冷再生技术在千峰南路工程中的应用与研究

卢琛

（太原市城市建设管理中心，山西 太原 030009）

冷再生技术在千峰南路工程中的应用与研究

卢琛

（太原市城市建设管理中心，山西 太原 030009）

为贯彻“十二五规划”建设低碳环保的交通运输体系的指导思想，响应我省建设“资源节约型”和“环境友好型”社会转型发展的总体要求，我市积极倡导引进了沥青路面冷再生技术对城市道路进行改造，实现了市政工程的低能耗、低排放、低污染的循环建设。既有效缓解道路更新改造中产生的大量路面及路基废料，又在一定程度上降低了工程造价。结合千峰南路的改造实践，介绍冷再生技术的应用情况。

千峰南路；路面结构；铣刨；泡沫沥青；冷再生

1　项目介绍

千峰南路是太原市交通框架“十纵十横”中南北主要交通干道之一。该段北起迎泽西大街，南至南内环西街，全长1 926.26 m.规划红线宽40 m。机动车道现状路面结构为：1～5.5 cm细粒式沥青混凝土，3～8.5 cm沥青贯入碎石，14～22 cm水泥稳定碎石或矿渣，12～18 cm砂石。

1.1路况调查

千峰南路 （迎泽西大街—南内环西街）路况显示：块状裂纹明显，缝较宽，散落重；不规则裂缝重，缝宽，坑深，面积较大。钻芯取样结果表明，基层水稳松散，取不到完整芯样，说明路面基层强度严重不足。

1.2道路评价

经过综合计算，机动车道路面综合破损率为79.7%，道路沥青路面指标PCI为D级，RQI指标为D级，道路结构强度不足，路面抗滑性能BPN、SFC指标为D级。评价指标表明，千峰南路（迎泽西大街—南内环西街）应进行彻底改造。

2　道路设计

该次道路改造不涉及征地拆迁和市政管网改造，道路红线不变，路面标高不变，只对机动车道进行冷再生改造。

2.1设计思路

在原路面和路基材料全部合理利用的原则指导下，首先一次性铣刨原道路上面层细粒式沥青混凝土和下面层沥青贯入碎石，拉回拌和厂集中堆放，然后铣刨原道路水泥稳定碎石层也拉回拌和厂分别堆放，与面层铣刨料都作为泡沫沥青冷再生混合料的集料使用。其余道路基层不再铣刨，而是使用冷再生设备将留存的水稳和砂砾一同就地水泥再生作为道路底基层。

2.2结构设计

采用二层冷再生改造方案：4 cmSBS改性沥青混凝土AC-13C+改性乳化沥青粘层油+7 cm沥青混凝土AC-25+6 mm稀浆封层和乳化沥青透层油+ 16 cm泡沫沥青厂冷再生层+乳化沥青透层油（RAP）+20 cm水泥就地冷再生层+旧路面结构。

2.3冷再生混和料配合比设计

2.3.1底基层水泥就地冷再生混和料

2.3.1.1级配设计

实验使用旧料为按照水稳+砂砾（5 cm+15 cm）的比例进行铣刨后选取的代表性试样，将铣刨料风干后在室内进行筛分试验，根据《公路沥青路面再生技术规范》（JTGF41-2008）中的3号级配范围及旧料的筛分结果看出，旧料符合要求，不需要加入新料调整级配。

表1　旧料筛分结果

2.3.1.2重型击实实验

将烘干的旧铣刨料水稳+砂砾（5 cm+15 cm）和水泥按拟定的掺加比例100∶3、100∶4、100∶5、100:6混合，通过重型击实实验确定再生混合料的最佳含水量和最大干密度。

2.3.1.3强度试验

根据《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000）成型后试件在温度20±2℃湿度95%的环境条件下养生6 d，浸水1 d，进行无侧限抗压强度试验如表2。

表2　无侧限抗压强度试验结果

2.3.1.3配合比设计

根据无极结合混合料EDTA滴定标准曲线分析：千峰路就地水泥稳定旧水稳+砂砾（5 cm+15 cm）配合比为：水泥：集料=5∶100，混合料最大干密度为2.237 g/cm3，最佳含水量为7.6%，7d无侧限抗压强度实测为2.3 MPa。

2.3.2基层泡沫沥青冷再生混和料

2.3.2.1级配设计

根据根据《公路沥青路面再生技术规范》（JTGF41-2008）的级配要求，混合料采用中粒式级配。由于千峰路回收旧料的粒径分布主要集中在4.75～19 mm之间，为此添加了粒径为0～3 mm的石屑来调整级配满足级配曲线，最终确定泡沫沥青冷再生混合料（表3）的配合比为就沥青混凝土路面铣刨料（RAP）：水稳基层铣刨旧料∶碎石∶水泥= 40∶40∶18.5∶1.5。

