泡沫瀝青就地冷再生配合比設計與施工關鍵技術研究

摘要：泡沫瀝青就地冷再生在常溫條件下，通過就地銑刨舊瀝青路面材料，添加外加劑和新集料，重新拌和、攤鋪、碾壓，形成路用性能良好的路面結構層，實現路面舊料原地100%再生利用，具有顯著的經濟效益與社會環保效益。文章以廣西S205線玉林段為依托工程，進行混合料配合比設計，總結其施工關鍵技術與質量控制要點，為類似工程提供技術參考。

關鍵詞：泡沫瀝青；就地冷再生；配合比設計；施工技術

中圖分類號：U416.26

0 引言

目前，全國公路總里程已達519.8萬km，公路養護投入不斷增加，提高瀝青路面材料循環利用率是公路養護中迫切需要解決的問題之一。泡沫瀝青就地冷再生技術，通過就地銑刨舊路面材料，摻加泡沫瀝青、新集料和水泥等，經過重新拌和、攤鋪、碾壓，形成路用性能良好的路面結構層，其以固廢利用率高、施工周期短、低碳節能等優點［1］，在國內多個省市推廣應用，可有效降低公路養護成本，具有顯著的經濟效益與社會環保效益［2］。

目前，針對泡沫瀝青就地冷再生，許多學者展開了研究。胡杰等研究了在瀝青路面回收料的不同摻配比下，冷再生混合料的力學性能，并推薦摻量范圍［3］。秋阿恒分析了泡沫瀝青冷再生混合料的抗反射裂縫性能，提出對應評價指標［4］。孫建勇等通過芯樣劈裂疲勞試驗，評價泡沫瀝青冷再生路面的疲勞性能，計算理論壽命［5］。郭小宏等基于國產泡沫瀝青冷再生設備，通過室內試驗，確定了其最佳拌和參數［6］。王輝等通過分析不同銑刨速度下銑刨料的性能變化，設計混合料配合比，確定銑刨速度范圍［7］。相關研究主要集中于配合比設計、力學性能和施工工藝等方面。

為此，本文以廣西S205線玉林段泡沫瀝青就地冷再生工程為依托，進行泡沫瀝青混合料配合比設計，總結施工關鍵技術與質量控制要點，為類似工程提供技術參考。

1 工程概況

廣西S205線玉林段K67+541～K79+200，為雙向兩車道，公路等級為二級公路，路面主要出現了龜裂和車轍等病害及較多的裂縫，且集中于路面面層，車輛通行能力差，嚴重影響行車安全性及舒適性。路面維修方案為：對瀝青面層及部分級配碎石基層進行泡沫瀝青就地冷再生，形成新的路面結構基層，重新加鋪8 cm ATB-25瀝青碎石（下面層）和4 cm ARAC-16橡膠瀝青混凝土（上面層）。

2 冷再生混合料配合比設計

冷再生混合料配合比設計包括原材料試驗、瀝青發泡試驗和混合料組成設計。

2.1 原材料試驗

原材料主要有70#瀝青、瀝青路面回收料（RMAP）和水泥。

2.1.1 瀝青

瀝青為70#A級道路石油瀝青。對瀝青按照相關規范要求進行試驗，試驗結果如表1所示。瀝青檢測指標均滿足相關技術要求。

2.1.2 瀝青路面回收料（RMAP）

通過現場銑刨獲取RMAP，包括瀝青混合料回收料（RAP）和無機回收料（RAI），取得有代表性的樣品，確定篩孔，送至室內風干后進行篩分試驗（干篩）。其篩分結果見表2。

2.1.3 水泥

水泥外觀疏松、干燥，無聚團、結塊、受潮變質。試驗結果見表3，符合相關技術要求。

2.2 瀝青發泡試驗

對瀝青進行發泡試驗，發泡溫度分別為150 ℃、155 ℃、160 ℃，發泡用水量分別取2.0%、2.5%、3.0%、3.5%和4.0%（相對于瀝青的質量分數），確定該瀝青的最佳發泡溫度和最佳發泡用水量。試驗結果如圖1～3所示。

