昌九高速沥青路面乳化沥青冷再生试验与应用

张　彩

(中交四公局 第二工程有限公司， 北京　100004)



昌九高速沥青路面乳化沥青冷再生试验与应用

张彩

(中交四公局 第二工程有限公司， 北京100004)

摘要：以昌九高速K522～K543段沥青路面结构的大修工程作为依托，对沥青路面的乳化沥青冷再生作用机理进行了分析，确定了60%，70%，80%及100% 4种不同 RAP 掺量冷再生混合料最优配合比，并提出了具体的碾压施工工艺，结果表明，该试验能够满足规范所需的标准。

关键词：高速公路； 沥青路面； 冷再生； 乳化沥青； 施工工艺

昌九高速是江西省境内修建的第一条高速公路，经过十几年的运营公路破损严重，已经进入了大修阶段，传统的沥青路面养护技术产生的大量路面废料容易造成资源的浪费和环境的破坏，而冷再生技术的应用能够解决这一工程难题[1]。因此，沥青路面冷再生技术越来越得到人们的重视。

沥青路面的冷再生技术在国外的研究开始比较早，而且技术较成熟，出版了一系列的规范[2]；国内的沥青冷再生技术研究相对较晚，在高等级公路面层的应用还未能形成一套成熟的体系。冷再生技术包括乳化沥青和泡沫沥青两种，由于乳化沥青可以重复利用废旧材料，施工简便，且对环境无污染，在沥青冷再生的应用中相对较为广泛[3-5]。因此，本文结合昌九高速公路的大修工程，对沥青路面的冷再生技术进行了深入的研究，对其配合比进行优化设计，并根据沥青混合料的施工要求，完善施工工艺。

1乳化沥青冷再生机理分析

沥青在通常情况下处于一种粘稠的状态，性质比较稳定，不具有工作性能，但是对其进行加热，并掺入适当的乳化剂，就能在机械作用下生成一种稳定的乳液，这种乳液能将沥青微粒分散在水溶液中，称之为乳化沥青。乳化沥青材料在破乳后具有很强的胶结力，因此，可以利用该材料用于沥青混合料的冷再生工作，乳化沥青的关键技术在沥青的破乳过程[6-8]，如图1所示，如果过早破乳，乳化沥青不能充分裹覆沥青混合料，则容易导致摊铺和碾压出现各种问题，需要根据沥青路面实际的情况选择合适的乳化剂及其配比。另外，乳化沥青的反应时间也很关键，时间越长，胶结力越大，但受施工工期与临时通车的需求，对于大修后的沥青路面通常需要具有一定的初期凝聚强度。

图1　乳化沥青冷再生混合料结构示意图

乳化沥青冷再生混合料的强度来源主要有两方面：一方面是内聚力，另一方面是内摩擦力，前者是通过沥青本身与集料之间的粘附力，后者是通过集料之间的相互挤压摩擦产生的作用力，两者在混合料的不同阶段发挥的作用不同。

在混合料强度形成的初期阶段，由于乳化沥青还未破乳，粘结力不够，沥青混合料之间强度主要通过集料本身的强度和集料之间的摩擦力构成，因而乳化沥青冷再生混合料初期强度较低，需通过添加水泥或者其它材料来提高其初期的强度。经过一段时间的养护和荷载碾压后，混合料的密实度逐渐提高，水分蒸发完全，集料之间的内聚力逐渐增大，养生结束后，沥青混合料的强度逐步提高，能够满足规范中高速公路沥青路面所需的各项要求。

2路面修复方案的选择

通过对昌九高速公路K522～K543段的路面信息调查和病害分析，总结路面发生病害的原因，并对路面基层和面层的结构组成进行分析，对路面的基本状况进行相应的评价，做出相应的处理，基本的处理程序如图2所示。

图2　路面修复程序

根据调查结果，昌九高速公路K522～K543段路面出现了大量的病害，比如路基沉陷，路面横缝、车辙等，局部位置面层较薄，病害多种多样且无规律，传统的修复方法容易导致资源的浪费，造

成环境的无人，而采用冷再生技术不仅能有效的治理病害，而且能够利用路基旧料，降低成本，而且对交通的影响也相对较小，通过比较考虑，选择乳化沥青冷再生技术对沥青路面结构进行修复。

本文所研究的乳化沥青冷再生混合料主要由清理后的几种材料组成，如图3所示：主要包括沥青混合料，乳化沥青，水泥，水4种材料，利用水泥砂浆填充空隙，旧路材料形成骨架，乳化沥青包裹沥青混合料，形成一种新的复合材料。

图3　乳化沥青冷再生混合料

3乳化沥青冷再生配合比设计

3.1确定级配

乳化沥青冷再生设计级配的依据是满足规范对路面的各种要求[9-11]，为最大限度利用旧料，各旧料的利用根据原有铣刨料的组成进行选择。为减少试验误差，保证沥青再生混合料的级配组成基本相同，对其配合比进行设计，为方便描述，将4种不同沥青混合料的掺量比例60%、70%、80%、100%简称为RAP60、RAP70、RAP80及RAP100，首先将沥青混合料进行筛分，根据筛分的结果进行添加所缺少的粗细集料，满足不同掺量比例和AC-20对级配的要求，级配的组成如表1所示。

3.2确定最优含水量

沥青混合料都采用普通硅酸盐 P·O42.5 水泥，其掺量采用2.0%，乳化沥青的掺量采用6.45%，沥青冷再生混合料击实试验的结果见表2及图4所示。

表1 沥青冷再生混合料级配组成筛孔/mm筛分通过率/%RAP掺量比例AC-20RAP100RAP80RAP70RAP60上限下限中值26.51001001001001001001001998.495.994.193.2100929613.295.186.184.582.28771799.584.274.172.169.38262724.7556.248.246.447.16634502.3626.328.129.232.25123370.33.77.59.513.2224130.0751.43.34.15.7825

