半柔性沥青混合料在农村公路水泥路面改造中的应用

成相飞，张 雪（.南京市浦口区公路管理站，江苏 南京003；.南京宁成交通工程有限公司，江苏 南京 0000）

半柔性沥青混合料在农村公路水泥路面改造中的应用

成相飞1，张 雪2
（1.南京市浦口区公路管理站，江苏 南京210031；2.南京宁成交通工程有限公司，江苏 南京 210000）

农村公路水泥路面由于其施工水平相对落后，部分路面结构承载力较差，需对原有结构进行一定程度的补强。而以往加铺下面层结构通常选用70号道路石油沥青AC-20C混合料。现为了提高经济效益和环境效益，且综合考虑其结构补强和抵抗反射裂缝的能力，将半柔性材料泡沫沥青厂拌冷再生混合料应用于加铺下面层结构中，对其配合比设计、材料性能进行试验分析，并进行试验路的铺筑及使用性能观测，最后对其技术经济性进行评价，以利于推广应用。

半柔性沥青混合料；农村公路；水泥路面

0　引言

农村公路提档升级改造是新农村建设、城乡一体化战略的一个先导性、基础性的工程。江苏省委省政府自2003年以来开展的农村公路建设与改造，极大地改善了农村的生产生活条件，促进了农村的经济发展、社会发展。但是，随着镇村公交的开通，加上把城市的服务功能往农村延伸，原有的农村公路的标准就不适应了。因此，随着新农村工作的推进，农村公路提档升级改造工程势在必行。

为了提高农村公路的行车舒适性，对原有水泥路面进行“黑色化”加铺改造是解决此问题的关键。受农村公路建设资金的约束，以及我国绿色交通发展理念的秉承，如何选用经济合理、性能优良且兼具绿色环保的加铺层材料显得尤为重要。本文依托浦口区农村公路水泥路面提档升级改造工程，对半柔性材料泡沫沥青厂拌冷再生混合料进行了系统的应用研究，为今后类似工程的推广应用提供依据。

1　农村公路水泥路面沥青加铺层整体方案

1.1沥青加铺层厚度选择

根据《关于实施农村公路提档升级工程的意见》（苏政发［2013］27号）中路面结构标准：三级公路沥青混凝土面层厚度不低于8 cm，且保证水泥路面加铺层的抗裂能力，提出农村公路水泥路面加铺沥青层厚度不小于10 cm的要求，依托工程选择6 cm泡沫沥青厂拌冷再生混合料下面层+4 cm成品橡胶沥青混合料上面层。

1.2沥青加铺层结构

由于水泥路面加铺对沥青层的材料要求较高，需要沥青层具有常规的抵抗泛油、拥包波浪、车辙、疲劳性能外，还需重视其抵抗水泥板反射裂缝的要求。

依托工程在水泥路面与沥青加铺面之间设置橡胶沥青SAM I应力吸收层，沥青加铺下层选择泡沫沥青厂拌冷再生混合料，沥青加铺上层采用橡胶沥青混合料。关于橡胶沥青类型，综合考虑农村公路建设成本的节约和施工的便利，主要选择成品橡胶沥青应用于上面层结构中。

2　半柔性泡沫沥青混合料配合比设计

2.1原材料试验

原材料试验见表1～表5所列及图1所示。

表1　水泥试验结果表

表2　道路石油沥青试验结果表

表3　RAP料、新集料、水泥筛分通过方筛孔的百分率试验结果表

表4　RAP料、新集料、水泥配合比组成表

表5　试验级配通过方筛孔的百分率明细表

图1　泡沫沥青冷再生混合料设计级配曲线图

2.2道路石油沥青发泡性能试验

采用维特根W LB 10型泡沫沥青发生装置进行基质沥青的发泡特性试验，在155℃、165℃及175℃三种温度下，在不同添加水量下进行沥青发泡特性试验，测量其膨胀量及半衰期，试验数据见表6所列。

表6　道路石油沥青发泡特性试验数据表

根据表6的试验结果，最终对所选用道路石油沥青确定发泡温度165℃，发泡水量控制在2.5%，膨胀量20，半衰期10.1 s。在该条件下，沥青的膨胀量达到20倍，半衰期为10.1 s，具有较好的发泡性能。

