乳化沥青厂拌冷再生工法研究及应用

段立伟

（湖南省岳阳市公路桥梁基建总公司，湖南 岳阳 414000）

0 引言

随着我国公路等基建行业的飞速发展，在20世纪末及21世纪初以后陆续建成的高速公路已进入了大、中修时期，目前大约有10%的高速公路沥青路面需要进行大中修，这种趋势大约以每年15%的速度增加。在现行我国新修或改建的沥青路面改造等工程项目中，基于乳化沥青厂拌冷再生技术的应用，合理利用旧的路面材料，可为工程造价预算节省近几亿元人民币。

国内外学者对乳化沥青厂拌冷再生混合料关键技术的研究及应用颇多，并都取得了一定的成果。丁武洋等［1］依托江苏S325省道路面大修项目，探讨乳化沥青厂拌冷再生混合料的施工技术流程，分析了乳化沥青厂拌冷再生混合料强度形成机理及水泥含量对强度的影响，并总结了冷再生混合料施工成套技术及质量控制方法；柳峰［2］对乳化沥青厂拌冷再生技术在青银高速改扩建项目中的实际应用作了详细说明，并介绍了路面施工工艺、强度形成原理、节能减排增效、社会效益等多个方面，研究结果表明乳化沥青厂拌冷再生技术具有工程造价低、材料功能优、环保节能等优良特性，值得广泛使用；杨江平［3］针对乳化沥青厂拌冷再生混合料的配合比设计问题，通过室内试验确定了乳化沥青、水泥等原料含量对混合料力学性能的影响，从而得到了最佳配合比；吴云［4］采用高速公路沥青面层铣刨料开展了乳化沥青厂拌冷再生混合料设计研究，结合实体工程应用开展了乳化沥青厂拌冷再生施工工艺研究，并对拌合楼生产级配及施工现场中的冷再生混合料质量进行了检查验收，同时对施工过程中存在的问题进行了分析，并提出了相应的解决方案。

基于以上各学者的研究成果，本文结合湖南某高速公路大修工程对乳化沥青厂拌冷再生技术进行研究，其沥青路面列为废旧路面并作为研究示范工地，在此工地推广应用乳化沥青厂拌冷再生技术，现已施工完毕，经检测验收，各项指标符合规范和设计图纸要求，取得了良好的经济效益和社会效益，经总结形成本工法。

1 施工工艺流程及操作要点

乳化沥青厂拌冷再生工法原理是用铣刨回收的RAP，经过精确的破碎、筛分成3～4档均匀、稳定的材料（必要时辅以少量新料），按照一定的级配，用乳化沥青作为冷再生稳定剂，添加少量矿粉、水泥等填料，在常温下重新拌合成均匀、稳定的沥青混合料，用于道路的基层或面层。乳化沥青破乳、水分蒸发后，沥青与集料粘结成整体产生强度，达到道路使用性能要求［5］。本施工工法可使冷再生沥青混合料用于高速公路、一级公路的中下面层、基层或二级及以下公路的基层、沥青面层（用在表面层时，需在其上加铺磨耗层）。

1.1 施工工艺流程

施工工艺流程如图1所示。

图1 乳化沥青厂拌冷再生施工工艺流程图

1.2 施工操作要点

乳化沥青冷再生混合料由RAP、新集料、乳化沥青、填料和水按一定比例和方法拌合在一起，形成良好级配、均匀稳定、具有良好施工性能的混合料。原沥青路面不同层次使用的材料不同，因此应分层铣刨、分开堆放。其中RAP、新集料、乳化沥青、填料和水均应满足一定的规范质量及技术要求。

本项目中主要将原沥青路面的中、下面层的铣刨料做冷再生用，一次性铣刨厚度为12cm，与上面层铣刨料分开堆放。为减少对原沥青路面骨料的破坏和将铣刨料的含水量控制在合理范围之内，对不同型号的铣刨机采用不同的铣刨参数（铣刨鼓的选用和铣刨速度）进行试验，根据铣刨效果选择铣刨机的型号为维特根2000、2100，铣刨速度3～4m／min，铣刨时用水量调至最小。考虑到该项目交通量较大，混合料的矿料是关键，因此在进行冷再生混合料级配设计时，考虑了RAP真实的矿料级配，在冷再生混合料中添加了约20%的10～20mm与5～10mm石灰石碎石，选择水泥和矿粉作为填料。

1.2.1 厂拌冷再生配合比设计

本项目中乳化沥青厂拌冷再生配合比设计方法参考了我国公路沥青路面再生技术规范的马歇尔试验方法，并在规范的基础上进行了改进：在拌合过程中，新料与11～25mm粗的RAP料先加少量水润湿，与乳化沥青进行预拌均匀，然后再与其它材料拌合均匀；以马歇尔击实试件的毛体积密度确定冷再生混合料的最佳含水量，以混合料试件的最大劈裂强度确定最佳乳化沥青用量，然后综合确定总液体用量，从而确定混合料的目标配合比。参考《沥青路面施工技术规范》（JTG F40－2004）中所提供的级配范围［5］，具体级配如表1所示。

