泡沫沥青就地冷再生在普通国省道公路中的应用

严佳林 刘小滔 金发均 韩海红 周代会

摘要 泡沫沥青就地冷再生技术已广泛应用于公路建设领域，该技术能实现废旧材料的循环利用，达到节约资源，减少环境污染的目的。文章结合某国道大修工程，将泡沫沥青就地冷再生技术成功应用于普通国道工程中，针对普通国省道的特点，从配合比设计和施工工艺入手，系统总结了泡沫沥青就地冷再生技术在普通国省道中的施工方案，为类似工程提供一定的参考。

关键词 泡沫沥青；同步摊铺；配合比设计；施工工艺

中图分类号 U418.6文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）03-0038-04

0 引言

随着我国经济社会的不断发展，公路建设里程不断地增加，根据交通运输部2022年交通运输行业发展统计公报，截至2022年底，我国公路里程达到5 354 800 km，其中，国道公路里程达到379 500 km，省道公路里程达到393 600 km。随着公路建设里程的不断增加，公路养护的任务也越来越重。传统的养护方式，主要以铣刨重铺或者直接加铺为主，导致大量的废弃旧路材料需要集中堆放，污染环境，并造成资源浪费。2022年5月，交通运输部“十四五”公路养护管理发展纲要中明确要求，“十四五”期间，交通行业发展目标要求，高速公路、普通国省道沥青路面材料循环利用率分别达到95%、80%以上。以“绿色、循环、低碳”为目标的养护技术急需贯彻到养护的各个环节。泡沫沥青冷再生技术是指通过专用的发泡设备，将沥青进行发泡，降低沥青黏度，实现常温拌和的目的。韩海红[1]研究认为泡沫沥青能够很好地平衡刚柔度，加入部分水泥后性能与热沥青混凝土相当，同时又可以实现废旧材料利用，减少能源消耗，降低污染排放，实现交通的可持续发展。时杰[2]采用冷再生机和摊铺机分体式的再生工艺，完成了就地冷再生施工。为研究泡沫沥青在普通国省道山区公路中的应用效果，该文以四川省某国道公路泡沫沥青就地冷再生施工为例，从配合比设计和现场施工两方面入手，总结了泡沫沥青施工工艺，为类似工程施工提供一定的参考。

1 工程概况

该工程为二级公路，于2016年改建而成。泡沫沥青就地冷再生试验段为2 km，原路面结构为3.5 cm细粒式改性沥青混凝土AC-13C+4 cm中粒式沥青混凝土AC-16C+18 cm水泥稳定级配碎石基层+18 cm水泥稳定级配碎石底基层+15 cm级配碎石垫层。2020年下半年进行了功能性养护，养护方案为原路面铣刨1 cm后，加铺3.5 cm普通沥青混凝土AC-13C，该次养护后沥青面层达到10 cm厚。该次养护采用全厚式冷再生施工工艺，再生10 cm沥青混凝土面层和3 cm水泥稳定碎石基层，再生厚度为13 cm，并加铺5 cm普通沥青混凝土AC-20C和4 cm改性沥青混凝土AC-13C。

2 泡沫沥青冷再生配合比设计

泡沫沥青就地冷再生配合比设计阶段主要目的是确定发泡沥青、合成级配、初步泡沫沥青用量以及验证泡沫沥青混合料性能。具体工作内容为：①对原材料进行检验，包括发泡沥青性能、回收料的级配和性能等；②利用专用发泡设备，以膨胀率和半衰期作为指标，确定发泡沥青、发泡温度和发泡用水量；③对铣刨料级配进行验证，必要时确定是否需要添加新集料；④对合成集料进行击实试验，确定最佳含水量和最大干密度；⑤不同泡沫沥青用量下，成型马歇尔试件，利用劈裂强度和干湿强度比，确定最佳泡沫沥青用量。该工程泡沫沥青配合比设计结果见表1～2。

3 泡沫沥青就地冷再生施工工艺

该工程采用同步摊铺的就地冷再生技术，该技术是一种在对旧沥青路面切削破碎的同时完成水、水泥、泡沫沥青（或乳化沥青）的添加与拌和，之后把满足一定路用性能的冷再生混合料传输至摊铺机料斗当中，最终由摊铺机重新把再生材料铺筑于路面结构中，并由压路机完成压实的先进施工方案[3-4]。就地冷再生机采用维特根生产的W380CR就地冷再生机，详见图1。W380CR就地冷再生機工艺参数为基本工作宽度3.8 m，最大再生深度30 cm，发动机功率708 kW，最大工作效率800 t/h，建议再生机的工作速度控制在4～5 m/min。