表2 不同旧料掺量混合料击实试验结果旧料掺量干密度/(g·cm-3)含水率/%RAP1001.9121.9431.9371.9331.91245678RAP801.9641.9661.9731.9751.96445678RAP701.9851.9881.9941.9931.98845678RAP602.0062.0172.0222.0131.99856789

图4　不同RAP掺量的击实试验结果图

根据图4中曲线可找出最大干密度-最优含水率的关键点，如表3所示。

表3 不同RAP掺量最大干密度-最优含水率掺量最优含水率/%最大干密度/(g·cm-3)RAP1006.11.960RAP806.41.975RAP706.61.998RAP606.92.019

3.3确定最优的乳化沥青用量

乳化沥青的掺量对沥青混合料冷再生的试验结果十分重要，按照规范的要求制作相应的试件，并进行了干、湿劈裂试验，绘制了劈裂强度比与乳化沥青用量之间的关系图，如表4和图5所示。

表4 不同乳化沥青用量劈裂试验结果乳化沥青/%RAP100劈裂强度RAP80劈裂强度RAP70劈裂强度RAP60劈裂强度湿/MPa干/MPa比/%湿/MPa干/MPa比/%湿/MPa干/MPa比/%湿/MPa干/MPa比/%50.210.2680.70.400.4785.160.250.2889.30.470.5388.60.450.5286.50.600.6690.970.310.3393.90.570.6291.90.560.6388.80.680.7393.180.260.3281.20.450.5286.50.620.6595.40.760.8095.090.240.2982.70.380.4879.10.530.5989.80.690.7493.2100.470.5487.00.600.7085.7

图5　不同RAP干湿劈裂强度比

根据RAP不同掺量的劈裂试验结果，结合相关的经验，就可以确定乳化沥青的最优用量，然后根据试验的配比，就是RAP的掺量，确定最终的沥青用量，如表5和图6所示。

表5 不同旧料掺量的最优乳化沥青用量和总沥青用量旧料掺量最优乳化沥青用量/%总沥青含量/%RAP608.106.25RAP707.906.52RAP807.206.92RAP1006.707.54

图6　最优乳化沥青用量与旧料掺量的关系

由表5及图6可以看出，随着沥青混合料掺量的增加，乳化沥青的用量逐渐增大，再生混合料沥青总量逐渐减小，且沥青含量与沥青混合料的掺量有近似线性关系。

4施工工艺

乳化沥青冷再生的施工工艺与传统的热拌沥青混合料存在较大的差异，它生产过程无需热加工设备和工艺，可以大大的降低生产能耗，我国目前对冷再生的施工工艺仅进行了一些概述性的要求[12]，相关的机械和实践经验还不是很成熟。因此，对乳化沥青冷再生的施工工艺进行总结归纳，是推广该技术的重点，施工工艺的关键步骤主要有以下几个部分。

4.1拌合

采用工厂冷再生的沥青混合料施工工艺需要构建一个计量精度较高的拌合厂，如图7所示。对冷再生材料的配合比、拌合时间等关键参数进行控制，拌合后直接运输到现场，不允许储存。

图7　工厂乳化沥青冷再生拌合设备

4.2运输

乳化沥青冷再生混合料的运输应采用大型车辆进行运输，在运输的过程中要对沥青混合料进行相应的保护处理，以防提前破乳，保证有足够的时间使混合料到达施工现场，若发生提前破乳则应该废弃掉，不能重复使用。

4.3摊铺

在乳化沥青冷再生的摊铺施工工艺过程中，可以采用常用的沥青摊铺机，摊铺过程应该根据实际情况进行处理，速度均匀、缓慢，摊铺的路面基层不应该有杂物或者水槽，要控制每一层的摊铺厚度，根据设计的参数进行处理，特殊天气如雨天、低温情况下也不宜进行摊铺工作。

4.4碾压

碾压应在摊铺完成30 min内开始碾压，碾压过程中可以采用钢轮压路机和轮胎压路机，碾压的方式和次数根据混合料的性能、厚度、压路机型号以及所处的环境而定，如图8所示。压实的厚度一般不宜大于16 cm，也不易小于6 cm，当沥青混合料出现裂缝或者推移时，应改变碾压方式，压路机禁止在刚完成碾压的路段掉头、急刹或停放。

图8　冷再生混合料碾压示意图

4.5养生

乳化沥青冷再生混合料在经过一系列的拌合、摊铺与碾压过程后，就基本成型，产生了一定的强度，然后需要对其进行养生，以保证混合料最终的强度形成，通常情况下，养生的时间控制在2～3 d，养生结束后就可以开发交通。

4.6开放交通

摊铺完后的路面在未达到规范要求的强度前不允许任何车辆进入，但需要将路面的松散颗粒清扫干净，以免影响行车的安全。

5结论

本文是在结合昌九高速公路路面大修工程的现场冷再生试验进行研究，对不同RAP掺量的材料性能进行了对比研究，得到的研究结论如下：

1) 对乳化沥青冷再生的作用机理进行了深入的探讨，并对材料强度的来源及过程进行了分析。

2) 确定了60%，70%，80%以及100% 4种不同沥青混合料掺量冷再生混合料最优配合比，并根据试验结果发现沥青的含量与沥青混合料的掺量存在着近似的直线关系。

3) 通过对沥青面层冷再生施工工艺的研究，提出了具体的施工工艺。

参考文献：

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文章编号：1008-844X(2016)02-0049-04

收稿日期:2016-02-02

作者简介:张彩( 1980-) ，男，工程师，从事公路与桥梁施工工作。

中图分类号：U 416.217

文献标识码：B