表1 乳化沥青厂拌冷再生设计级配表

1.2.2 最佳含水量（OWC）和最佳乳化沥青用量（OEC）的确定

乳化沥青冷再生混合料配合比设计包括原材料试验、配合比（水泥用量、水、乳化沥青）设计以及配合比的检验三个具体流程。

为满足工程实际，最佳含水量（OWC）采用马歇尔击实法：预估的乳化沥青试验用量可定为4%，以5%的含水量为中值，以±1%与±2%变化含水量进行马歇尔击实试验（试件成型方法与下面方法相同），成型5组马歇尔试件，养护完成后测试各组试件的毛体积密度，根据各组马歇尔试件的毛体积密度均值绘制二次函数曲线，取得毛体积密度最大值下的含水量即为最佳含水量（OWC）。

中值采用预测估算的乳化沥青用量，间隔渐变量取中值±0.5%、中值±1%进行试验控制，保持最佳含水量OWC不变，成型5组马歇尔试件。按照以下方法制备马歇尔试件：

（1）将新料与RAP（11～25mm）按级配比例放入拌合锅内，先加入OWC的1／5～1／4使集料润湿，后加入少量乳化沥青（以不产生花白料为度）预拌30s使集料拌合均匀，然后把剩余的RAP、水进行人工搅拌预湿，再倒入拌合锅中，接着加入剩余乳化沥青拌合60s，最后加入矿粉与水泥拌合60s，使混合料均匀稳定、色泽一致；

（2）将拌合均匀的混合料均匀装入试模，双面各击实50次，成型击实试件；

（3）将试件成样与试模共同放置在温度设定为60℃的烘箱中，养生至其重量保持不变阶段，时间一般控制在40h以上；

（4）当达到恒重状态时，将试件成样与试模取出，随后放到马歇尔击实仪器上，正反面皆击实25次，在室温下将其冷却≥12h后脱模；

（5）对试件进行干湿劈裂试验，确定最佳乳化沥青用量，干劈试验结果如图2所示。

图2 厂拌乳化沥青冷再生混合料乳化沥青用量干劈试验结果示意图

1.2.3 最大理论相对密度的确定

采用真空实测法量测各组试件的最大理论相对密度。

2 路用性能指标的检验

在最佳乳化沥青用量和最佳含水量确定以后，要进行路用性能指标检验，具体包括空隙率、劈裂强度、水稳定性能与高温稳定性能等，本项目指标检验结果如表2所示。

2.1 确定施工配合比

通过试验路段施工，确定本项目的乳化沥青厂拌冷再生施工配合比为：新料（9.5～19mm）∶新料（4.75～9.5mm）∶RAP（15～25mm）∶RAP（8～15mm）∶RAP（0～8mm）∶矿粉＝13%∶5%∶6%∶25%∶49%∶2%，水泥外掺1.3%，最佳含水量为5.2%，乳化沥青用量为4.0%。

2.2 性能指标验证

（1）水稳定性能。依据表2配合比设计参数及试验指标，将乳化后的沥青按标准尺寸制作试件，在项目部实验室进行冻融劈裂试验。试验结果表明：由上述方法生产的乳化沥青厂拌冷再生混合料TSR值是84.7%，能够较好地满足规范要求≥70%的技术标准［6］。

表2 配合比性能试验指标表

（2）高温稳定性能。依据现有项目部的试验仪器，对乳化沥青厂拌冷再生混合料进行高温蠕变试验。本次试验主要集中对已有道路路面下面层中常用的混合料AC－25进行对比分析，得到乳化沥青厂拌冷再生沥青混合料的高温蠕变性能与传统的道路石油沥青混合料性能基本接近，能够满足道路通车等各方面性能的要求。

3 施工工法

乳化沥青厂拌冷再生混合料施工环节主要包括施工前的准备（施工机械的检查与调试）、铣刨原有病害路面、在下基层表面喷洒透层油、拌合、摊铺、压实、养护、铺筑下封层、接缝处理等。各个阶段施工技术均需严格按照规范技术标准执行，满足施工的各项指标要求。

4 结语

（1）本文提出了乳化沥青厂拌冷再生混合料的工法操作流程，通过相关试验确定再生混合料中的最佳含水量与最佳乳化沥青含量，在此基础上，提出了适用于道路路面施工的乳化沥青厂拌冷再生混合料的配合比设计。

（2）依托湖南某沥青路面改造工程，合理应用本文工法进行施工，在此基础上总结了乳化沥青厂拌冷再生混合料的施工工艺。

（3）通过施工现场实施情况具体分析，本文提出的乳化沥青厂拌冷再生混合料工法能够较好地满足路面使用性能要求，相关技术成果与经验可为今后类似工程提供参考与借鉴。