乳化沥青冷再生技术在市政工程中的应用

摘　要：乳化沥青冷再生技术是市政工程公路养护中的一项有效措施，得到了广泛应用。本文从原材料选择、混合料设计、施工和使用情况等方面详细介绍了磐安县东西大道乡村公路乳化沥青冷再生技术工程。通过室内试验和施工证明，采用乳化沥青冷再生技术可有效地防止路面水渗和修复车辙等病害。

关键词：乳化沥青混合料；冷拌再生；配合比设计；施工工艺
一、前 言
　　我国城市建设沥青路面比例达90%以上。按沥青路面的设计使用寿命15 年~20 年计，20 世纪90 年代初修建的高速公路将陆续进入大、中修阶段。全国每年约有12%的沥青路面翻修，旧沥青混合料的总量将达到220 万吨。如果将这些旧沥青混合料全部废弃，不但危害环境，也是对宝贵资源的极大浪费。国外早就开始了沥青混合料再生利用的研究，美国、德国的回收旧料利用率很高，达到了50%~80%。因此，适合国情、实用的沥青混合料再生利用技术研究迫在眉睫。
　　就地冷再生工艺是20 世纪80 年代后期发展起来的一种较新的路面翻修工艺，就是将旧沥青路面经过翻松、回收、破碎、筛分后，与再生剂、新沥青材料、新集料合成能满足一定路用性能的混合料，并重新铺筑路面的一套技术和工艺。再生技术分为热拌再生和冷拌再生。冷拌再生又可分为就地冷拌再生和工厂冷拌再生。就地冷拌再生的一般工艺是：路面铣刨后，输送到拌和机，加入水、水泥（或石灰）、乳化沥青（或泡沫沥青）、新骨料就地拌和，然后摊铺、碾压成型，养生半个月后罩磨耗层。这种方法灵活、简便，而且可以全部利用旧沥青混合料，这些优点显示了冷再生工艺的良好发展前景，尤其在强调节约和可持续发展的今天，冷再生工艺的推广潜力巨大，特别是在县、乡道路改造，养护施工中将被广泛采用。随着冷再生工艺在国内的不断推广，施工工艺已日渐成熟。但由于其是新工艺，没有既定的规范，缺乏必要的理论指导及科学的设计方法，因此施工中的质量控制存在一定的问题。本文介绍了冷拌再生沥青混合料配合比设计的原则、方法、步骤及最佳配合比的验证。总结了铺筑的施工工艺及施工要点，为同行提供借鉴。
　　二 乳化沥青的配制
　　乳化沥青由沥青、水、乳化剂三部分组成。乳化剂所占比例很小，但直接决定乳化沥青的种类和性质。沥青是主要原料，也是最终的凝结料。水是沥青分散的介质，水的硬度和离子性对沥青的乳化有一定的影响。
　　异地厂拌再生沥青混合料用做柔性基层，施工时从拌和、运输到摊铺完成时间跨度一般不短于20分钟。因此，要求所选用的乳化沥青的破乳过程不少于30 分钟。乳化剂和沥青还存在配伍性的问题。
　　为了生产出适合冷拌再生的慢裂慢凝拌和性乳化沥青，用镇化某厂生产的阳离子乳化剂分别与韩国、淄博生产的AH-90 沥青进行试配试验，要求达到的技术指标如表1 所示。

