改性乳化沥青冷再生基层技术应用研究

郭 朝 阳

(山西省公路局太原分局，山西 太原 030012)

0 引言

厂拌改性乳化沥青冷再生技术是兼具半刚性与柔性特点的新型冷再生结构，具有早期强度与模量高、温度敏感性低、抗车辙能力强、水稳定性好等优点，并具养生期间收缩小，微裂缝自愈合而不会扩大的特性，在某国道路面改造工程基层应用了此结构型式，项目为一级公路，设计速度80 km/h，路基宽度20 m。路面改造方案为：刨铣回收旧沥青路面用于10 cm厂拌改性乳化沥青冷再生基层+(7+5)cm改性沥青混凝土上下面层。项目秉承绿色环保理念，本着积极慎重的态度采用新技术新材料，应用改性乳化沥青冷再生基层实现旧沥青路面材料循环利用及良好路用性能，节约成本，值得推广应用。

1 概述

改性乳化沥青冷再生用作沥青路面基层可修筑成刚柔适中的合理路面结构，具有抑制半刚性基层(如水泥稳定类基层)裂缝向沥青面层反射、延长路面使用寿命的作用。

厂拌改性乳化沥青冷再生组成材料是由铣刨料、新粗细骨料、改性乳化沥青和水泥(作为填料替代矿粉)两种胶结料、水组成，使用连续式拌合机常温生产的再生混合料。

2 技术优势

高掺量：厂拌冷再生混合料中的旧料(铣刨回收材料)掺量约为60%，可相应节省近60%新石料资源。

高性能：抗车辙性能优异，有较高的承载能力，动稳定度可达到6 000次/mm～9 000次/mm，且抑制半刚性基层反射裂缝性能和作用较为突出。

低能耗:再生技术采用常温拌和，不加热，降低了能源消耗，与热拌沥青混合料相比，每吨再生混合料可节省燃油消耗6 kg～6.5 kg。

低排放:再生工艺与热拌工艺相比，降低碳排放与能源消耗75%以上；按社会价值分析：再生技术不仅可以回收大量的旧沥青材料，实现资源利用，创造经济价值；还在人身健康、环境保护方面为绿色环保做贡献。

3 方案设计

3.1 原有公路路面技术状况分析

根据调查分析，沥青路面病害主要原因为温度疲劳裂缝、疲劳剪切裂缝和反射裂缝，继而导致龟网裂、坑槽等路面病害。根据《公路技术状况评价标准》，对项目路段的路面使用性能(路面技术状况指数PQI)、损坏状况(路面损坏状况指数PCI)、结构强度(通过落锤式弯沉仪(FWD)检测路面回弹弯沉来评价路面结构强度指数PSSI)、平整度状况(将国际平整度指数IRI值换算为路面行驶质量指数RQI)进行评价、路面车辙(路面车辙技术状况指数RDI)进行评价，显示该段路面使用性能总体为次；病害较严重，路面破损以裂缝、龟裂、坑槽、脱皮、啃边、壅包、波浪等为主；基层较为完整，路面结构强度略有不足；通过平整度检测行驶质量评价结果为中，总之，需进行路面维修改造。

3.2 路面结构方案

根据交通量、原路面病害程度(原路结构为：沥青路面(4+7)cm面层、20 cm水泥稳定碎石基层、20 cm水泥稳定碎石底基层，使用性能评价为“次”)，依据路面结构检测数据，通过路面结构验算，本着充分利用旧路强度、经济环保的原则，经验算，拟定路面方案为：5 cm中粒式改性沥青混凝土上面层+7 cm中粒式改性沥青混凝土中面层+10 cm改性乳化沥青冷再生基层，对原水泥稳定基层病害局部挖补处理，见图1。

4 技术方案

4.1 改性乳化沥青混合料冷再生材料及配合比设计

1)冷再生用改性乳化沥青质量要求(见表1)。

2)厂拌冷再生时RAP检测质量要求(见表2)。

3)改性乳化沥青冷再生混合料工程设计级配范围(见表3)。

表1 冷再生改性乳化沥青质量要求

表2 RAP检测质量要求

表3 改性乳化沥青冷再生混合料工程设计级配范围

4)沥青混合料冷再生配合比设计(见图2)。

5)其他原材料。水泥使用普通硅酸盐水泥，技术指标符合设计要求；碎石质地坚硬、洁净，符合设计要求；混合料用水为饮用水。

6)试拌。根据厂拌改性乳化沥青冷再生的设计结合现场材料质量，母体试验室出具施工配合比。对厂拌改性乳化沥青冷再生拌和楼进行调试，确定厂拌改性乳化沥青冷再生拌和楼拌和的各种材料流量。铣刨料和新鲜集料的用量由冷料仓进料速度来控制，改性乳化沥青、水、水泥设精确计量装置。

7)确定配合比。用于施工的厂拌改性乳化沥青冷再生混合料的施工配合比为：10 mm～20 mm旧料∶0 mm～10 mm旧料∶20 mm～30 mm新料∶0 mm～5 mm新料∶水泥32.5=21%∶36%∶19.5%∶22%∶1.5%；特种改性乳化沥青用量4%，最大干密度2.194 g/cm3，最佳含水量4.6%。

4.2 施工机械

铣刨机、连续式水稳拌和设备800型一套(含沥青贮存罐及地磅)、ZL50装载机3台、洒水车1台、自卸运输车10台、全自动沥青洒布车、沥青混合料摊铺机2台、振动压路机2台、双钢轮压路机1台、胶轮压路机2台。

