基于攀西地区气候路面加铺中泡沫沥青冷再生混合料的应用研究

基于攀西地区气候路面加铺中泡沫沥青冷再生混合料的应用研究

李强 严佳林

四川公路工程咨询监理有限公司，四川省成都市，610011

摘要：以G353线某大修工程实例为依托，基于攀西地区气候特点，对该大修工程路面加铺中泡沫沥青再生混合料的应用展开分析论述。研究结果表明，在大修工程路面加铺施工过程中，应用泡沫沥青再生混合料时，沥青发泡时间、温度、配合比设计是否合理，是确保加铺路面力学性能和路用性能的关键。同时，还应了解并掌握泡沫沥青冷再生混合料技术要点。重点对混合料的制备、摊铺、碾压等环节严格控制，以此来确保加铺路面的质量达标，延长路面使用寿命，实现绿色高效养护。

关键词：泡沫沥青冷再生；合理配合比；施工工艺；使用寿命

1工程概况

G353线起于福建省宁德市，止于云南省福贡县，本大修工程位于凉山州境内K3121+000～K3127+000，路线全长6.0km，按照二级路标准建设，全线采用双向两车道，路基宽8.5m，路面宽度7.0m，路面为水泥混凝土路面。该公路于2016年12月竣工通车，自建成以来，由于较长时间的使用，车流量不断增大，重载车辆较多，路面已出现不同程度的病害，主要表现为：路面纵、横向裂缝、龟裂、块状裂缝、沉陷、车辙等病害，已经影响行车舒适性，急需修复。

2路面加铺施工中泡沫沥青冷再生混合料的应用

2.1泡沫沥青沥青混合料配合比

2.1.1原材料

（1）旧路面沥青混合料

针对原路面的面层进行再生处理，分别对原路面面层现场铣刨取得有代表性的样品，送至室内风干后进行筛分试验(干筛)。

（2）沥青

沥青选用的是70号石油沥青，检测指标如下：针入度63mm，软化点47.5℃，延度大于100mm,闪点为284℃，溶解度99.46%，其检测结果均符合JTG F40-2004标准的技术要求。

（3）集料

粗集料应以表面粗糙、洁净、干燥的玄武岩作为首选；细集料除表面洁净、干燥外，还应无风化、无杂质并有适当的颗粒级配，质量与《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2019）的规定要求相符。

（4）填料

应选用洁净、干燥的矿粉，不得使用拌和机回收的粉料作为填料。需要注意的是，储藏矿粉时，要做好防潮措施，避免受潮影响混合料的性能。矿粉相关指标的检测结果如下：表观密度为2.698t/m3，含水量为0.12%，亲水系数为0.6，上述指标与规范要求相符，矿粉的质量合格。

（5）水泥

该工程拟采用 P 0 42.5水泥，初凝时间应在3h以上，终凝时间宜在6h以上。依据再生技术规范，水泥掺量为1.5%。

（6）水

施工现场的拌和用水、沥青发泡用水不得含有害的可溶性盐类、能引起化学反应的物质和其它污染物，应尽可能地使用饮用水。

2.1.2泡沫沥青冷再生混合料配合比设计

（1）泡沫沥青发泡试验

采用茂名70＃沥青进行发泡试验。利用德国维特根公司的WLB10试验发泡机对该沥青在150℃下发泡，发泡用水量分别取1.5%、2.0%、2.5%和3.0%(相对于沥青的质量分数)，从而寻求该沥青最佳发泡用水量。发泡试验结果如图1所示。

图1茂名70＃沥青 150℃发泡试验结果

根据图1所示，随着用水量增加，膨胀率逐渐增加，半衰期逐渐减少，发泡用水量为2.5％时，泡沫沥青膨胀率和半衰期均较为优异且满足规范要求。因此，由沥青发泡特性试验可最终确定茂名70＃沥青的最佳发泡条件为：发泡温度：150℃；发泡用水量：2.5％。

（2）合成级配设计

由于旧路面各项指标均有所降低，面层铣刨旧料(RAP)级配不满足泡沫沥青冷再生混合料级配要求，为了提高泡沫沥青混合料的初期强度，需要加入一定新的活性填料，用于泡沫沥青冷再生混合料的合成级配范围，应满足《公路沥青路面再生技术规范》(JTG/T 5521-2019)规定的泡沫(乳化)沥青冷再生混合料设计级配。

根据面层铣刨旧料(RAP)、新添加集料等筛分结果进行矿料级配设计，合成级配曲线图见图2。

图2泡沫沥青冷再生混合料合成级配曲线图

（3）最佳含水量与最大干密度

将风干的旧沥青路面铣刨料和掺入1.5%水泥进行混合，按照JTG E51-2009（T0804-1994)中重锤击实试验方法，对合成集料进行击实试验，确定最佳含水量和最大干密度分别为5.1%和2.031g/cm3，试验结果见图3。

