高性能半柔性路面冷再生技术在公路大修工程中的应用研究

杨 宁

(北京市交通委员会路政局 大兴公路分局，北京 102600)

截至2012年底，我国国省干线公路(包括高速公路和普通国省道)总里程达到53.2万km，其中高速公路通车里程9.6万km[1]。据统计，我国每年国省干线公路大中修里程约占总里程的13%，干线公路大中修工程每年产生的沥青路面旧料超过1.6亿t，因此，路面材料循环再利用成为公路交通行业的研究重点之一，也是转变公路交通发展方式、节能减排、建设环境友好性公路的重要内容。为此，研究技术可行、经济合理的路面再生技术成为公路管理机构重要的科技推广工作内容之一。

目前，沥青路面旧料循环利用的主要途径有热再生和冷再生两大类，其具体实施工艺可分为厂拌再生和就地再生。由于沥青路面厂拌热再生对拌合设备与工艺控制要求高，且旧料的质量分数一般不超过30%，故仅依靠厂拌热再生和处理厚度<5 cm的沥青表面层的就地热再生，难以用完大量的沥青路面旧料，因此旧料的质量分数高(达60%～100%)且节能减排效果显著的沥青路面冷再生技术应发挥更加重要的作用。

本文结合北京市大兴区东赵路大修工程实际，重点介绍高性能半柔性路面冷再生技术的主要特点、路用性能要求、材料配合比设计等。

1 高性能半柔性路面冷再生技术简介

高性能半柔性路面冷再生技术，是将废旧沥青混合料、新集料、水和特种乳化沥青、水泥等再生胶结料，通过科学的材料配合比设计，常温下拌合成高性能半柔性路面再生混合料，采用与热拌沥青混合料相同的施工机械和工艺，用于铺筑沥青路面中、下面层或水泥路面“白加黑”联结层的沥青路面冷再生技术。这种技术可以进一步提高沥青路面旧料循环利用率及利用价值，延缓沥青路面车辙、反射裂缝等早期病害的发生，提升再生路面使用性能和耐久性，延长使用寿命。利用该技术生产的混合料具有以下特点：

1)旧料的质量分数高。高性能半柔性路面冷再生混合料中旧料的质量分数为50%～80%，可节约50%以上新石料和40%左右沥青；

2)高性能。高性能半柔性路面冷再生混合料能达到文献[2]中的热拌沥青混合料技术要求，具有突出的抗车辙性能、显著的抑制反射裂缝能力和良好的耐久性；

3)高价值。高性能半柔性路面冷再生混合料用于铺筑沥青路面中、下面层或水泥路面“白加黑”联结层，替代路面大修结构中的沥青中、下面层或联结层；

4)低能耗。高性能半柔性路面冷再生混合料采用常温拌合工艺，与热拌沥青混合料相比，每t混合料可节约6.0～6.5 kg燃油；

5)低排放。高性能半柔性路面冷再生混合料生产为零排放、零污染，仅运输、摊铺、碾压存在废气排放；

6)低造价。高性能半柔性路面冷再生混合料单价比热拌料低10%以上。

2 与类似材料的对比分析

2.1 与热拌沥青混合料对比

通过高性能半柔性路面冷再生混合料室内试验，并与常用热拌沥青混合料性能对比[3]，其结果如表1所示。

表1 高性能半柔性路面冷再生混合料和热拌沥青混合料性能对比分析

由表1可知，高性能半柔性路面冷再生混合料动稳定度、动态模量和抗反射裂缝较热拌沥青混合料具有一定的提升，可有效抑制半刚性基层沥青路面反射裂缝的产生。

2.2 与泡沫沥青冷再生混合料对比

通过高性能半柔性路面冷再生混合料室内试验，并与泡沫沥青冷再生混合料性能对比[4]，其结果如表2所示。

表2 高性能半柔性路面冷再生混合料和泡沫沥青冷再生混合料对比

由表2可知，高性能半柔性路面冷再生混合料空隙率较小(泡沫沥青冷再生混合料空隙率通常为10%～23%)，其动稳定度、干湿劈裂强度、TSR和抗反射裂缝较泡沫沥青冷再生混合料有一定提升。

2.3 与普通乳化沥青冷再生混合料对比

通过高性能半柔性路面冷再生混合料室内试验，并与早期普通乳化沥青冷再生混合料进行技术对比[5-6]，其结果如表3所示。

表3 高性能半柔性路面冷再生混合料和普通乳化沥青冷再生混合料对比

由表3可知，高性能半柔性路面冷再生混合料劈裂强度、冻融劈裂强度比、动稳定度和低温弯曲应变都较普通乳化沥青冷再生混合料有一定的提高。

3 应用

3.1 胶结料

高性能半柔性路面冷再生胶结料是由水硬性胶结料(如水泥、粉煤灰、水化胶粉等)和特种乳化沥青(如微膨胀乳化沥青、高弹性乳化沥青等)组成的双胶结料，其中特种乳化沥青检测结果及技术要求如表4所示。由表4可知，特种乳化沥青各项指标检测结果均满足相应的技术要求。

表4 特种乳化沥青检测结果和技术要求

水硬性胶结料可采用水泥、粉煤灰、水化胶粉等，当采用水泥时，宜优先选用32.5级或42.5级道路硅酸盐水泥，除此之外，也可采用32.5级或42.5级硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。原则上水泥初凝时间应≥3 h，终凝时间应≥6 h。