具体施工流程如下：

3.1 施工前准备

（1）原材料的准备：泡沫沥青就地冷再生施工前，应结合配合比设计、市场情况等因素合理地确定原材料来源。特别是发泡用沥青、水泥和新骨料的采购，原材料必须与配合比设计时采用的材料一致，若更换产地或厂家，需要重新开展配合比设计。原材料进场前，应全面检查出厂检测报告、合格证等相关资料，并同时按照要求开展必要的抽样检查，待原材料检查合格后，方可进场。

（2）原公路线形、路基宽度分析：W380CR就地冷再生机工作宽度为3.8 m，实际实施过程中，再生宽度多大于3.8 m，此时，施工前就需要对原路面进行测量，掌握原有公路路面宽度情况，特别是对于二、三级公路，需考虑弯道加宽的情况。当一次再生宽度超过3.8 m时，应配备一台与总再生宽度相匹配的铣刨机，负责把超宽部分进行铣刨并把铣刨材料输送至再生机的再生宽度范围之内，以便再生机能够把所有材料进行再生。当用于山区公路时，还应对山区公路平纵面线形进行评价，分析出合理的施工方案。特别是存在连续长下坡路段时，为更好地控制冷再生机前进速度，就地冷再生作业方式建议采用自下而上地作业的方式为主。以该工程为例，施工路段为连续下坡路段，平曲线半径为60 m，平曲线占路线总长90%，最大纵坡7%，右幅全为下坡路段，左幅为上坡路段，分析认为连续长下坡路段，对连续作业施工工艺要求更高，难以保证施工质量，最终采用先施工左幅路段后，再周转设备至起点，施工右幅段落，保证施工作业面为上坡作业的方式。

（3）原路面的检测和调查：正式开工前，对原路面的检测和处理是十分必要的。对于泡沫沥青就地冷再生而言，再生前原路面需要有良好的整体状况，路基没有沉降，路面具有较好的承载能力。开工前，应对全线进行路面结构承载能力检测和路况调查，待病害处治合格后方可实施。

（4）合理的保通方案：同步摊铺的连续作业方式需要一个良好的施工环境，减少施工干擾，保证顺利实施。在施工过程中，合理的保通方案是十分关键的。对于高等级公路而言，可采用半幅实施的方式。对于普通国省道公路而言，该类公路路面宽度窄，平纵线形指标较差，难以做到半幅施工，故施工过程中应采用合理的保通方案，建议以路网保通或区间保通为主。施工前期，应通过媒体等发布通告，建议途经此段的车辆尽量考虑其他通过方案，并提供较详尽路线长度，路况及相关的信息。同时，应设置完善的安全警示标志牌，并配备值班人员，指挥交通。

3.2 就地冷再生机调试

就地冷再生机设备到场后，需对设备进行调试，确保再生设备保持一个最佳的工作状态。调试合格后，需进行试运行，确定铣刨速度、最佳含水量和再生料的最大干密度，有条件时，可对铣刨料进行性能验证。以该工程为例，考虑不同的铣刨速度，对铣刨料的级配有较大影响[5]。通常，泡沫沥青就地冷再生机铣刨速度为4～6 m/min，故分别以4 m/min和6 m/min铣刨速度进行级配验证，试验结果见表3～4、图2。

由表3、表4、图2可以看出，4 m/min铣刨速度下，再生料的级配更细，且合成级配能满足规范要求，而6 m/min再生速度，级配偏粗，细集料含量偏少，故推荐再生速度为4 m/min。同时，考虑W380CR就地冷再生机采取下切工艺，切削后的材料有着很好的均匀性与稳定性，该工程可不需要添加新材料。对合成集料级配进行击实试验后，最佳含水量为5.3%，最大干密度为2.209 g/cm3。

3.3 水泥洒布

水泥洒布建议采用专用水泥洒布车进行洒布，为保证水泥用量的准确，不建议人工洒布。施工前应进行洒布车车速和洒布量的标定。正式施工时，应使用经验丰富的司机，并按标定的速度和流量进行水泥洒布，严禁随意启停，并按计算的工作量确定每天的洒布长度。