表3　矿料级配合成报告

2.3.2.2沥青发泡实验

由沥青发泡实验可知：沥青最佳发泡条件为发泡温度150℃，发泡用水量为2.0%。

2.3.2.3重型击实实验

通过无机混合料稳定土击实试验确定最佳含水量6.8%，最大干密度2.124 g/cm3。

2.3.2.4劈裂强度试验

按照确定的冷再生混合料级配和最佳含水率进行拌合，分别以5个油石比1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%加入泡沫沥青，进行劈裂强度试验见表4，确定最佳泡沫沥青油石比为2.8%。

表4　泡沫沥青混合料劈裂强度

2.3.2.5目标配合比

通过室内配比实验，千峰路厂拌泡沫沥青冷再生混合料配合比为：沥青混凝土铣刨料（RAP）:碎石∶水泥=80∶18.5∶1.5，混合料最大干密度2.124 g/cm3，最佳含水量为6.8%，泡沫沥青油石比为2.8%。

3　施工组织

结合冷再生设备的技术要求，冷再生改造工程的施工组织流程：拆除检查井井筒47 cm→洗刨面层11 cm→洗刨基层17 cm→水泥稳定砂砾就地冷再生20 cm→拆除侧平石→安装侧平石→第一次升井20 cm→泡沫沥青厂拌冷再生16 cm→第二次升井 16 cm→铺筑 7 cm沥青混凝土AC-25→第三次升井并固定井座→铺筑4 cmSBS改性沥青混凝土AC-13C。以下重点阐述水泥稳定砂砾就地冷再生和泡沫沥青厂拌冷再生的施工组织。

3.1水泥就地冷再生

3.1.2机械组织

采用德国维特根就地冷再生机2200CR一台、水泥稀浆车WM1000一台、洒水汽车两辆、平地机一台、13 t双钢轮振动压路机一台、26 t单钢轮振动压路机一台。

3.1.3水泥就地冷再生

在施工起点处将水泥稀浆车、就地冷再生机顺次首尾连接，并连接相应管路。设定就地冷再生机参数：再生深度为20 cm。水泥稀浆车水泥参数设定为5%。就地冷再生机行进时，行走速度一般为6～8 m/min，专人跟随就地冷再生机挖坑检查拌合深度，确保拌和深度满足设计要求。

在施工过程中，裂缝严重地段应采用较慢速度，还要对混合料的级配和水的喷入量进行检查。

就地冷再生机单刀再生至一个作业段终点后，将再生机组倒退至施工起点，重叠10 cm—20 cm进行第二刀施工，直至完成全幅作业面的再生，两施工段重叠拌和2 m，重叠处补撒水泥。

3.1.4整平

用单钢轮压路机紧跟就地冷再生机组后进行稳压，完成一个作业段的稳压后，进行水平测量，纵向每10 m，横向左、中、右各取3点挂线封点，然后平地机整平，使之标高、横坡、平整度满足设计要求。

3.1.5碾压

初压：平地机整平结束后，立即用13 t双钢轮振动压路机紧跟就地冷再生机静压一遍稳定材料，速度为2～3 km/h。

复压：26 t单钢轮振动压路机重叠1/2轮低频高幅碾压6遍，速度为2～3 km/h。

终压：1 t双钢轮振动压路机重叠1/2轮高频低幅碾压4遍，速度为2～3 km/h，大轮静压收面到无明显轮迹。

3.1.6养生

就地水泥冷再生层压实完成后采用洒水养生，养生时间不少于7d。

3.2泡沫沥青厂拌冷再生

3.2.1机械组织

采用德国维特根厂拌冷再生机KMA220一台、50t加热沥青罐一个、补水汽车一辆、S1800-2摊铺机两台、13 t双钢轮振动压路机一台、20 t单钢轮振动压路机一台、26 t胶轮压路机一台。

3.2.2厂拌冷再生

采用维特根KMA220连续式厂拌设备，产量为200 t/h，根据配合比报告设定材料参数，RAP和新集料的用量分别由两个装载机按比例装入，由料仓门开度和冷料输送带速度来控制。混合料拌制时沥青温度要严格控制在设计温度5℃范围内，厂拌冷再生混合料一般遵循即拌即用原则，储存时间不宜超过6 h。

泡沫沥青冷再生混合料的沥青不会在石料和RAP表面形成裹覆，而是呈点状分布，可用手抓起，察看有无聚团沥青块。

3.2.3摊铺

泡沫沥青冷再生混合料采用钢丝绳引导高程控制方式的摊铺机S1800-2进行摊铺。摊铺机应缓慢、均匀、连续不间断地摊铺，松铺系数为1.25，摊铺速度控制在2～4 m/min。

3.2.4压实

泡沫沥青冷再生配备1台13 t的双钢轮压路机，一台26 t的轮胎压路机，1台20 t的单钢轮振动压路机进行碾压，尤其强调胶轮压路机的作用，轮胎搓揉作用对于提高冷再生层的压实度有很好效果：