　　表 1 乳化沥青需达到的技术指标
　　从试配的效果看，使用阳离子乳化剂与镇化生产的AH-90 沥青生产乳化沥青，能达到相应的技术要求，且成本较低。另外，为了提高再生沥青混合料的早期强度和稳定度，再生料中掺入1%～2%的水泥或者2%～4%灰粉，具体的掺量需通过室内试验确定。
　　三 再生沥青混合料的配合比设计方法、步骤
　　再生沥青混合料配合比设计的目的是通过调整旧料级配及添加新粘结料，恢复回收旧料的性能使之符合路面结构各种使用性能的要求。其基本思路仍是马歇尔试验确定最佳新添加粘结料用量，然后用车辙试验检验其高温稳定性、用低温弯曲或冻融劈裂试验检验其低温抗裂性能和水稳定性。
　　3.1 修正的马歇尔试验方法
　　对马歇尔试验方法进行修正，主要考虑两个因素：①乳化沥青的特性；②室内试验应能反映施工现场的实际情况，对现场施工具有指导意义。从混合料的制备、拌和、成型、养生几个方面进行修正。
　　混合料的制备：用最大孔径为26mm 的筛对旧料进行筛分，将大于26mm 的料压碎，该筛孔的通过百分率为100%。试件尺寸为直径101.6mm，高63.5mm。每个试件用料1150g，放入恒温至25℃±2℃的烘箱内1 小时。
　　拌和：加入适量的水，使试件的含水率到达 Wh(Wh≮3.5%),搅拌60 秒。加入60℃乳化沥青，加入适量的水泥，总搅拌时间约2 分钟。
　　成型：试件上、下两面击实次数为 50 次。
　　养生：成型后的试件放入恒温至60℃±2℃的烘箱内养护6 小时，在室温下冷却24h,将试件在室温（15℃～25℃，相对湿度50%～80%）养生至龄期（7 天或14 天）。
　　3.2 配合比设计步骤
　　影响再生沥青混合料性能的因素包括：旧料的残余性能；乳化沥青的性能、用量；稳定剂的数量；混合料的总用水量；养生时间和条件。当然也与施工环境，如拌和设备的性能、施工时的气候条件有关。
　　回收旧料和新骨料的级配合成：参照《公路沥青路面设计规范》中AC-20Ⅰ矿料级配的要求，按旧料∶
　　新料=80∶20 合成级配，合成级配曲线见图1。
　　确定乳化沥青品种和数量：如上所述，本研究选用阳离子乳化剂与镇化的AH-90 沥青生产乳化沥青。在做再生料配合比设计时，拟定的乳化沥青用量为1%～3%，最佳用量通过修正的马歇尔试验确定。确定稳定剂—水泥用量：水泥的用量关系到再生
　　沥青混合料的早期强度，对于底基层强度低或者原路面破损严重，检测的弯沉代表值超过300，对铺筑的柔性基层强度要求较高。一般马歇尔稳定度不宜小于16kN，7 天饱水无侧限抗压强度应高于2.4Mpa。水泥的用量范围一般在1%～3%，可通过试验来验证。
　　确定混合料的总用水量：混合料中的水影响乳化沥青分布的均匀性和破乳速度，同时也关系到混合料的施工和易性和碾压的密实度。一般控制在2.4%~3.5%，施工过程中的用水量比室内试验宜高出0.2%~0.4%。最佳用水量通过试验验证。
　　表 2 配合比设计试验参数
　　
　　确定养生时间（试验龄期）：乳化沥青冷拌再生旧沥青混合料，存在一个破乳的过程—沥青微珠从乳液中分离，聚集于集料表面，形成沥青薄膜。破乳过程的时间长短与乳化剂、集料、混合料的含水量和施工的气候有关。再生沥青混合料早期强度形成和破乳后水分的蒸发都需要一定的时间。因此，配合比试验龄期宜选择7d 和14d。
　　综合以上的设计要素，本次再生旧沥青混合料用做柔性基层配合比设计试验参数如表2 所示。
　　通过修正的马歇尔试验确定最佳配合比后，需做一些其它试验对配合比进行验证

