乳化沥青冷再生技术研究与应用

2012-11-06原永强

山西建筑 2012年33期

原永强

(太原市市政公共设施管理处，山西太原 030009)

0 引言

我国很多公路、市政道路路面结构都是半刚性基层的薄层沥青路面，这在二级公路中最为普遍。在进行路面维修时，若将薄层沥青层加以回收则意义不大，在这种情况下将薄层沥青面层连同下面的基层一起加以翻挖后，加入部分新的混合骨料和稳定剂，在自然环境下利用冷再生拌和设备对旧沥青路面进行再生，形成满足路面强度等指标要求的新型柔性路面基层。可广泛应用于旧路改造升级、高速公路大修工程，大幅度提高城市道路的整体质量，充分发挥城市市政道路建设投资的效益。本文就乳化沥青冷再生技术的研究及应用进行阐述。

1 乳化沥青冷再生技术

1)再生原理、优势。乳化沥青具有不易燃烧、无毒、无臭、生产工艺简单、便于冷施工、原料价廉易得等特点。另外乳化沥青中沥青微粒带有电荷，与带有相反电荷的骨料微粒能牢固吸附并能均匀地分布。乳化沥青在常温下呈液态，矿料不需反复加热和持续加温，既节省了燃料，也有效地防止了沥青的高温老化，改善了施工条件，减少了环境污染。

2)与泡沫沥青再生对比情况见表1。

表1 乳化沥青冷再生与泡沫沥青再生对比情况表

2 乳化沥青的应用研究

乳化沥青冷再生技术的核心问题是如何生产满足路用要求的冷再生乳化沥青，本文将从试验分析的角度探讨冷再生乳化沥青的制备，乳化剂的选择及用量的确定。

2.1 原材料

2.1.1 基质沥青

基质沥青是乳化沥青的主要原料，也是冷再生混合料的最终胶结料。生产冷再生乳化沥青用的基质沥青除了满足路用要求外，还必须满足乳化要求，因此在选择基质沥青时，最好是选择稠度较低且含蜡量较低的沥青。本次冷再生选用韩国SK70A沥青，具体指标见表2。

表2 基质沥青指标

2.1.2 乳化剂

乳化剂的选取依据和方法:冷再生乳化沥青乳化剂选取的重要原则有两个:

1)冷再生混合料的强度上升要先慢后快，先期慢是要保证摊铺时碾压密实，后期快是要保证下道工序能尽快进行;2)破乳速度要满足施工要求，即冷再生混合料从拌和厂运出到施工现场摊铺不能破乳，同时要求经施工作业后混合料强度在最短的时间达到设计或使用要求。因此，综合以上因素，破乳时间应当控制在4 h以上，以5 h为上界。

在长期的实践过程中发现单一的乳化剂，乳化效果并不是太好。因而乳化时要添加其他物质来协同乳化剂发挥应有的效应。乳化剂在乳化沥青中占的比例很小，但其对乳化沥青的生产、储存及混合料的施工性能都有很大的影响。为了满足冷再生混合料拌和、运输及摊铺的要求，同时满足摊铺结束后尽早获得冷再生混合料强度的要求，在调配冷再生乳化沥青前需要确定乳化剂的配比，表3，表4是配比试验结果。

表3 乳化剂试验比例

表4 各配方乳化沥青指标检测

根据JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范的规定，试验结果符合要求。接下来进行冷再生混合料的马歇尔试验，将乳化沥青与铣刨料(合适的级配要求)及稳定剂拌和得到冷再生混合料，放到塑料桶中密封。4 h后观察冷再生混合料的颜色，颜色仍呈褐色说明乳化沥青并未破乳;密封5 h后颜色已经变成黑色，表明破乳。以上的结果符合我们对冷再生用乳化沥青破乳时间控制的要求。再使用这些混合料进行马歇尔试验(要说明的是冷再生的集料级配及材料组成已事先作过设计，具体比例见表5)，检验不同配比下强度形成的时间快慢。

表5 试验室冷再生混合料组成百分比

所作试件脱模后在室内放置，分别在6 h，12 h，24 h，48 h，120 h，168 h的龄期下进行稳定度试验，试验结果见表6，图1。

表6 各配方冷再生沥青混合料龄期与稳定度对应表

图1 各配方乳化沥青冷再生混合料稳定度曲线

分析图1可见LA的前后期强度增速均比较慢;LC的前期强度上升速率较快，后期强度增速较慢;LB的前期强度上升速率较慢，而后期强度增速较快。从施工及尽快开放交通两大要素考虑，我们希望设计混合料的前期强度及增速较慢，以给其他工序更多时间;后期强度增速要快，以便混合料尽快开放交通。由此，LB的配比最符合要求，宜选用LB作为乳化剂比例。

2.2 离子类型

由于旧路面铣刨材料呈碱性，选择阳离子乳化沥青，为了保证对基质沥青的乳化效果，通常要将乳化剂水溶液pH值控制在1.6 ～1.8。

2.3 材料性质

乳化沥青中沥青固含量62%，乳化时基质沥青温度加热为140℃，皂液(乳化剂水溶液)pH 值1.6～1.8，皂液温度为40℃，冷再生乳化沥青出口温度60℃～80℃。

3 乳化沥青冷再生混合料的配合比设计

本文以京沪高速公路冷再生段为例，采用GTM旋转压实试验进行配比设计。

3.1 旧沥青混合料的抽提筛分

采用离心分离法对旧沥青混合料进行抽提试验，并且对沥青混合料抽提后的回收矿料进行筛分试验，这样就能得到旧集料的级配组成。抽提后沥青混合料中的细料含量有所增多，进一步说明，旧沥青抽提前混合料中的细料被沥青和大块团粒所裹覆。使用多年后，经试验分析该路面仍然含有较多的沥青结合料。在项目中冷再生混合料为上基层，经过分析决定将其级配调整为粗粒式，表7为JTG F41-2008公路沥青路面再生技术规范中规定的乳化沥青冷再生混合料工程设计级配范围。

表7 乳化沥青冷再生混合料工程设计级配范围

由表7可知，旧沥青混合料筛分曲线基本落在规范规定基层级配范围之外，因此如使用原路面的旧沥青混合料就需要通过配合比设计对其进行掺配。同时原样旧料中的粗料偏少，由筛分曲线可知，抽提沥青后的细料含量已超出规范规定级配范围，说明沥青路面经过车辆荷载的长期作用以及冷再生机械的铣刨之后，矿质集料已经被破碎细化。

3.2 新骨料

旧沥青混合料的骨架已经遭到破坏，为了更好地提高冷再生混合料的性能，需要掺加新的骨料进行调整。

3.3 乳化沥青冷再生混合料的矿料级配

参照JTG F41-2008公路沥青路面冷再生技术规范通过计算分析，确定本工程的冷再生混合料设计掺配比例为:RAP(10 mm～30 mm)∶RAP(0 mm ～10 mm)∶新矿料∶矿粉∶水泥 =50∶30∶16∶2∶2。

3.4 乳化沥青冷再生混合料目标配合比确定

3.4.1 确定最佳含水量和最佳油石比

按照表7的混合料级配，采用旋转压实仪成型试件，控制总含水量为(3.7 ±0.3)%，试模直径为 150 mm，压实仪转角 1.25%，压头压力为600 kPa，旋转50次后放入60℃ 鼓风干燥箱中6 h再旋转25次后立即脱模，放入60℃鼓风干燥箱中养生48 h。然后等试件冷却至室温后进行劈裂强度、浸水劈裂强度等指标的测试，结果见表8。