2.3击实试验

对设计混合料进行振动击实试验，水泥剂量为1.5%，试验结果见表7所列与图2所示。

表7　击实试验结果表

图2　不同含水量下干密度曲线图

2.4确定最佳沥青用量

根据设计要求，分别选用2.0%、2.5%、3.0%三个沥青用量进行了泡沫沥青冷再生混合料的劈裂试验（15℃）、马歇尔稳定度试验（40℃）及冻融劈裂强度比等试验，水泥剂量统一采用为1.5%，试验结果分别见表8～表10所列。

表8　劈裂试验结果表

表9　浸水马歇尔稳定度试验结果表

表10　冻融劈裂试验结果表

2.5配合比设计结论

根据所用的RAP、新集料、道路石油沥青、水泥等原材料，进行泡沫沥青冷再生混合料配合比设计，得到泡沫沥青用量为2.5%，水泥剂量为1.5%，泡沫沥青冷再生混合料强度性能良好。配合比设计结果可用于泡沫沥青冷再生下面层的施工指导。配合比设计结果见表11所列。

表11　泡沫沥青冷再生混合料配合比设计结果表

3　半柔性泡沫沥青混合料性能试验

3.1抗拉强度

采用15℃劈裂试验和干、湿劈裂强度比验证混合料的抗拉强度，试验结果见表12所列。

表12　劈裂试验结果表

3.2水稳定性

采用浸水马歇尔稳定度和冻融劈裂试验验证混合料的水稳定性，试验结果见表13、表14所列。

表13　浸水马歇尔稳定度试验结果表

表14　冻融劈裂试验结果表

从上述对泡沫沥青混合料的性能试验结果看，所设计的泡沫沥青混合料各项性能均满足技术要求。

4　半柔性沥青混合料试验路铺筑及使用性能观测

半柔性混合料类型为泡沫沥青AC-20C型，采用集中厂拌冷再生的方式施工。

4.1拌制

（1）采用专用拌合设备，为维特根KM A220型拌合站，该设备配备泡沫沥青发生装置及精确的计量装置，基质沥青的温度要控制在165℃，并不定时检测泡沫沥青的性能，包括泡沫沥青的膨胀比和半衰期。

（2）拌合设备的生产能力与摊铺设备生产能力匹配。

（3）拌合时间以拌合后的冷再生混合料均匀一致，无结团成块现象为度，拌合时间控制在50 s。

（4）每个工作班结束时，应打印出一个工作班材料用量和再生混合料拌和量的统计量，计算沥青、水泥及添加新材料的用量，与设计值及容许值的波动相比较，评定是否符合要求。如果不符以上要求时，宜对设定值适当调整。

4.2运输

再生混合料采用大吨位的运料车运输。配备15辆大吨位运输车辆，运料车用苫布覆盖，防止运输材料时水分蒸发或遭雨淋。

4.3摊铺

（1）泡沫沥青厂拌冷再生混合料采用“走钢丝”控制厚度与平整度，熨平板不需要加热。

（2）摊铺机要缓慢、均匀、连续不间断地摊铺，中途不随意变换速度或停顿，摊铺速度控制在3 m/m i n，以防混合料离析。对局部位置由于摊铺机收抖引起的块状离析现象，应及时安排工人铲除粗集料窝，并用新拌混合料补撒。

（3）再生混合料的松铺系数定为1.32，在摊铺过程中，应随时检查摊铺层厚度及路拱、横坡。

4.4碾压

（1）再生混合料摊铺后单层压实厚度为6 cm。

（2）该项目压实施工流程为：单钢轮压路机前静后弱振压实1遍、前后弱振1遍—双钢轮压路机前后振动3～4遍—轮胎压路机静压6～8遍收光。压路机以缓慢而均匀的速度碾压，初压速度为1.5～3 km/h，复压和终压速度宜为2～4 km/h。碾压时，重叠1/3轮宽。