配备足够配件，施工前做好保养、调试、试机工作，确保施工质量进度。

4.3 施工工艺流程

4.3.1 工序

施工工序见图3。

4.3.2 铣刨旧路面及铣刨料加工

按照设计厚度分层刨除旧沥青路面，将铣刨料运至拌和厂。要求铣刨料的最大粒径不大于26.5 mm，拌和厂设置筛分和破碎设备，将铣刨料筛分为0 mm～10 mm,10 mm～25 mm两种料，分类堆放。对于较小粒径的铣刨料，为了减少铣刨料中的含水量对冷再生混合料质量的影响，应采取覆盖的措施。铣刨料的含水率应不大于3.0%。

4.3.3 喷洒透层油

为增强下基层和冷再生半柔性基层沥青混合料的结合，填补基层表面的细小缝隙、固结基层表面松散、提高基层表面强度和整体性，使层间的结合尽可能接近完全连续状态，在摊铺冷再生半柔性基层之前，对下基层表面喷洒透层油，一般采用PC-2或PA-2型改性乳化沥青，用量0.7 kg/m2～1.5 kg/m2，蒸发残留物含量50%。

4.3.4 拌和

拌和前，将筛分好的铣刨料、新料、水和水泥按比例投放到第一个拌和锅中拌和10 s～16 s，进入第二个拌和锅喷洒改性乳化沥青，总拌合时间约45 s。

4.3.5 摊铺

混合料中水分的散失速度主要由改性剂种类、集料级配、风速、气温、湿度等因素决定，摊铺采用沥青混合料摊铺机，熨平板不必加热，控制好行驶速度、松铺系数、摊铺厚度、设计高程、平整度，防止集料离析，保证摊铺质量。

冷再生沥青混合料摊铺厚度为10 cm(压实厚度)，根据试验段确定松铺系数为1.265。雨天或气温低于10 ℃时应停止摊铺。

4.3.6 压实

采用双钢轮振动钢轮压路机和重型轮胎压路机碾压成型，充分压实的冷再生混合料总空隙率在3%～8%范围。

压实工艺：

初压：双钢轮压路机静压1遍、振动碾压1遍，行进速度1.5 km/h～3 km/h；

复压：单钢轮振动压路机，高频低幅式振压2遍～4遍，行进速度2 km/h～4 km/h；

终压：20 t以上胶轮压路机碾压收面，行进速度3 km/h～5 km/h，消除轮迹。

4.3.7 养护

在铺筑其上结构层之前，冷再生沥青基层应养护3 d～5 d。当路面含水量小于2%或钻芯能基本完整取出时，摊铺其上结构层。

养生期间封闭交通，组织专人维护并疏导交通安全。

4.4 质量检测及评价

施工过程中对原材料(乳化沥青、粗集料、细集料、沥青路面回收料)按照规范要求的检测项目进行抽样检测;对乳化沥青冷再生混合料进行抽样检测，分别进行马歇尔试验、矿料级配及沥青含量检测，对碾压成型后的基层进行压实度、厚度、平整度、弯沉检测，试验结果见表4，表5。

表4 试验段原材料及乳化沥青冷再生混合料试验情况

表5 试验段碾压成型后的乳化沥青冷再生混合料现场检测情况

制取乳化沥青冷再生混合料试件及进行马歇尔试验时要注意：

1)将拌和均匀的混合料装入试模，使用马歇尔击实仪进行击实的次数要求为：乳化沥青试样双面各击实50次；

2)将试样连同试模一起侧放在60 ℃的鼓风烘箱中养生至恒重，养生时间一般不少于40 h；

3)将试模从烘箱中取出，立即使用马歇尔击实仪双面各击实25次，侧放室温冷却至少12 h后脱模(如为泡沫沥青试样则直接侧放冷却12 h脱模)；

4)马歇尔稳定度试验温度为40 ℃，试验时间为泡水30 min。

经检测，改性乳化沥青冷再生基层的主要检测项目压实度、平整度、弯沉值、马歇尔稳定度均满足设计要求。

运行两年的应用后评价:在传统水泥稳定基层与沥青面层间增设冷再生半柔性基层后，路面平整无车辙，可有效抑制刚性基层反射裂缝对沥青面层的影响，提高道路整体稳定性,延长道路使用寿命，降低全生命周期成本。

5 循环利用效果

采用改性乳化沥青厂拌冷再生新技术，可对铣刨原路面旧料进行回收循环利用，技术经济合理，节能环保。

对旧路面全部铣刨后，除正常损耗，实现路面旧料回收率99.5%，符合回收率98%以上要求。

经材料筛选，冷再生循环利用率80.5%，符合利用率80%以上要求。

经材料组成设计，旧料掺量为57%，应用于本路面改造项目和其他工程，总体实现80.5%的循环利用率，共节约30 000 m3新石料资源；料场地面硬化节约4 554 t路面材料，有效节约建设资金。

6 结语

改性乳化沥青厂拌冷再生技术是兼具半刚性与柔性特点的新型冷再生结构，刚柔适中，冷再生与热拌沥青相比，具有低能耗(每吨再生混合料节省燃油消耗6 kg～6.5 kg，共节约550 t燃油)、低排放(降低碳排放与能源消耗75%以上)的优势，可实现人身健康、环境保护、资源利用等社会效益，值得大力推广。