图3合成级配振动击实试验曲线图

（4)最佳泡沫沥青用量

按合成级配中旧沥青路面铣刨料和水泥的掺加比例，将各部分混合拌匀，再根据重型击实试验确定的拌和用水量，加入到混合料中进行拌和。合成级配采用4种泡沫沥青用量：1.5% 、2.0％、2.5％、3.0％，分别与混合料进行拌和。拌和好的混合料以马歇尔法双面各击实75次成型试件，放入60℃通风烘箱养生40h，试件从烘箱中取出后直接侧放冷却12h后脱模。

脱模后的马歇尔试件分为干湿两组，一组完全浸泡于25℃水浴中22h后再在15℃恒温水浴中完全浸泡2h，然后取出试件进行间接拉伸试验(ITSs)，得到15℃试件的湿劈裂强度；另一组套袋后在15℃恒温水浴中完全浸泡2h进行间接拉伸试验(ITSg)得到试件的干劈裂强度，由两组试件试验结果可得到干湿劈裂强度比(TSR)。根据各沥青用量下的干、湿劈裂强度以及干湿劈裂强度比综合确定最佳泡沫沥青用量。

合成级配在不同泡沫沥青用量下的劈裂强度试验变化曲线图见图4~6。

图4不同泡沫沥青用量下合成级配干劈裂强图5不同泡沫沥青用量下合成级配湿劈裂强度

图6不同泡沫沥青用量下合成级配残留劈裂强度比

由表8和图4～图6的试验结果以及再生技术规范可知，设计的再生混合料在1.5％~3.0％的泡沫沥青用量下均可满足技术标准的要求，且2.5％泡沫沥青用量下混合料的干、湿劈裂强度均最高。因此，设计的合成级配最佳泡沫沥青用量为2.5％。考虑到实际施工中存在的各种变异性因素，泡沫沥青用量可在室内确定的最佳沥青用量的基础上浮动0.1~0.2％。

2.2施工前期准备

（1）泡沫沥青稳定再生结构层施工期的日最低气温应在10℃以上。

（2）施工前应按要求选定试验段。

（3）根据经验和所用再生机械的特点，制定3~5种不同的再生机行进速度和转子速度的组合方案，按设计的再生深度对旧路进行铣刨，取铣刨后具有代表性的材料送往试验室进行筛分，选择级配最接近理想级配的方案作为施工时再生机行进速度和转子速度的方案。

（4）按试验段确定的再生机行进速度和转子速度，根据再生深度对旧路铣刨，取铣刨后具有代表性的材料样品送往试验室进行室内配合比设计。

（5）按照室内试验结果，在旧路上摊铺新加料或/和填料，但不添加稳定剂，进行铣刨，取铣刨后具有代表性的材料样品送往试验室进行筛分，如果筛分后的级配与室内设计级配超过工地允许波动范围，应调整再生机速度和转子速度，使铣刨后的级配与室内设计级配相比波动在允许范围内。

（6）根据稳定剂类型，采用1~3种压实方案进行施工（包括压路机吨位、碾压顺序、遍数等），以确定最为合理的碾压方案。

（7）取再生机后经铣刨、拌和的混合料，送往试验室，对以泡沫沥青作为稳定剂的冷再生，测定再生混合料的含水量、最大干密度，并成型试件，测定其干湿劈裂强度。

（8）对试验段的弯沉、压实度、平整度、厚度、宽度等指标进行检测。

（9）根据试验段的结果最终确定再生混合料的级配、施工时采用的再生机行进速度、转子速度及再生结构压实工艺。

2.3泡沫沥青就地冷再生施工

图7  就地冷再生的工艺流程

（1）就地冷再生的工艺流程

1）开始准备原路面时，完全封闭交通，禁止一切车辆通行。

2）整个施工及养护过程中，对再生路段要完全封闭交通。

3）未进行再生路段应设置警示牌，提醒司机及行人。

4）准备原道路

5）清除原道路表面（包括不需要再生的相临行车道和路肩）的石块、垃圾、杂草等杂物。

6）清除积水。

（2）对原道路进行预整形

1）原道路的横坡（包括超高或路拱）、纵坡线进行调整，使原来局部隆起或凹陷之类的不平整变的平滑，达到设计要求。

2）深坑或车辙也可归为凹凸不平。

3）超过再生层厚度的大的沉降或坡度变化，必须在再生前单独处理。

4）在再生路段两侧路肩上每隔一定距离（可为10～30m）交错开挖泄水沟（或做盲沟）。

（4）准备新加料

1）外加新料的厚度必须小于再生厚度。

2）计算材料用量：

①根据原道路再生深度内的平均密度，计算每平米新料的添加量。②根据每车料的质量或体积，计算每车料的堆放距离。③新加料装车时，应控制每车料的数量基本相等。铺水泥，应根据水泥剂量，计算每一平方米水泥稳定层需要的水泥用量，并确定水泥摆放的纵横间距。④在同一料场供料的路段内，由远到近将料按上述计算距离卸置于原路面的中间。卸料距离应严格掌握，避免有的路段料不够或过多。⑤将新加料均匀地摊铺在旧路面上，按每1000m2为一均匀段，检查新加料质量是否均匀。