（3）严禁压路机在刚完成碾压或正在碾压的路段上掉头、急刹车及停放。

4.5工作缝

工作缝包括纵向工作缝和横向缝，都应采用垂直的平接缝。所有的接缝处都要往完全压实的路段一侧去除部分材料。纵向接缝至少去除20 cm，横向接缝至少去除10 cm。

4.6养生及开放交通

（1）冷再生层在加铺上层结构前必须进行养生，养生时间一般为2～5 d。

（2）养生方法：

a.在封闭交通的情况下养生时，可进行自然养生，一般无需采取措施。

b.在开放交通的条件下养生时，再生层在完成压实至少1 d后方可开放交通，但应严格限制重型车辆通行，行车速度应控制在40 km/h以内，并严禁车辆在再生层上掉头和急刹车。为避免车轮对表层的破坏，可在再生层上均匀喷洒慢裂乳化沥青（稀释至30%左右的有效含量），喷洒用量折合纯沥青后宜为0.05～0.2 kg/m2。

c.养生完成后，在铺筑上层沥青前喷洒粘层。

d.养生初期在遇到弱雨水作用时，可不进行覆盖；在遇到较强的雨水作用时，采取必要的防雨措施。

4.7试验路使用性能跟踪观测

试验路通车1 a后，项目组进行了一次全面的跟踪观测。根据现场徒步观察，依托工程对旧水泥路面断板、裂缝、板角破碎、板底脱空、接缝碎裂、填缝料损失等典型病害进行处治后，板块表面洒布AR-SAM I后加铺泡沫沥青厂拌冷再生混合料和成品橡胶沥青混合料，3.6 km范围内左右幅各出现2条贯穿半幅宽度的裂缝，反射裂缝数量明显减少，同时也未出现其他任何路面病害现象。从取芯检测情况看，裂缝均位于相邻板块的横向接缝处，分析原因是由于原水泥混凝土板块处理不彻底而引起的反射裂缝，具体情况见图3、图4所示。

图3　试验路整体情况实景

图4　板块处治不彻底引起反射裂缝实景

5　半柔性沥青混合料技术经济性评价

课题组分别以试验路实施的6 cm泡沫沥青厂拌冷再生混合料与传统6 cm 70号普通沥青混合料AC-20C的施工造价进行对比分析，泡沫沥青冷再生混合料施工单价为850元/m3，70号普通沥青混合料AC-20C施工单价为1 100元/m3，造价节省约20%，经济效益相当可观。

6　结语

结合浦口区农村公路水泥路面提档升级改造工程，将半柔性泡沫沥青厂拌冷再生混合料应用于加铺下面层结构中，对其配合比设计、材料性能进行试验分析，并进行了试验路的铺筑及使用性能观测，最后对其技术经济性进行评价，得出半柔性泡沫沥青厂拌冷再生混合料是一种性能优良、经济合理且兼具绿色环保的加铺层材料，可供类似项目参考。

在半柔性泡沫沥青厂拌冷再生混合料的应用过程中需重视以下几点：

（1）后场需架设筛分设备对铣刨料进行合理分档，建议将铣刨料分为0～10 m m和10～20 m m两档，并根据分档后的铣刨料筛分结果有针对性地选择新集料的规格，以致合成级配满足再生规范的要求。

（2）在泡沫沥青混合料生产过程中，应严格控制道路石油沥青的发泡温度和发泡用水量，得到性能优良的泡沫沥青，并且合理控制拌合时间，以拌合后的冷再生混合料均匀一致，无团结成块现象为度。

（3）在前场碾压过程中，鉴于农村公路改造宽度有限，建议压实设备配置为1台20 t以上单钢轮振动压路机+1台12 t以上双钢轮振动压路机+1台25 t以上胶轮压路机，并按试验路确定的碾压工艺进行碾压，以保证压实度满足要求。

（4）冷再生层在加铺上层结构前必须进行养生，养生时间一般为2～5 d。但特殊情况需冬季施工时，养生时间应适当延长为7 d或更长，以便达到较好的成型效果。

TU528.42

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1009-7716（2016）09-0111-05

2016-05-09

成相飞（1982-），男，江苏南京人，工程师，从事道路与桥梁工程管理工作。