瀝青冷再生技術存在的問題（泡沫瀝青冷再生的配比設計與施工關鍵技術研究）

2023-10-06 20:32:51

摘 要

隨著我國交通事業的發展，大規模公路基礎設施的建設，早期建設的瀝青路面高等級公路，逐步進入大修階段。據交通部門統計，我國每年高等級路面維修產生的瀝青路面銑刨料廢料(RAP)大約1.6億噸，充分利用舊瀝青路面料是公路瀝青路面可持續發展的技術瓶頸。泡沫瀝青冷再生技術是在常溫條件下，在舊瀝青路面銑刨料(RAP)中參加瀝青再生劑，把老化瀝青重新激活，高效利用舊瀝青路面銑刨料(RAP)的骨料和老化瀝青，節約資源，減少有害氣體排放，具有顯著的社會經濟效益和節能環保示範效應。以天津外環高速公路為依託，介紹了泡沫瀝青冷再生的配合比設計，闡述了瀝青路面冷再生關鍵技術與質量控制，為類似工程施工提供了技術借鑑技術。

關鍵詞

泡沫瀝青 | 冷再生 | 配比設計 | 工藝技術

工程概況

天津外環線是天津過境公路的重要樞紐，也是天津市區的便捷通道。全長71.34km，於1987年10月1日建成通車。天津外環線北至引河橋，南至郭黃莊，東至張貴莊，西至姜井村，距離市區中心地帶約10km。天津外環線連接7條高速公路和16條普通幹線公路。環線路基設計寬度50m，路面寬度36m，雙向8車道，行車設計速度80km/h。隨著城市建設的迅速發展，外環線的指標意義越來越明顯，對天津市的經濟發展起到了至關重要的作用。通車20多年來，瀝青混凝土路面自然老化，出現裂縫、裂塊、鬆散、車轍，路用性能衰減。2016年，對全線路面進行大修，分內外圈單項通行，路面大修翻新重置方案分5種:①單面層挖補。②雙面層挖補。③全部面層挖補。④一步基層挖補。⑤兩步基層挖補。銑刨舊路56cm，依次鋪築2×18cm石灰粉煤灰碎石(8∶12∶80) 12cm泡沫冷再生混合料 8cm中粒式瀝青混凝土(AC-20)。K54 000-K61 170.353作為先導段先期開工，對泡沫瀝青冷再生開展了系統的科學與技術研究，並通過實體工程檢驗泡沫瀝青冷再生配比設計、施工工藝與質量控制。

泡沫瀝青冷再生的配合比設計

對泡沫瀝青冷再生混合料目標配合比進行設計，混合料由70#瀝青、舊瀝青路面銑刨料(RAP)、石屑(0~5m)及42.5#水泥等組成。

瀝青

瀝青為中海油70號A級道路石油瀝青。對瀝青按照《公路瀝青路面施工技術規範》(JTGF40-2004)的要求進行了抽樣試驗，試驗檢測結果如表1。試驗結果表明，瀝青檢測指標均符合相應規範規定的技術標準要求。

銑刨料

銑刨料為原路面瀝青面層(RAP)銑刨回收材料，並對回收料材料進行了分級處理，分級規格為4.75m~31.5m和0mm~4.75mm。將回收的銑刨料(RAP)按照《公路工程集料試驗規程》(JTGE42-2005)的規定進行了級配篩分試驗，試驗檢測結果如表2。試驗檢測結果表明，銑刨料(RAP)的砂當量滿足規範規定的技術要求。

石屑

外摻料石屑(0~5mm)按照《公路工程集料試驗規程》(JTGE42-2005)的規定進行了規範要求項目的試驗檢測，試驗檢測結果如表3。試驗檢測的結果表明，混合料所用的石屑各項技術指標均符合規範技術要求。

水泥

外摻料水泥採用了天津當地產的42.5#普通矽酸鹽水泥，按照《通用矽酸鹽水泥》(GB175-2007)的要求，對水泥進行了試驗檢測，試驗檢測結果如表4。試驗試驗結果表明，水泥符合規範技術要求。

泡沫瀝青混合料配合比設計

本工程泡沫青冷再生混合料目標配合比設計採用馬歌東擊實法成型試件，並進行相關性能的檢測。

(1)泡沫瀝青發泡試驗

根據《公路青路面再生技術範》(JTGF11-2008)的相關要求，對瀝青進行了不同溫度和不同用水量的發泡試驗，以選擇泡沫瀝青的最佳發泡溫度和發泡用水量。瀝青溫度在150℃、160℃和170℃條件下，瀝青發泡的用水量在2~3%時，泡沫瀝青的發泡都能達到良好的效果。在三種泡沫瀝青發泡溫度中，160℃時發泡效果最佳。泡沫瀝青發泡試驗結果如表5。

泡沫瀝青發泡試驗結果表明，發泡性能滿足規範的技術要求，由泡沫瀝青發泡試驗所確定泡沫瀝青最佳發泡溫度160℃±2℃，最佳發泡用水量2.5%。

(2)泡沫青冷再生混合料礦料級配

根據泡沫青冷再生混合料設計級配範圍要求，並結合以往的工程經驗，採用試配法確定泡沫青冷再生混合料級配組成。

泡沫青冷再生混合料級配組成為:RAP(4.75m~31.5mn):RAP(0~4.75mm):石屑(0~5mm)=37%:37%:26%。

(3)最大幹密與最佳含水率

按照《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》(JTG E51-2009之T0842)振動壓實法對泡沫青冷再生混合料進行試驗，以確定其最大幹密度和最佳含水率。外摻劑水泥的劑量為1.5%，泡沫瀝青摻用量為3.0%。振動壓實法試驗結果為最大標準幹密度2.276g/cm³，最佳的含水率為4.6%。