當發泡溫度為150 ℃～160 ℃，發泡用水量為2.5%～3%時，該瀝青有良好的發泡性能。發泡溫度為155 ℃時的膨脹率指標高于150 ℃和160 ℃的。因此，推薦發泡溫度為155 ℃。在發泡用水量為3.0％時，膨脹率和半衰期均達到最佳。因此，確定瀝青的發泡條件為：發泡溫度為155 ℃；發泡用水量為3.0％。

2.3 冷再生混合料組成設計

冷再生混合料組成設計主要包括：礦料級配設計、確定最佳含水率與最佳泡沫瀝青用量以及性能檢驗等。

2.3.1 礦料級配設計

根據面層RAP和基層RAI篩分結果，結合工程實際，確定冷再生混合料礦料級配為RAP料∶RAI料∶水泥=68.5∶30∶1.5。礦料合成級配曲線見圖4。

2.3.2 確定最佳含水率

在不添加泡沫瀝青的情況下，將RAP、RAI和水泥按設計比例混合，通過重型擊實試驗確定最大干密度為2.172 g/cm3，最佳含水率為5.1%，試驗結果見表4。

2.3.3 確定最佳泡沫瀝青用量

按照礦料合成級配的設計，在最佳含水率下，將各部分材料混合拌勻，分別按2.1%、2.4%、2.7%、3.0%的泡沫瀝青用量，采用馬歇爾法成型試件，經標準養生后，進行劈裂試驗，結果如表5所示。

由表5可知，在泡沫瀝青用量為2.7%時，劈裂強度和干濕劈裂強度比達到峰值且滿足設計要求。因此，瀝青用量推薦值為2.7%。

2.3.4 性能檢驗

因設計路段重車較多，交通荷載等級在重以上，根據規范要求，對冷再生混合料進行性能檢驗，包括水穩定性和高溫穩定性指標。試驗結果見表6。

由表6可知，冷再生混合料的凍融劈裂強度比達到85%，60 ℃動穩定度gt;5 500次/mm，遠超設計要求，滿足使用要求。

2.4 配合比設計結果

根據上述試驗結果，確定泡沫瀝青就地冷再生混合料目標配合比，如表7所示。

3 施工關鍵技術

泡沫瀝青就地冷再生關鍵技術主要涉及舊料銑刨級配控制、再生混合料拌和攤鋪以及碾壓效果等。

3.1 舊料銑刨級配控制

銑刨機采用上切模式，從下往上被銑刨，上部缺少支撐，極易產生大塊材料，難以保證銑刨舊料的級配均勻性，特別是網裂、龜裂等病害較多的路面。

為此，采用冷再生機進行舊料銑刨，其采用下切模式，舊料從上往下被銑刨，下承層提供支撐力，可以避免大塊材料的出現，優化切削材料的顆粒形狀，改善再生混合料的級配，保證銑刨舊料的級配均勻性，使材料混合更加均勻，對于網裂病害比較嚴重的路面可避免大塊材料的出現。

同時，結合路面損壞狀況和再生深度等因素，合理控制冷再生機行進速度，減少銑刨料的級配波動范圍，建議為4～6 m/min，網裂嚴重地段減慢速度。

3.2 泡沫瀝青就地再生混合料拌和攤鋪

冷再生機通過管道連接水罐車、熱瀝青罐車，在機械內部完成瀝青發泡，通過置于銑刨罩殼上的噴灑桿添加泡沫瀝青和水，將預撒布于舊路面上的水泥一起進行攪拌，銑刨和拌和轉子采用螺旋結構，再生材料向中央聚集，進行充分拌和，實現舊料銑刨拌和一體化施工。

再生混合料采用后出料模式，通過輸料帶傳送至緊跟后方的攤鋪機料斗，下承層清晰可見，切削深度可實時檢驗，再生深度可實時調整，攤鋪機攤鋪再生混合料進行二次攪拌，保證再生混合料的均勻度，防止材料離析。在攤鋪過程中，攤鋪機速度宜為4～6 m/min，與冷再生機出料速度匹配，攤鋪應連續、均勻、不間斷，混合料在螺旋布料器的高度應保持gt;2/3。