（5）水泥撒布

（6）冷再生机作业

1）冷再生机推动沥青车、稀浆车或水车在原路面上行进。

2）冷再生机行进速度应根据路面损坏状况和再生深度进行调整，一般为4m/min～5m/min，使得铣刨后料的级配波动范围不大。网裂严重地段应采用较慢速度。

3）应定期核查再生深度是否正确，如再生深度超过设计深度±1cm，应查明原因后再继续施工。

4）再生机后应有专人跟随，随时检查再生深度和 含水量，并配合再生机操作员进行调整。

5）施工中再生深度的检查以相邻已经再生或原路面为标准，应在再生机每次下刀的两侧进行检查，其他路段30~50m检查一次。

6）应在作业面边缘固定导向线以帮助操作者。

7）若进行多刀施工时，应时刻注意保证搭接宽度至少 10cm。

8）再生机后宜安排4～5人处理边线以及每刀起始位置的余料，以防止影响纵向接缝、横向接缝、平整度和再生材料的密实性。

9）在施工过程中，对混合料的级配、再生深度、水的喷入量有任何疑问时，应停止施工，等问题解决后再继续施工。

10）每次再生的长度以保证后续作业能正常进行为宜，应认真组织施工。

（7）摊铺

1）再生好的混合料由再生机机载输料带输送到紧跟后方的摊铺机中，摊铺机料斗要匹配再生机的出料速度，并要设置前挡板或安装超大料斗。

2）摊铺机速度应匹配再生机速度。应保证连续、均匀、不间断的摊铺，并使混合料在布料槽中的高度保持在中轴以上。

3）泡沫沥青再生层松铺系数一般为1.4~1.45。

4）局部离析现象应设专人及时处理。

5）再生机后应有专人进行质量控制，随时检查摊铺厚度和含水量，并配合再生机操作员进行调整。

（8）碾压

1）根据路宽、压路机的轮宽和轮距的不同，制订碾压方案，应使各部分碾压到的次数尽量相同，路面的两侧应多压2-3遍。

2）在再生机后应配备一台单钢轮振动压路机进行初压。初压时先让压路机紧跟再生机后面进行一遍静压，静压后采用强振（高幅低频）进行压实，压实遍数应足以保证再生层底部2/3厚度范围内的压实度达到规定要求。每次碾压从施工段起点开始，至再生机边缘止，碾压宽度应超过该幅再生宽度。压路机的工作速度不得超过3km/h。

3）在用大吨位单钢轮压路机进行初压时如果出现粘轮现象，可以先让胶轮压路机预先洒水进行预压然后再进行初压。

4）初压结束后，用双钢轮振动压路机以弱振（低幅高频）进行复压。直线和不设超高的平曲线段，由路肩向路中心碾时，应重叠1/2 轮宽，压完路面全宽时即为一遍。一般需碾压4~6遍。压路机的碾压速度，头两遍以采用1.5~1.7km/h为宜。

5）最后用胶轮压路机进行终压，不低于8遍。必要时可洒水碾压。

6）严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段上调头或急刹车，应保证再生层表面不受破坏。

7）碾压过程中，再生层的表面应始终保持湿润，如水分蒸发过快，应及时补撒少量的水，但严禁大量洒水碾压。

（9）接缝的处理

1）纵向接缝的处理

①纵向接缝处应保持湿润，以便于材料之间的结合；

②纵向接缝的位置应尽量避开慢行、重型车辆的轮迹位置。

2）横向接缝的处理

①施工中应尽量减少停机现象；

②应严格检查机械，特别水管排气，气体必须在液体到达喷洒杆前排除；

③注意检查水泥稀浆或水的喷入量，避免在横向的过量或不足；

④在停机处，再生机再次施工时，必须将整个再生机后退至再生过的材料1.5m的距离；

（10）养生

1）每一段碾压完成并经压实度检查合格后，应立即开始养生，养生期间不需要洒水。

2）在养生期间的泡沫沥青稳定再生层上，不可以开放重型交通。

3）泡沫沥青冷再生沥青混合料基层铺筑完成后，使混合料中的水分进一步蒸发。在养生过程中应及时检测路面中的含水量，当再生基层含水量≤2% 时，可铺筑上面的结构层，或者养生期间再生层可以取出完整的芯样也可以铺筑上面的结构层。

（11）施工质量管理

使用泡沫沥青作为再生结合料的就地再生，施工过程的质量控制项目、频度和质量标准如下：外观表面平整密实，无浮石、弹簧现象，无明显压路机痕迹，压实度≥99%，设计发泡温度±8℃，平整度标准差≤3.0mm。

3结语

泡沫沥青就地冷再生混合料改善旧水泥混凝土路面性能是提高加铺路面性能有效途径之一，通过泡沫沥青冷就地再生技术对原路面进行再生利用，并在施工中设计出适应攀西地区气候的最佳发泡时间、发泡温度、合理配合比，提高水泥的时效性及混合料的强度与拌和的均匀度和稳定性，确保混合料的性能满足施工需要，同时集中发挥智能化设备优势，缩短工期、减少运输，实现绿色高效的路面养护。

参考文献

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