初压：13 t双钢轮振动压路机紧跟就地冷再生机静压一遍稳定材料。速度为1.5～3 km/h。

复压：20 t单钢轮振动压路机重叠1/2轮低频高幅碾压2～3遍；20 t双钢轮振动压路机重叠1/2轮高频低幅碾压2～3遍。速度为2～4 km/h。

终压：26 t胶轮压路机碾压4～6遍，最后13 t双钢轮振动压路机大轮静压到无明显轮迹。速度为2～4 km/h［1］。

3.2.5养生

泡沫沥青冷再生层压实完成后采用自然方式养生，施工期在8月，环境温度较高，3 d后钻芯即取出完整的芯样，结束养生［1］。

4　问题及解决方案

4.1施工中出现的问题

千峰南路水泥就地冷再生试验段的施工过程中，依次铣刨面层11 cm和基层17 cm，将水泥稀浆车与就地冷再生机顺次首尾连接，设定就地冷再生机再生深度为20 cm，水泥稀浆车水泥参数设定为5%，进行水泥稳定砂砾就地冷再生。当就地冷再生机单刀行进150 m后，进行碾压时，出现大面积翻浆。

4.2调查分析

现场取样发现，水泥稳定再生层压实度93.6%，含水量11%。颗粒级配不均匀，且含土量大，塑性指数为11.8，不符合《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000）要求。施工翻浆地段放置7 d后，现场取芯未成型。与无侧限抗压强度试验结果（表2）对比可知含水量和含土量双双偏大。

4.2.1含土量偏大的原因

原来，依次铣刨面层11 cm和基层17 cm后，直接进行20 cm水泥稳定砂砾就地冷再生，忽略了由于原路面结构层厚度不均匀而经统一铣刨28 cm后，局部出现预留水稳与砂砾结构层厚度出现不足20 cm的现象，当按照统一标准20 cm进行就地冷再生时，就不可避免会将部分土路基铣刨并拌合在就地冷再生层中，从而造成冷再生混合料中含土量过大。

4.2.2含水量偏大的原因

我们在试验段其余未再生范围内均匀取样10组，作烘干试验，测得原地面结构层含水率为9.2%，水泥稀浆车WM1000喷洒5%水泥浆中水与水泥的比例为1.5∶1，因此通过喷洒5%的水泥浆又加入了7.5%的水，两项合计水泥就地冷再生施工过程中含水量为16.7%，考虑到就地再生施工中，从再生至碾压完毕至少要经过2～3 h，期间必将存在水份蒸发，我们设定此部分水份流失率为2%，另外水泥水化反应消耗一部分水份，我们设定为1.5%，因此翻浆土样的含水量16.7%-1.5%-2%= 13.2%，已大大超过了最佳含水率7.6%。

4.3解决方案

经过一段时间晾晒后，重新测定翻浆处再生层含水量降低为5%，据此调整补水量为7.6%+ 1.5%+2%-5%=4.1%，按水与水泥的比例4.1∶5重新调制水泥浆（水泥参数仍设定为5%）再次进行冷再生时，又由于此比例低于维特根水泥稀浆车要求的水与水泥底限比例1∶1，而致使水泥稀浆车因水泥浆过稠堵塞管路而不能喷洒。

据此采用人工撒布5%的水泥代替水泥稀浆车，水泥稀浆车只调节补水量喷洒4.1%的水。就地再生完成后，碾压完成实测现场含水量为7.3%，压实度97.5%，养生7d后取出完整芯样，满足了设计要求。

5　结语

通过本年度冷再生技术在市政道路改造中的应用表明，冷再生技术是成熟的，其在市政道路应用也是成功的，结合工程建设实践，提出一些思考和建议：

（1）在成功应用冷再生技术对既有道路改造的实践基础上，今后更主要的是大力推广到新建道路的建设中，将所有道路材料统一回收利用，作为厂拌冷再生的骨料，更广阔地发挥冷再生技术的社会和经济效益，这才是冷再生技术的主流应用方向。

（2）更多出于安全性考虑，该次道路改造我们统一把泡沫沥青再生层作为道路结构的基层代替传统的水稳基层，致使它的经济性没有得到良好表现，主要由于泡沫沥青再生混合料中掺入3%左右的沥青，因而其成本没有因骨料的回收利用而降低。按照《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41-2008），泡沫沥青再生混合料可以作为道路下面层进行试点应用，这应是泡沫沥青冷再生的推广方向。

［1］徐剑.黄颂昌.邹桂莲.高等级公路沥青路面再生技术［M］.北京：人民交通出版社，2011.

U416.26

B

1009-7716（2016）01-0149-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.01.043

2015-09-23

卢琛（1972-），男，江苏常州人，硕士，高级工程师，从事市政工程建设管理工作。