山区低等级公路泡沫沥青冷再生技术应用研究

范虎彪等

摘要：结合百花山路大修工程案例，总结了山区低等级道路泡沫沥青冷再生混合料的施工技术。从材料及配合比设计、施工应用、施工效果以及造价等方面对泡沫沥青冷再生技术进行了研究。研究表明，通过在生产、摊铺、碾压工艺以及养生时间等方面的调整，该技术可以克服坡陡、弯多、摊铺压实困难、不能封闭交通等不利条件，为泡沫沥青冷再生用于山区低等级道路提供了借鉴。

关键词：泡沫沥青冷再生；山区低等级公路；应用研究；施工技术

中图分类号：U414文献标志码：B

Abstract： Combined with the overhaul of highway in Baihua Mountain， the construction technology of cold recycling with foamed asphalt for lowgraded highway in mountain area was summarized and expounded in aspects of materials， mix proportion design， application in projects， construction effect and the cost. Results of the research show that by adjusting the production， paving， compacting and maintenance time， unfavourable conditions mainly caused by the terrain can be overcome， which provides reference for the construction of lowgraded highway in mountain area.

Key words： cold recycling with foamed asphalt； lowgraded highway in mountain area； application research； construction technology

0引言

泡沫沥青冷再生技术是实现混合料循环利用、绿色低碳发展的有效方法，近年来这种技术在世界各地的路面维修养护中得到广泛应用，而在山区低等级公路中应用相对较少。

山区低等级公路一般平曲线半径小、纵坡坡度大、弯道多、路面结构层厚度设计偏薄、施工过程难在必须中断交通且施工现场距集中拌和站较远。门头沟区山地面积占98.5%，全区内仅G108、G109公路的部分路段的等级属二级及以上，因此该区有大量的山区低等级公路维护任务。本文以在门头沟区采用泡沫沥青冷再生技术，克服山区低等级公路的坡陡、弯急、摊铺压实困难、不能封闭交通等不利条件的工程为例，研究了泡沫沥青在山区低等级公路中应用的技术，可为同类施工提供借鉴。

1工程概况

百花山路（X009）为县级道路，道路起点位于109国道K98+200处，本次大修的路段（K8+000～K15+959）长7.959 km，为三级公路，设计速度30 km·h-1，最大纵坡89%，平曲线最小半径15 m，路基宽7～7.5 m，路面宽6 m。路面主要病害为车辙、沉陷、龟裂、纵横缝等。本次大修采用8 cm泡沫沥青冷再生+5 cm温拌沥青混凝土WAC16C结构，局部严重沉陷的路段采用两层二灰碎石挖补处治，路面大修的主要结构如表1所示。本次施工工期处于秋季，属旅游旺季，因此交通通行压力较大。

2材料及配合比设计

本工程使用泡沫沥青冷再生混合料，采用河北伦特石油化工有限公司90#A级道路石油沥青进行发泡，RAP全部来自石担路大修工程中的路面铣刨料，掺配河北三河产石灰岩机制砂，填加P.S.A32.5水泥。

2.1沥青

本项目采用的90#A级道路石油沥青经常规性能指标检验，满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG E20—2011）的有关技术要求。发泡性能检测数据见表2。由表2可知，随发泡温度变化，发泡性能有最佳峰值；随发泡用水量增大，膨胀率增大，半衰期减小。确定最佳发泡用水量为（2.3±0.5）% ，最佳发泡温度为160±5 ℃，满足《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41—2008）的要求。

2.2水泥

对于泡沫沥青而言，添加少量的活性填料可以

显著提高残留强度，而且不会影响结构层的疲劳性能，活性填料发挥了分散催化剂的作用。增加水泥剂量可提高泡沫沥青冷再生混合料的强度、刚度、高温抗车辙性能与抗水损坏性能，但也会降低其低温抗裂性能。有研究表明，在2%之内增加水泥用量不会明显影响材料的抗疲劳性能。本项目采用的水泥为P.S.A 32.5矿渣硅酸盐水泥，掺加量为15%。经检验水泥的各项指标均满足《通用硅酸盐水泥》（GB 175—2007）中相应的技术要求，其中，初凝时间为230 min，终凝时间为390 min。

2.3RAP及集料

RAP一般作为“粗集料”使用，用于室内试验的RAP应具有代表性。本项目使用的RAP全部来自石担路大修工程中的路面铣刨料，集中存放在拌和场，经装载机充分混合处理。RAP及细集料筛分结果见表3。依据《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41—2008），单一粗细集料质量不能满足要求，但集料混合料性能满足要求时，可以使用。

2.4合成级配

泡沫沥青依赖细料来分散，因此要求有充足的细料，另外，水泥等活性填料外掺不计入矿料级配。由筛分结果知，RAP级配，尤其是0.075 mm通过率处于级配范围下限，规范中级配范围较宽，需要添加部分细集料。经人机对话的方式合成较为合理的级配曲线，最终确定细集料与RAP掺配比例为25∶75，外掺15%水泥。施工过程中应随时检测RAP及细集料筛分，以免质量波动造成冷再生混合料质量变化。endprint

