半柔性厂拌冷再生技术在平朔线路面改造工程中的应用

党彦荣

（山西省公路局 朔州分局，山西 朔州 036002）

为积极响应交通运输部提出的“资源节约型、环境友好型”行业发展政策，进一步做好交通运输部重大科技专项“半刚性基层沥青路面结构性破损诊断与修复关键技术研究及示范”项目研究与应用验证，山西省公路局朔州公路分局省道平朔线K32+000—K41+200段路面改造工程汲取了相关标准和课题的成果，充分采用最新的养护设计和大修养护理念，以期在充分考虑养护工程特点和要求条件下，有效延长重载交通条件下的路面结构的使用性和寿命。

平朔线K32+000—K41+200段路面改造工程方案：首先铣刨回收现有10 cm厚沥青面层结构，对原基层进行17 cm水泥就地冷再生作为新结构层的底基层，在其上加铺20 cm水泥稳定碎石上基层进行补强，然后依次设置乳化沥青透层、改性沥青封层，加铺8 cm半柔性厂拌冷再生沥青混合料下面层，喷洒黏层油后铺筑5 cm改性沥青AC-16沥青混凝土上面层。半柔性厂拌冷再生沥青混合料下面层经试验验证确定生产配合比为：新碎石掺量为38%，回收旧沥青路面材料掺量为60%，水泥剂量为2.0%，最佳含水量为5.7%，特种乳化沥青用量4.2%。项目累计拌制半柔性厂拌冷再生面层材料约42 040 t，循环利用旧沥青路面材料约25 800 t，原路面面层材料的回收率为100%，利用率为60%以上，节省拌和用燃油约270 t。

1 半柔性厂拌冷再生技术介绍[1]

半柔性厂拌再生技术是指回收沥青路面材料（RAP）运至拌和厂（场、站），经筛分后以一定比例与新矿料、再生胶结料、水进行常温拌制再生混合料，常温铺筑形成路面结构层的路面再生技术。目前的路面再生技术中，可用作面层的厂拌热再生混合料，旧料掺量往往较低，一般都在30%以上，就地热再生也仅能处理4～5 cm厚度以内的表面层，沥青路面冷再生技术具有旧料掺量高、利用层位高、综合性能高、低能耗和低排放等优势，在我国公路养护建设中具有重要的推广意义。

1.1 半柔性厂拌冷再生技术特点

高性能半柔性路面再生技术已具备“高掺量、高价值、高性能、低能耗、低排放”等技术特点与优势。

a）高掺量 半柔性厂拌冷再生技术可使混合料中旧路面材料掺量达50%～80%。

b）高价值 半柔性厂拌冷再生混合料可直接应用于沥青路面的中、下面层或水泥路面“白加黑”联结层，相比其他再生技术，大大提高了旧路面材料的利用价值。

c）高性能 半柔性厂拌冷再生混合料可完全满足沥青中下面层混合料的技术规范要求，并且具有突出的抗车辙性能和良好的低温抗裂性和柔韧性，其收缩系数不及半刚性材料的50%；半柔性厂拌冷再生特种微膨胀乳化沥青在再生面层中的预应力效应，可有效抑制基层反射裂缝；铺筑的结构层具有较高的承载能力，达到目标设计使用年限。

d）低能耗 半柔性厂拌冷再生混合料采用常温拌和，与热拌料相比，每吨沥青混合料在拌和过程中，可节约燃油消耗6～6.5 kg。

e）低排放 整个生产施工过程只有运输、摊铺及碾压机械存在废气排放，半柔性厂拌冷再生混合料生产为零排放、零污染。

1.2 半柔性厂拌冷再生施工工艺

半柔性厂拌冷再生混合料的施工工艺流程如图1所示。由图1可看出，半柔性厂拌冷再生混合料施工流程主要分为以下几个阶段：

a）旧路面沥青混合料的回收及处理 挖除沥青面层材料不得混入杂质，减少材料的变异性；应对回收料进行预破碎及筛分。

b）混合料拌制 通常冷料和水硬胶结料先干拌，与水拌和至均匀后，喷洒特种乳化沥青拌和均匀，可采用连续式拌和或者间歇式拌和工艺。

c）混合料的运输 拌和至压实结束4 h内完成。

d）混合料摊铺与压实 采用常规工艺进行摊铺，摊铺过程应符合行业相关规范要求，摊铺与碾压时间在0～3 h之间为宜。

e）再生结构层的养生 对碾压完成路段进行严格交通封闭管制，3 d内避免车辆驶入，对路面早期强度形成造成损害，自然养生3 d后，可开放轻交通，严格限制重载车通行。

f）因养生3 d后，半柔性冷再生下面层的后期强度仍在形成过程中，加之路面结构层厚度、整体强度并未达到设计要求，故半柔性冷再生下面层结构层自然养生7 d后应喷洒黏层油（用量0.6 L/m2），然后立即铺筑5 cm改性沥青混凝土上面层。