3.2 集料

设计高性能半柔性路面冷再生混合料配合比时采用10～30 mm，0～5 mm 2挡粗细集料，具体检测指标如表5所示。由表5可知，粗细新集料的各项路用性能指标检测结果均满足相关技术要求。设计高性能半柔性路面冷再生混合料的配合比时采用的旧料是对原有路面铣刨回收，并筛分成0～12 mm和12～24 mm 2挡而得，回收旧料破碎筛分后粗细集料及回收沥青的检测数据如表6所示。

3.3 矿料级配

大兴区东赵路大修工程中应用的高性能半柔性路面冷再生混合料以AC-25型矿料级配范围为参考，同时考虑路面大中修结构类型、交通量水平、气候条件、再生结构层厚度并结合工程经验，对旧料、粗细集料和水泥进行优化组合，从而设计成骨架密实粗型级配。本项目选用了2条矿料合成目标级配，矿料组成比例及合成级配结果如表7所示。

表5 粗细新集料各项指标检测结果

表6 筛分后旧料各项指标检测结果

表7 矿料的筛孔通过率 %

3.4 最佳水的质量分数

结合工程实际经验，本项目初步选用水泥的质量分数为2.0%，特种乳化沥青的质量分数为4.0%，在配合比试验过程中，特种乳化沥青的质量分数保持不变，通过外加用水量的变化以确定高性能半柔性路面冷再生混合料的最大干密度和最佳水的质量分数。经试验，合成级配1冷再生混合料的最大干密度为2.139 g/cm3，对应的最佳水的质量分数为4.8%(最佳乳液的质量分数为7.2%，外加水的质量分数为3.2%)；合成级配2冷再生混合料的最大干密度为2.159 g/cm3，对应的最佳水的质量分数5.1%(最佳乳化沥青的质量分数为7.5%，外加水的质量分数3.5%)。

3.5 最佳特种乳化沥青的质量分数

确定高性能半柔性路面冷再生混合料配合比设计中的最佳特种乳化沥青的质量分数是混合料马歇尔稳定度与劈裂强度取得较大值，并满足最小无侧限抗压强度要求，同时兼顾高性能半柔性路面冷再生混合料的抗温缩与干缩性。其设计原则为：1)试件养生后，测得的混合料的空隙率为3%～8%；2)试件养生后，15 ℃的劈裂强度≥0.4 MPa，干湿劈裂强度比≥75%；3)试件养生后，60 ℃的马歇尔稳定度≥5.0 kN，浸水残留稳定度≥75%。

特种乳化沥青的质量分数初始拟定为3.0%， 按照每1.0%的变化逐级增加至5.0%，并按照不同的用量配制试件，以测试其体积指标以及马歇尔稳定度、劈裂强度与水稳定性等力学性能，结果见表8。

表8 冷再生混合料体积指标及力学性能指标试验结果

由此可知，对于合成级配1和合成级配2的2种混合料，其特种乳化沥青的质量分数为4.0%时，空隙率适宜，力学性能等指标亦满足相应技术要求。综合考虑大兴区的气候等外部条件，参照以往工程经验，初步确定合成级配1和合成级配2的特种乳化沥青的最佳质量分数均为4.0%。

3.6 性能验证

为进一步验证冷再生混合料的路用性能，对于合成级配1和合成级配2的2种混合料，在特种乳化沥青的最佳质量分数下，对其高温稳定性、水稳定性、无侧限抗压强度等路用性能指标进行了试验验证，验证结果如表9所示。

表9 高性能半柔性路面冷再生混合料路用性能试验结果

综合分析上述试验结果，结合已有研究与工程经验，确定大兴区东赵路大修工程的下面层——高性能半柔性路面冷再生混合料目标配合比采用合成级配1，其各项路用性能指标均能满足设计技术要求。

4 结语

详细介绍了高性能半柔性路面再生技术特点，并与在工程实际中应用较多的热拌沥青混合料、泡沫沥青混合料、普通乳化沥青混合料的技术特点进行了对比分析。结合工程实际，详细介绍了高性能半柔性路面再生混合料的原材料性能要求、级配要求、最佳水的质量分数以及最佳乳化沥青的质量分数等配合比设计方法，为该项技术的推广应用积累了经验。

参考文献：

[1]交通运输部综合规划司.2012年公路水路交通运输行业发展统计公报[R].北京：交通运输部综合规划司，2013.

[2]交通部公路科学研究所. JTG E20—2011 公路沥青及沥青混合料试验规程[S].北京：人民交通出版社，2011.

[3]交通部公路科学研究所. JTG E42—2005 公路工程集料试验规程[S].北京：人民交通出版社，2005.

[4]交通部公路科学研究院. JTG F41—2008 路沥青路面再生技术规范[S].北京：人民交通出版社，2008.

[5]中公高科养护科技股份有限公司. Q/HD HiRM01—2013 海母(HRIM)高性能半柔性沥青路面指南[S].北京：中公高科养护科技股份有限公司，2013.

[6]中公高科养护科技股份有限公司.海母(HiRM)再生技术在北京市普通公路大修工程中的应用研究报告[R].北京：中公高科养护科技股份有限公司，2013.