乳化沥青厂拌冷再生技术在大中修养护工程中的应用研究

蔡海泉

(1.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 211112；2.新型道路材料国家工程实验室，江苏 南京 211112)

基金项目：江苏省交通运输科技与成果转化项目(2019Y04)。

1 概 述

半刚性基层沥青路面由于其建设成本低、结构强度高、行驶舒适等特点，已成为目前我国高等级公路的主要结构，但是在后期路面养护工作中，常用的铣刨重铺方式虽然彻底处治路面病害，但养护成本高，且铣刨料的废弃不但造成了资源的浪费，也对环境造成了影响。而沥青路面再生技术将原路面材料进行破碎筛分，作为原材料二次利用，节约了大量的筑路资源，能够有效降低工程投资，且利于养护事业的持续发展。

沥青路面循环再生利用技术分类较多，从再生过程是否需要加热看，包括热再生和冷再生，从再生地点看，又可分为现场再生和厂拌再生。本文将重点对各种再生技术中的乳化沥青厂拌冷再生技术开展工程应用研究。

2 乳化沥青冷再生强度影响因素分析

施工结束的再生混合料中包含初步破乳恢复沥青性质的乳化沥青、施工过程中按照要求添加的水以及再生过程中破碎的铣刨料等，在养生过程中，再生料中的水分逐渐蒸发、乳化沥青持续破乳恢复沥青性质，至养生期末再生混合料基本达到普通沥青混合料的路用性能。

再生混合料强度受多方面因素影响，本节将重点对不同乳化沥青和水泥掺量下混合料强度进行试验分析，从而确定最佳用量。

图1 水泥-乳化沥青用量与混合料马歇尔稳定度关系

图2 水泥-乳化沥青用量与混合料抗压强度关系

根据图1、图2试验结果，对比未掺加水泥的再生混合料，掺加水泥的再生混合料强度有所提升，且强度的提升随着沥青用量的提高而逐渐降低。改变水泥掺量，在乳化沥青用量4.3%时，水泥掺量在1.0%时，对再生混合料强度增幅影响较大，而当乳化沥青用量4.8%时，水泥掺量在2%时对强度增幅影响较大。因此，需要针对不同的沥青用量选择与之相对应的水泥添加量。

3 乳化沥青厂拌冷再生混合料设计研究

3.1 原材料要求

(1)铣刨料及新加集料要求

对于路面铣刨料(RAP)，要求铣刨后粒径规格基本一致，无明显的块状结团现象，同时检测RAP料的砂当量和含水量，砂当量应超过60%，含水率应小于3%。同时对RAP料的级配合沥青含量情况进行抽提筛分评价。若需额外添加集料，则新加集料还应满足相关施工技术规范的要求。

(2)乳化沥青要求

结合以往的工程经验及再生技术规范的要求，提出了用乳化沥青胶结料的技术要求，如表1所示。

表1 推荐的厂拌冷再生乳化沥青技术要求

(3)水泥要求

宜采用强度等级为32.5以上的水泥；采用的水泥强度及安定性必须达到相应的技术规范要求，且初凝时间需大于3 h，终凝时间需小于6 h。

(4)矿粉要求

矿粉宜采用由石灰岩石料研磨制成的成品，技术指标要求如表2所示。

表2 矿粉质量技术要求

3.2 冷再生混合料设计方法

在再生规范乳化沥青冷再生混合料设计流程基础上，对原设计流程进行优化调整，即在乳化沥青最佳用量确定的基础上，增加含水量的验证过程。实际设计过程中，以最佳乳化沥青用量为基准，分别在不同的含水量条件下成型混合料测量空隙率和劈裂强度，将该途径确定的最佳含水量与土工击实试验确定的含水量进行对比分析，若二者偏差不超过1%(即土工击实结果的±1%)，则混合料设计达到要求，若二者偏差超过1%，则在该方法确定的最佳含水量基础上，调整并重新确定最佳乳化沥青含量，直至二者偏差满足要求。

3.3 混合料配合比设计

(1)原材料

根据要求对细铣刨料(0～9.5 mm)、粗铣刨料(9.5～19 mm)、新集料、水泥和矿粉进行筛分试验。

表3 RAP料、水泥、矿粉筛分试验结果表

(2)初选级配

根据以往养护工程中再生混合料设计实践经验，在试配的基础上初步选择一组级配开展后续试验及设计。

表4 初选级配

(3)土工击实法确定最佳含水量

初步拟采用的乳化沥青掺量为4.0%，分别变化含水量从2.5%～4.5%、间隔0.5%分别进行击实试验，根据击实试验得到的再生混合料干密度与含水量相关关系，确定最佳含水量OWC，即最大干密度对应的OWC。

图3 土工击实法确定最佳含水量

根据土工击实试验结果，干密度随含水量的增加先增大后减小，最后确定最佳含水量OWC为4.2%。

(4)最佳乳化沥青用量的确定

在最佳含水量选择确定的基础上，根据再生混合料空隙率及劈裂强度与乳化沥青含量之间的相关性，选择乳化沥青用量。

表5 密度测试结果

图4 乳化沥青用量-劈裂强度曲线

根据再生混合料空隙率和劈裂强度变化情况，最佳乳化沥青用量在4.3%左右，此时再生混合料的劈裂强度满足规范中不低于0.5 MPa的要求，且空隙率也处于规范要求的9%～14%之间。

4 乳化沥青厂拌冷再生混合料路用性能研究

(1)水稳定性能

开展再生混合料的冻融劈裂以及浸水马歇尔试验，以评估其抵抗水损害性能。

表6 冻融劈裂试验结果

表7 浸水马歇尔试验结果

根据以上两种水稳定性试验评价结果，再生混合料的劈裂强度TSR达到85.1%，浸水马歇尔残留稳定度MS0达到89.3%，满足沥青下面层的技术指标要求，具有良好的水稳定性，满足设计要求。

(2)高温稳定性能

开展再生混合料的传统车辙试验，以评估其抵抗永久变形性能。

表8 高温稳定性试验结果

根据高温稳定性试验评价结果，厂拌乳化沥青冷再生混合料的动稳定度达到1 235次/mm，与普通沥青混合料的动稳定度基本相当。

(3)低温性能

采用小梁低温弯曲试验评价再生混合料的低温性能，试验温度设置为-10 ℃±0.5 ℃，试件尺寸与热拌沥青混合料一致。

表9 低温性能试验结果

小梁试验结果表明，再生混合料的破坏应变达到2 085.8 με，基本满足技术规范中不低于2 000 με的要求。

5 结 论

(1)水泥的掺加可有效提升乳化沥青冷再生混合料的强度，但不同沥青用量及含水量条件下对强度的提升幅度存在明显差异。

(2)优化了乳化沥青厂拌冷再生混合料的设计流程，增加了从最佳混合料性能和最大干密度两方面分别确定的最佳含水量验证过程。

(3)路用性能验证结果表明，乳化沥青厂拌冷再生混合料具有不低于同使用层位普通沥青混合料的性能。