2.5确定最佳含水率和最佳泡沫沥青用量

混合料合成级配确定后，暂定泡沫沥青用量为30%，以5种含水量：4%、5%、6%、7%、8%，分别拌制冷再生混合料。通过重型击实试验，确定最佳含水量为6.3%。

设定5种泡沫沥青用量：1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%，每种沥青用量成型2组试件，水泥掺量统一为1.5%，混合料含水量统一为6.3%。试件成型后，连同试模一起侧放在60 ℃烘箱中养生48 h，取出冷却至室温后即可进行其他试验。每种沥青含量的试件进行15 ℃劈裂试验、浸水24 h的劈裂试验，试验结果如表4所示。综合考虑混合料性能、实际工程效益，确定最佳泡沫沥青为2.5%。

2.6性能验证

根据最佳泡沫沥青用量和最佳含水率制备泡沫沥青冷再生混合料车辙试件，在60 ℃烘箱中养生48 h，冷却至室温后进行60 ℃高温车辙试验。动稳定度平均值（DS）为1 755 mm·次-1，满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）对下面层的技术要求。

成型试件在60 ℃烘箱中养生48 h，冷却后在室温进行稳定度试验，得到稳定度为6.74 kN，残留稳定度为88.9%，满足《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41—2008）中相应的技术要求。

最终确定泡沫沥青冷再生配合比为RAP∶集料∶水泥∶泡沫沥青=75∶25∶15∶25，最佳含水量为6.3%，如表5所示。

3.1下承层处理

（1） 按设计要求，完成路面铣刨拉毛1 cm，对局部严重沉陷的路段进行两层二灰碎石挖补处治。处治应到位，检测弯沉确保承载力满足要求，检测高程确保泡沫沥青冷再生平整度、厚度质量达标。

（2） 清除下基层表面的石块、垃圾等杂物，清除积水。

（3） 洒布改性乳化沥青层。改性乳化沥青透层施工前将已完成的路缘石妥善加以苫盖，严防污染。现场统一指挥，使沥青洒布车匀速行驶，乳化沥青喷洒均匀，喷洒量为0.8 L·m-2 。

3.2生产与运输

（1） 考虑到施工现场位置距集中拌和站较远（运距大于100 km），因此在工地附近临建拌和站进行生产（运距20 km）。由冷料仓料口大小、皮带转速控制RAP和新集料的用量和速度。施工前应进行调试，并在冷料输送带上取样，在室内筛分，并检验混合料的级配。施工前应对设备上的泡沫沥青和注水的精确计量装置以及水泥填加设备进行标定。

（2） 开始拌和前，试验人员检查场内各种集料的含水量，计算当天的配合比。应根据集料和混合料含水量的大小，及时调整拌和用水量，并随时观察混合料的质量变化。结合季节、运距、日照情况等因素，可知混合料在施工过程中的含水量实际损失很小，且铺筑厚度仅为8 cm，压实机具有较大的压实功，由此确定泡沫沥青冷再生混合料含水量生产采用最佳含水率63%，实际成活后的含水量略低于最佳含水量（约05%～1%）。

（3） 将RAP和新加料按比例投放到拌和锅中拌和，按设计要求喷入水和泡沫沥青，拌和后的冷再生混合料应均匀一致，保证沥青无拉丝，混合料无结团成块现象。临近最佳含水量下的泡沫沥青混合料用手抓握，应满足“轻握成团，轻抖松散”的状态。

（4） 保证产量与运输摊铺速度匹配，避免存料料堆过大，减小混合料存放时间。装车前，采用装载机翻拌料堆以减小离析，料车应保持装载高度均匀。运输配备绿色达标车辆，无遗洒、扬尘，严禁使用12轮重载车。每天开工前要检验运输车辆的完好情况，装料前要将车厢清洗干净，不得有水积聚在车厢底部。运料车应用篷布覆盖，用以保湿和防止污染，直至卸料时方可取下覆盖篷布。

3.3摊铺

（1） 施工过程中摊铺机前方应有2～3辆运料车等候卸料。运料车应在摊铺机前10～30 cm处停住，空挡等候，不得撞击摊铺机。摊铺机速度控制在2～4 m·min-1，摊铺中不得随意变换速度或中途停顿。

（2） 依据摊铺宽度，合理加装布料叶片，确保螺旋布料器端部与物料挡板的间距在10～30 cm之间，且在布料器前与侧板间用橡胶板加长，防止粒料离析。摊铺过程中应在摊铺机后面设专人观察摊铺情况，发现异常时及时分析原因并予以消除。

