相反。綜合考慮規范要求、經濟性及水泥用量過大會導致混合料易收縮開裂等因素，確定水泥摻量為1.5%。

3 冷再生試驗路施工質量控制

乳化瀝青冷再生混合料施工的關鍵環節為銑刨篩分→拌和→運輸→攤鋪→碾壓→養生。圖5為瀝青面層現場銑刨。銑刨所得RAP堆放在經過硬化處理且排水通暢的地面上，不同規格的RAP分類堆放，采用隔墻分隔，防止竄料，堆放高度控制在5 m以內，以不結塊、不成團為宜。拌和冷再生瀝青混合料應均勻，混合料呈褐色，無花白料、無液體流淌、無水泥或礦粉成團現象，且和易性好。再生冷料拌和好后，立即運送至施工現場。從拌和機出料倉向翻斗車卸料時，混合料不得在車廂內集中堆積，防止粗、細集料離析。運輸混合料時，用不透光的棉被或厚帆布嚴密覆蓋，防止混合料見光破乳、污染、雨淋而影響其質量或造成浪費。

圖5 現場銑刨

冷再生瀝青混合料現場攤鋪速度應與供料速度平衡，需緩慢、均勻、連續不斷地攤鋪(見圖6)，壓路機的組合配置見表4。碾壓完成后及時養生，養生期為3～5 d，以冷再生瀝青混合料中總含水量小于或接近2%或可以用φ150 mm鉆孔取芯機取出完整芯樣作為結束養生的依據。配置足夠數量的彩條布或PU薄膜類防雨圈材，在下雨前將養生路段再生層覆蓋嚴密，并做好路肩排水。待養生完成后進行現場取芯，結果顯示芯樣完整密實、骨架較好(見圖7)。

圖6 現場攤鋪

表4 壓路機的組合配置

圖7 現場芯樣照片

4 結語

通過調查佛山一環高速公路舊路路面使用現狀并進行病害成因分析，根據不同車道的病害情況提出試驗路路面結構設計方案。為確保乳化瀝青冷再生混合料具備良好的路用性能，開展不同RAP、水泥摻量對乳化瀝青冷再生混合料性能影響研究，確定RAP摻量為80%、水泥摻量為1.5%時混合料的綜合性能較佳。根據現場取芯情況，芯樣完整密實、骨架較好，試驗路總體鋪筑效果良好。