3.4 冷再生机铣刨与拌和

施工过程中，冷再生混合料的铣刨与拌和均在泡沫沥青冷再生机内完成。冷再生机推动沥青车或水车前行的，与此同时添加泡沫沥青、水，并进行均匀拌和。冷再生机应以设备调试时确定的速度前进，保证级配波动范围不大，每天施工过程中，应对作业段进行级配检验，第二天的前进速度应以前一天的检测结果进行调整优化。施工过程中，应随时检查再生深度和用水量，若再生深度不合理或用水量不准确时，应及时分析原因，对就地冷再生机进行调试。

3.5 再生混合料摊铺

泡沫沥青冷再生混合料在再生机内拌和后，输送给后方的摊铺机，这就需要摊铺机与再生机协同作业。与热拌沥青混合料再生不同，冷再生施工前应在摊铺机料斗前方配备挡料板或安装额外的接料装置。摊铺机施工过程中应缓慢、均匀，连续不间断地摊铺，与泡沫沥青冷再生机协同作业，不得随意变换速度或中途停顿，当发现再生混合料出现明显的离析、裂缝、拖痕时，应分析原因，予以消除。

3.6 再生混合料碾压

泡沫沥青再生混合料用水量对施工和易性差，混合料的压实特性有较大影响，且再生混合料前期强度主要依靠水泥，故再生混合料碾压工艺与水泥稳定类材料相似。通常泡沫沥青就地冷再生需配备单钢轮压路机、双钢轮振动压路机和胶轮压路机，具体的碾压作业方式应结合再生层厚、压路机工作性能、现场条件等因素综合考虑确定。考虑该工程再生层厚仅为13 cm，故配备的碾压设备为20 t单钢轮压路机、13 t双钢轮振动压路机和30 t胶轮压路机。具体碾压工艺如下：

（1）初压：采用20 t单钢轮压路机压实一遍，前进方向为静压，后退采用弱振。

（2）复压：采用13 t双钢轮振动压路机弱振压实两遍。

（3）终压：采用30 t胶轮压路机压实八遍。

通过最终检测结果可知，该工程压实度均大于98%，这说明该压实工艺具有较好的压实效果，检测的15 ℃干劈裂强度均大于0.6 MPa，干湿劈裂强度比均大于80%。

3.7 养生

泡沫沥青就地冷再生在压实结束后应进入养生阶段。

通常养生时间不应少于48 h，不宜少于7 d。对于保通压力较大的路段，为尽早开放交通，养生时间达到48 h以后，可进行钻芯检测或含水量检测，若采用Φ150 mm钻头取出的芯样完整度较好或再生层含水量低于2%可开放交通[6]。

该工程在施工完第3 d后钻芯取样，芯样整体性较好，芯样密实，粗细集料分布均匀，见图3。经分析，可开展下一道工序。并对钻取的芯样进行干湿劈裂试验，干劈裂强度为0.644 MPa，大于要求的0.5 MPa，浸水劈裂强度为0.533 MPa，干湿劈裂强度比为82.8%，大于要求的80%。

4 结论

（1）该文结合泡沫沥青就地冷再生技术在普通国省道中的应用，对泡沫沥青就地冷再生技术配合比设计和施工工艺进行了探讨，系统总结了配合比设计方法和施工工艺。

（2）泡沫沥青就地冷再生技术在施工前，应做好原有公路线形、路面宽度和路况的分析，制定合理的施工方案。对于同步摊铺的连续作业方式，应加强保通措施。

（3）泡沫沥青就地冷再生设备调试合格后，应进行试运行，确定铣刨速度、最佳含水量和再生料的最大干密度，有条件时可进行性能验证。

参考文献

[1]韩海红. 泡沫沥青冷再生混合料的路用价值分析[J]. 建设机械技术与管理， 2019（3）： 62-64.

[2]时杰. 新泗路泡沫沥青就地冷再生应用检测与评价[J]. 交通世界， 2023（7）： 1-2.

[3]韩海红， 林岩松， 石红星. 基于同步摊铺的就地冷再生技术分析[J]. 建设机械技术与管理， 2022（5）： 49-51+57.

[4]尉北兰. 泡沫沥青发泡效果评级及混合料性能研究[J]. 内蒙古公路与运输， 2022（6）： 5-8+27.

[5]王辉， 王大明， 陈一凡， 等. 铣刨速度对泡沫沥青冷再生施工成本影响研究[J]. 公路工程， 2023（1）： 130-135.

[6]公路沥青路面再生技术规范： JTG/T 5521—2019[S]. 北京：中华人民共和国交通运输部， 2019.