(4)確定混合料最佳的泡沫瀝青使用量

採用馬歇爾方法進行最佳的泡沫瀝青使用量試驗，分別選用1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%的泡沫瀝青，外摻劑水泥的劑量為1.5%，按照《公路瀝青路面再生技術規範》(JTG F41-2008)中規定，馬歇爾法成型試件，並經標準養生4d，進行15℃幹、溼劈裂強度試驗檢測，試驗檢測結果如表6。

據試驗檢測結果，並結合以往的工程經驗，綜合確定最佳泡沫瀝青用量為2.7%，同時為便於實際施工控制，給出最佳泡沫瀝青用量範圍為2.7%±0.1%。

(5)泡沫瀝青混合料的性能檢驗

為檢驗泡沫瀝青混合料水穩定性，按最佳的泡沫瀝青用量用馬歇爾法成型試件，按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTGE20-2011)規定的凍融劈裂試驗方法，進行凍融劈裂強度測試。測試結果為非凍融試件劈裂強度為0.61Pa，凍融的試件劈裂強度為0.46Pa，凍融劈裂強度比75.4%。凍融劈裂試驗試驗結果表明，泡沫瀝青冷再生混合料在最佳泡沫瀝青用量下，水穩定性滿足規範的技術要求。

(6)泡沫瀝青冷再生混合料目標配合比設計結論

本工程泡沫瀝青冷再生混合料目標配合比設計結果如表7。

泡沫瀝青冷再生的施工關鍵技術

泡沫瀝青冷再生的施工關鍵技術是控制好混合料級配、水泥用量、拌和均勻程度和碾壓的壓實度等。

泡沫瀝青冷再生混合料的的拌合

利用維特根KMA220廠拌泡沫瀝青冷再生設備進行再生混合料的拌和。按配合比設定的比例上料各組成材料。在RAP入口安裝濾篩篩除超粒徑顆粒。瀝青罐和水罐與KMA220相接，瀝青發泡過程中應使瀝青加熱溫度符合規範技術要求。泡沫瀝青混合料的拌合要使含水量和級配、瀝青分布均勻。

為充分發揮機械外力擠壓揉搓作用，通過專門設計的廢舊瀝青混合料活化再生裝備，在液壓馬達的驅動下，轉子體上襯板及下村板的表面為右螺旋式排料槽，轉子體上襯板採用寬式螺旋排料槽，下襯板採用窄式螺旋排料槽，定錐上襯板和下村板表面均布有左螺旋排料槽，這就使得在轉子轉動時，定子錐體與轉子體形成了相對動。在其相互作用下產生相互剪切、摩擦，搓動，加劇了廢舊瀝青混合料之間的相互擠壓、揉搓和磨剝，同時使得較大的廢舊瀝青混合料團塊破碎並實現廢舊瀝青混合料與活化再生材料的均勻混合。確保活化再生後的混合料與粘結料、新集料、添加劑等能達到充分均勻的混容，最終滿足路用性能要求的冷態循環瀝青混合料。

泡沫瀝青冷再生混合料的碾壓

泡沫瀝青冷再生混合料集料之間的潤滑不是靠瀝青，主要靠添加水分來實現，因而混合料攤鋪、碾壓過程的和易性較差，要求更大的壓實功。碾壓需配備足夠多的大噸位的壓路機，並不按常規初壓、復壓、終壓步驟碾壓。

①初壓採用大噸位單鋼輪壓路機，初壓速度為1.5~3km/h，先靜後振，用低頻高幅強振，壓實2遍，每次錯1/3輪;

②採用雙鋼輪振動壓路機，低頻高幅低速，開啟灑水功能，復壓速度為2~4km/h，壓實2遍，每次錯

1/3輪;

③採用雙鋼輪振動壓路機，高頻低幅低速，開啟灑水功能，復壓速度為2~4km/h，壓實2遍，每次錯

1/3輪;

④膠輪壓路機進行穩壓，根據不同材料實際情況確定是否灑水，終壓速度宜為2~4km/h，壓實2遍;

⑤在碾壓過程中要防止出現欠振和過振現象，並根據實際工況及時合理調整碾壓遍數;碾壓時遵循施工操作規程，由外到內，從低到高順序碾壓，禁止壓路機急剎車或調頭。

⑥泡沫瀝青冷再生混合料碾壓完成且檢測合格後，應進行養生，養生時間不少於7d。

泡沫瀝青冷再生質量控制

泡沫瀝青冷再生施工的現場質量控制如表8。

結語

通過天津外高速公路先導段泡沫瀝青冷再生施工關鍵技術研究表明，具有以下特點:

(1)本工程選用基質瀝青的最佳發泡效果為:膨脹率20倍，半衰期16s，相應的最佳發泡條件為:溫度160℃±2℃，發泡用水量為2.5%。

(2)泡沫瀝青膨脹率和半衰期是對立的統一，膨脹率高，隨拌著半衰期低;而半衰期高，則隨拌著膨脹率低。

(3)在泡沫瀝青混合料的配合比設計中，需要對用水量和最佳的泡沫瀝青用量進行優化。

(4)泡沫瀝青混合料的空隙率大，對水分非常敏感，因此混合料對抗水損害的能力較差。

(5)泡沫瀝青廠拌冷再生混合料的拌和採用連續式拌和設備，連續式拌和設備具備水泥和外加水的添加系統。

(6)泡沫瀝青冷再生混合料宜隨拌隨用，儲存時間不宜超過6h。

(7)集料之間的潤滑不是靠瀝青，主要靠添加水分來實現，因而混合料攤鋪、碾壓過程的和易性較差，要求更大的壓實功。

(8)對原有舊瀝青路面銑刨廢料的回收利用，節約資源，降低成本，經濟和社會效益和節能環保示範效益顯著。