（3） 通过试验段确定松铺系数。经在试验段布点检测，松铺厚度为10.2 cm，压实后为8.0 cm，确定松铺系数为1.275，以路缘石为基准进行高程厚度控制摊铺。摊铺过程中应随时检查摊铺层厚及路拱、横坡，每天核算摊铺混合料总量，并与摊铺面积进行厚度校验，不符要求时应根据铺筑情况及时调整。

（4） 在陡坡、急弯路段施工时应降低摊铺机行车速度至1～2 m·min-1，缓慢摊铺过弯；急弯转角较小时，由人工在摊铺机履带轨迹单侧预撒冷再生混合料，并对应调整摊铺机左右两侧摊铺厚度。

3.4碾压

（1） 初拟双钢轮压路机静压1遍→振动2遍→单钢轮压路机强振4遍→胶轮压路机8遍，2 t小钢轮压路机压边，严格控制碾压速度。碾压过程中发现双钢轮压路机对碾压贡献较小，且由于纵坡较大、弯急，双钢轮压路机振动2遍后混合料有明显横向裂纹产生，有较大推拥现象；单钢轮压路机振动4遍后，裂纹较为明显，检测压实度为972%；胶轮压路机终压后表面细部仍有微小裂纹，且胶轮压路机碾压5遍后，灌砂法测定的路面压实度仅为983%。现场观察并分析认为，这是由于双钢轮压路机主要是稳定碾压面，单钢轮压路机振动碾压4遍贡献较大，但表面纹理裂纹、轮迹需胶轮改善、消除，且胶轮压路机有较好追密效果。最终增加1台胶轮压路机，调整碾压工艺为：双钢轮压路机静压1遍→单钢轮压路机强振4遍→胶轮压路机12遍（2台），终压后检测压实度为99.5%，满足设计及规范要求。

（2） 山路弯道多、纵坡较大，为防止产生横纵向挤压、推移，压路机应以慢而均匀的速度碾压，下坡碾压时必须关闭振动，胶轮压路机碾压遍数增加2～4遍。在直线段，压路机从道路两侧向路中心碾压；在超高的平曲线段，压路机从道路较低一侧向较高一侧碾压。endprint

（3） 碾压路线及碾压方向不应突然改变，否则会导致混合料产生推移。压路机启动、停止必须缓慢进行。严禁在已完成或正在碾压的路段上“调头”或急刹车。

（4） 泡沫沥青冷再生混合料必须尽快碾压成活，坚持“随拌随用”原则，因为混合料中填加了水泥，摊铺和碾压宜在水泥初凝时间内完成，最长不超过终凝时间。由水泥凝结时间指标，并经试验段验证得知，混合料生产至摊铺完成时间不得超过6 h。

3.5养生及保护

（1） 养生时间。试验段自然养生3 d后不能取出完整芯样，养生7 d后在阳光照射较好的位置取出的芯样较为完整，而背阴处的芯样有边角缺失。可见，山区公路气温、地温低，冷再生层水分蒸发困难，强度增长缓慢，因此养生时间一般不少于7 d，气温低、阳光照射不到路段应适当延长养生时间。

（2） 正在进行泡沫沥青冷再生施工的路段禁止车辆通行，当天不得开放交通，如遇雨，须用彩条布覆盖。养生期内不能中断交通时，应限制重载车辆通过，并采取撒石屑、洒乳化沥青等措施保护面层。

4效果与造价

本次泡沫沥青冷再生施工用时12 d，每天主要进行含水量、压实度控制，进行泡沫沥青混合料抽检，并在成型养生结束后进行钻芯。

（1） 施工控制。每天测定混合料的含水量，基本控制在最佳含水量0～1%的范围以内。

根据碾压工艺，胶轮压路机碾压12遍后，以灌砂法检测的压实度及碾压成活的层厚，压实度全部合格。路缘石、边角等位置适当增加碾压遍数。含水率、压实度、厚度等检测数据见表6。

（2） 室内检测结果。本次施工中，第三方独立抽检共计4次，除第1天因混合料未及时成型，受水分散失、水泥终凝影响，试验结果不满足要求外，其他3次均满足要求。

通过控制数据、材料抽检报告、成品钻芯检测发现，依试验段确定的工艺进行泡沫沥青冷再生混合料的生产、摊铺、碾压，并控制好养生环节，能保证最终整体效果较好，取出较为完整的芯样。

（4） 造价。泡沫沥青冷再生混合料的单价为360 元·t-1，比中、下面层的热拌沥青混合料低10%，较为经济。

5结语

本工程共铺筑泡沫沥青冷再生混合料56 648.8 m2，回收利用铣刨料超过6 000 t，节约了石料，减少了铣刨料回收的占地及污染，低碳环保。由检测结果可知，除局部受季节气温低、养生条件不足导致芯样边角缺失外，其他常规指标均满足要求。实践证明，在山区低等级公路应用泡沫沥青冷再生技术是可行的，但长期的路用效果及耐久性仍需进一步的观察与验证。

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[责任编辑：杜卫华]endprint