3.3 泡沫瀝青就地再生混合料碾壓

與其他瀝青混合料不同，泡沫瀝青冷再生混合料主要依靠水分實現集料間的潤滑，要求大噸位的壓路機，提供較大的壓實功。

（1）單鋼輪振動壓路機初壓。初壓時先進行一遍靜壓，靜壓后采用強振（高幅低頻）進行壓實。若出現粘輪現象，可先用膠輪壓路機灑水預壓再初壓。初壓應保證再生層2/3厚度范圍內的壓實度滿足要求，每次碾壓以施工段起始與冷再生機邊緣為起始點，碾壓速度控制lt;3 km/h，碾壓寬度大于再生寬度。

（2）雙鋼輪振動壓路機以弱振（低幅高頻）進行復壓。直線段和非超高段，從外向路中心碾壓，重疊1/2輪寬，路面全寬碾壓為1遍。碾壓4～6遍，工作速度前兩遍以1.5～1.7 km/h為宜，之后宜采用2.0～2.5 km/h。

（3）膠輪壓路機進行終壓。不低于8遍，必要時可灑水碾壓。

（4）碾壓過程中，若水分蒸發過快，應及時補灑少量的水，保持再生層表面濕潤。

4 泡沫瀝青就地冷再生質量控制

為控制泡沫瀝青就地冷再生施工質量，再生層鋪筑過程中，需進行結構層性能檢測，現場質量控制要求及測試結果如表8所示。

5 結語

本文通過廣西S205線玉林段K67+541～K79+200泡沫瀝青就地冷再生的配合比設計與施工技術研究，得出以下結論：

（1）瀝青發泡質量是實施泡沫瀝青就地冷再生的前提條件，發泡指標膨脹率與半衰期互相成反比，因此，在確定發泡條件時，需要兩個發泡指標的平衡點，從而確定最佳發泡條件。

（2）泡沫瀝青冷再生混合料對水分敏感，抗水損害能力較差，在設計混合料配合比時，應著重關注水穩定性指標凍融劈裂強度。另外，當泡沫瀝青冷再生混合料作為面層或在高溫使用環境中，應考慮其高溫穩定性指標，如動穩定度等。

（3）進行泡沫瀝青就地冷再生施工時，冷再生機采用下切銑刨模式破碎舊路面材料，合理行進速度，優化切削材料的顆粒形狀，改善再生混合料的級配；再生混合料拌和采用后出料模式，通過輸料帶傳送至緊跟后方的攤鋪機料斗，攤鋪機攤鋪再生混合料進行二次攪拌，保證再生混合料的均勻度，防止材料離析；碾壓采用大噸位壓路機，提供較大的壓實功，表面應始終保持濕潤。

參考文獻

［1］孫建勇，王德群，張海峰，等.泡沫瀝青冷再生路面材料疲勞性能研究及壽命分析［J］.公路，2020，65（11）：66-69.

［2］彭干凱.泡沫瀝青冷再生工藝在高速公路改擴建施工中的應用［J］.西部交通科技，2021（3）：71-73.

［3］胡 杰，胡勤石.泡沫瀝青復合式冷再生混合料組成設計與性能評價［J/OL］.武漢理工大學學報（交通科學與工程版），2023-02-28：1-8.

［4］秋阿恒.泡沫瀝青冷再生混合料抗反射裂縫性能研究［J］.路基工程，2022（6）：101-106.

［5］孫建勇，王德群，張海峰，等.泡沫瀝青冷再生路面材料疲勞性能研究及壽命分析［J］.公路，2020，65（11）：66-69.

［6］郭小宏，王金橋，黃維蓉，等.基于國產泡沫瀝青冷再生設備的拌和參數研究［J］.重慶交通大學學報（自然科學版），202 41（10）：123-129.

［7］王 輝，王大明，陳一凡，等.銑刨速度對泡沫瀝青冷再生施工成本影響研究［J］.公路工程，2023（1）：130-135.

收稿日期：2023-10-11

作者簡介：陳慶林（1980—），高級工程師，主要從事道路工程研究工作。