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。验证试验包括a.7 天饱水无侧限抗压强度试验；b.车辙试验（常温25℃，高温50、60℃）；c.室内抗压回弹模量试验。
　　3.3 最佳配合比确定和试验验证
　　14 天马歇尔稳定度试验结果见表3。
　　
　　从表3 可以看出，乳化沥青用量为2.0%时，混合料的表干密度最大。稳定度和流值随着乳化沥青用量的增加而增加。综合考虑上述 3 个指标，乳化沥青用量选择2.0%比较适宜。由此，可确定再生沥青混合料的最佳配合比：乳化沥青∶水泥∶（旧料+新骨料）=3.0∶2.0∶95，其中，旧沥青混合料：新骨料=80∶20
　　3.4 项验证试验的结果见表4。
　　从表4 可以看出，7 天饱水无侧限抗压试验说明，试件饱水后吸水量较小，试压破坏变形量较大，说明再生混合料水稳定性好，变形能力强，抗压强度达到 2.4MPa。车辙试验说明了再生料抵抗车辙变形能力较强。60℃达到6340 次/mm，完全能满足二级甚至更高等级公路基层的强度要求。抗压回弹模量只是略低于半刚性基层
　　四 试验段的施工工艺和质量检测跟踪
　　磐安县东西大道乡村公路，由于长期有超载车辆通过，路面损坏严重，存在大面积的网裂和坑槽，路表弯沉代表值达到300 以上。修复方案拟订为底基层：20cm 水泥稳定土＋基层：15cm 水泥稳定碎石＋面层：5cm沥青碎石（AM-12、AM-16）。施工前，铺筑200m 试验路段，用15cm 冷拌再生旧沥青混合料代替水泥稳定碎石做为柔性基层，与半刚性基层对比，以甄选修复方案。
　　为了保证异地冷拌再生沥青混合料柔性基层的施工质量，主要的施工工艺如下：
　　（1）旧沥青混合料必需进行筛分处理。拌和用施工时控制在2.5%～3.0%之间。
　　（2）对于沥青再生搅半设备，衡量其优劣的最重要标准是对新骨料、旧料、水泥和乳化沥青的计量准确性。以保证级配和油石比符合设计要求。本次施工设备采用间歇式强制搅拌机，从加入乳液开始拌和时间不超过30s。可从现有的沥青或者水泥混凝土搅拌机改装而成。
　　（3）再生旧沥青混合料可在潮湿的旧路面上采用摊铺机摊铺，摊铺时必须缓慢、均匀、连续，中途不得随意变换速度和停顿。
　　（4）碾压检测合格后及时覆盖草帘洒水养生，养生期内封闭一切交通，杜绝一切非洒水车进入养生期不少于7d，要使冷再生基层表面始终保持湿润，做到每天及时洒水，个别草帘裸露有专人及时覆盖，确保再生层不因裸露暴晒产生微裂纹。
　　（5）纵向接缝衔接处采用搭接，既要保证接缝处的平整度，又要保证压实度。
　　（6）施工时碾压压实度应保证在100%以上。
　　铺筑完成后，现场对压实度和含水量进行了检测，对现场再生混合料取样进行了马歇尔、车辙、弯曲试验，检测结果可以看出，现场基层压实度、含水量控制较好，达到了相应施工规范的规定。工厂冷拌再生的沥青混合料路用性能完全能满足二级公路基层要求。
　　经过当年冬天的雨雪冬融考验，在次年春天观察路面状况。柔性基层试验段路面出现裂缝的面积不足5m2，半刚性基层路段出现大量裂缝，局部网裂、坑槽。通车一年后，管理部门对半刚性基层路段进行了罩面处理，试验路段整体状况完好，病害基本没有发展。
　　五、结 论
　　旧沥青混合料冷拌再生用做柔性基层具有非常显著的经济效益，据初步估算再生基层每平方米比半刚性基层节约30 元左右。冷再生基层充分利用了旧路面材料，可节约能源和资源，有利于环境保护，更具有显著的社会效益。进一步加强这方面的研究，对于我国公路的建设发展具有重要意义。
　　参考文献：
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　　[2] 杨修志. 旧路面材料冷拌再生基层施工工艺与质量控制[J]. 公路交通技术,2004, (1).
　　[3] 杨宇亮. 回收旧沥青混合料冷拌再生技术的研究[J]. 公路交通科技，2002,

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