乳化沥青厂拌冷再生在宁高高速大修中的应用

刘尚青

(青海省财政投资评审中心，青海西宁 810001)

0 引言

随着公路建设事业的发展，我国公路建设的重心也逐步由“建设为主”向“建养并重、养护为主”转变。传统的沥青路面大修养护常用铣刨重铺方案，造成了旧沥青混合料的废弃，造成了极大的资源浪费和环境污染，影响了公路交通的可持续发展。厂拌冷再生技术作为再生技术的一种，具有旧料利用率高、再生料强度好、节能环保、再生方便等优点，在我国的公路养护工程中得到了一定的应用。根据胶结料的不同，可分乳化沥青和泡沫沥青厂拌冷再生两种，其中乳化沥青厂拌冷再生是目前我国应用较为广泛的再生技术。

本文依托宁高高速公路大修改造工程，从混合料强度形成机理、原材料控制、混合料设计、施工工艺等方面，系统研究乳化沥青厂拌冷再生技术在工程中的应用。

1 冷再生混合料强度机理

乳化沥青在常温下呈液态，并具有很好的流动性，可直接与集料进行拌和摊铺碾压。其强度形成过程与热拌沥青混合料不同，乳化沥青是由基质沥青、水以及稳定剂形成的稳定乳液，与集料拌和后，乳化沥青与集料经过裹附、破乳分解、水分蒸发等过程，并在压实功作用下紧密粘结在一起形成强度。值得关注的是，在混合料成型初期，由于混合料中水分含量仍较高，此时混合料的强度主要来源于内摩阻力，随着车辆的不断碾压，水分的不断蒸发，乳化沥青破乳程度越来越高，沥青微粒逐渐聚合成沥青模，提高了集料之间的粘结性，同时混合料的密实度进一步增加，强度也随之提高，因此，乳化沥青厂拌冷再生混合料的强度形成是比较长的过程。当混合料中乳化沥青完全破乳稳定后，混合料与热拌沥青混合料具有同样的路用性能。

2 混合料设计

2.1 原材料要求

乳化沥青厂拌冷再生原材料包括RAP料、新集料、水泥、矿粉、乳化沥青和水。

1)RAP料，为加强再生混合料的级配控制，将宁高高速公路沥青路面铣刨料进行筛分，分为0mm～9.5mm细铣刨料和9.5mm～26.5mm 粗铣刨料两档。

2)新集料，新添加集料粒径为16mm～31.5mm。

3)水泥，采用普通硅酸盐水泥 P.O42.5，其疏松、干燥、无聚团、结块。

4)矿粉，必须干燥、清洁，无团块，0.075筛孔通过率不小于75%，含水量小于1%。

5)乳化沥青，乳化沥青必须满足表1中相关指标的要求。

表1 乳化沥青技术要求

2.2 级配组成

宁高高速大修工程中乳化沥青厂拌冷再生混合料配合比为:粗铣刨料∶细铣刨料∶新集料∶水泥∶矿粉=28%∶47%∶20%∶2%∶3%，级配曲线见图1。

图1 乳化沥青厂拌冷再生混合料级配

2.3 最佳含水量确定

根据《公路沥青路面再生技术规范》中确定乳化沥青冷再生混合料的最佳含水量的要求，初步拟定冷再生混合料乳化沥青掺量为4.0%，按1%的间隔变化初始含水量，从3.0%到7.0%分别进行击实试验，结果如图2所示，最大干密度对应的含水量即为最佳含水量OWC，本工程中OWC=4.7%。

2.4 最佳乳化沥青用量确定

在最佳含水量确定基础上，以预估乳化沥青用量为中值，按照0.5%的间隔变化乳化沥青用量，结合孔隙率和劈裂强度试验结果可确定设计级配对应的最佳乳化沥青含量为4.3%，如图3和图4所示。

图2 击实试验结果

图3 孔隙率试验结果

图4 劈裂强度试验结果

2.5 单点性能验证

采用设计级配、最佳材料用量成型再生混合料试件，其孔隙率为9.8%，满足孔隙率9%～14%要求，干劈裂强度1.17MPa，满足不小于0MPa要求，冻融劈裂试验结果TSR=74.9%，满足不小于70%要求，各项性能指标能够满足设计要求。

2.6 混合料配合比设计结果

根据以上分析，宁高高速公路大修工程中乳化沥青厂拌冷再生混合料的配合比如表2所示。

表2 再生混合料配合比设计结果%

3 施工控制

厂拌冷再生混合料施工过程包括旧路面铣刨、铣刨料预处理、路面处治、混合料拌和、运输、摊铺碾压及养生等过程，其施工控制如下:

1)准备工作。

基层病害处治后清扫铣刨面，摊铺前喷洒乳化沥青，用量为0.3 kg/m2～0.5 kg/m2。

2)RAP料预处理。

利用振动筛分机将RAP料分为0mm～9.5mm细铣刨料和9.5mm～26.5mm 粗铣刨料，分档堆放。

3)拌和。

根据配合比设计要求时刻监测拌和楼集料、乳化沥青及水的比例，保证混合料搅拌均匀。

4)运输。

乳化沥青冷再生沥青混合料应采取前、后、中装料的方式，避免出现离析现象。为减少水分蒸发，需要对运输车上混合料采取覆盖措施。

5)摊铺碾压。

摊铺过程中控制摊铺速度在3m/min左右，防止离析。碾压组合采用2台双钢轮压路机，1台单钢轮压路机和1台轮胎压路机，碾压方案如表3所示。

表3 试铺段碾压方式

6)养生。

在加铺上层结构前必须进行养生，养生时间不少于3 d，直至可取出完整芯样或含水量低于2%。

4 经济分析

宁高高速大修工程中，采用乳化沥青冷再生层替代下面层热拌沥青混合料SUP-25，厚度均为8cm。采用再生工程同期的当地沥青混合料单价，SUP-25单价为1 100元/m3，乳化沥青冷再生混合料单价以650元/m3估算。经济效益分析如表4所示。

表4 本项目经济效益分析

乳化沥青冷再生沥青路面的价格相对传统的热拌沥青路面具有明显的价格优势，其价格较SUP-25低450元/m3，整个冷再生工程相比SUP-25节省成本为360万元，降低成本约41%。

5 结语

1)乳化沥青厂拌冷再生混合料强度随着乳化沥青的破乳、水分的蒸发，强度逐渐提高。

2)采用马歇尔设计方法，通过击实试验确定最佳含水量4.7%，以干湿劈裂强度试验确定最佳乳化沥青用量为4.3%，根据设计结果进行性能验证，其满足我国再生规范技术指标要求。

3)提出乳化沥青厂拌冷再生混合料施工过程控制要点。

4)乳化沥青厂拌冷再生混合料用于下面层时，与普通沥青Sup-25相比具有显著的经济效益，推广应用前景广阔。

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