图1 半柔性厂拌冷再生混合料的施工工艺流程图

2 半柔性厂拌冷再生原材料选择[2]

半柔性厂拌冷再生混合料的材料由再生胶结料、回收旧料、新粗细集料、水泥、水等组成。由于半柔性厂拌冷再生技术与工艺特点，上述材料在满足技术规范要求外，还应结合具体的施工条件进行重点控制，省道平朔线对回收旧料、新粗细集料、水泥的选用还应遵循以下原则：

a）回收旧沥青路面材料RAP 须避免掺入基层材料，保持洁净，回收后宜筛分成粗细两档，并筛除超粒径颗粒，同时要尽量使筛分后的旧料颗粒粒径均匀；平朔线旧料各项指标检测结果均能满足技术要求，具体检测指标见表1。

表1 旧料各项指标检测结果

b）新粗细集料 须洁净、干燥、颗粒表面粉尘越少越好。由于旧料掺量高，因此在满足规范相关要求的前提下，应选用强度高的新集料，同时，新粗细集料的粒径范围应稳定。如果新集料岩性杂质多，粉尘含量高，会直接影响沥青裹覆效果。故项目组事先应对集料生产厂进行充分调研，选择物理力学性能、黏附性符合规范要求，产品性能和数量供应稳定的集料供应商。施工过程中重点控制集料的级配、压碎值、含泥量、针片状含量，尤其是细集料含泥量等关键技术指标。

c）水泥 水泥应采用32.5缓凝道路硅酸盐水泥，由于平朔线没有全封闭交通施工，因此，选用水泥时可以在满足设计要求前提下，考虑初凝时间长，终凝时间与初凝时间间隔小的。

3 半柔性厂拌冷再生技术在应用中的问题与分析

平朔线路面改造工程实施过程中，冷再生下面层也出现了一些问题，有的问题是多年来尚未解决的难题，有的问题甚至是2010年推广应用半柔性乳化沥青厂拌冷再生技术以来首次出现的新问题，下面对实施过程中出现的具体问题进行分析与总结，以期为进一步推广应用半柔性厂拌冷再生技术积累经验。

3.1 机械设备方面

客观而言，目前生产半柔性厂拌冷再生混合料的拌和设备存在一定的问题，尤其是在级配控制、石料裹附沥青效果、含水率控制、乳化沥青用量、再生混合料均匀性、生产效率等方面需要改进。

3.1.1 石料除尘方面

由于现有间歇式沥青拌和楼本身无法对乳化沥青冷再生混合料中的石料进行除尘和二次筛分，因此生产期间需将原有设备的振动筛拆除，这影响了设备使用效率。而且，从石料裹覆沥青效果角度而言，有必要对原材料进行除尘处理，这一点在现有间歇式沥青拌和楼几乎是无法实现的。

连续式拌和站，如带有二级拌缸的连续式拌和机等对新旧石料更是无法实现除尘。

乳化沥青冷再生沥青混合料的乳化沥青用量通常不超过4.5%，其纯沥青含量约60%，这样折合纯沥青用量也就2.7%，因此，单从纯沥青用量而言，新沥青对石料的裹覆效果显然不能与热拌沥青混合料相比，再加上大部分料场的石料加工工艺使得石料本身不洁净，这种情况下除尘对于乳化沥青冷再生混合料而言显得尤为必要。

解决措施：由于冷工艺，国内外现有做法是对冷再生混合料几乎都没有进行除尘。目前来看，对于间歇式沥青拌和楼也好，连续式拌和站也好，最简单可行的是在冷料仓上做些文章，增强一套吸尘装置，具体如何添加，则需要从技术角度与拌和设备厂商进行深入的探讨。

3.1.2 级配控制方面

由于不进行二次筛分，级配控制对于乳化沥青再生混合料而言，缺乏足够的理论与技术支撑。然而从技术角度而言，级配控制对于乳化沥青冷再生混合料均匀性、路用性能、耐久性等起到决定性的影响。那么如何实现半柔性厂拌冷再生混合料级配控制，途径有三，一是想办法实现二次筛分，二是对原材料进行筛分预处理，三是按照更合理、科学的试验方法评价矿料级配，进而加强级配控制。

分开来讲，首先实现像生产热拌沥青混合料那样的二次筛分几乎不可能；其次，对原材料预处理，目前也只是停留在对铣刨料的破碎、筛分预处理，如果对新碎石也进行筛分预处理，生产成本和效率不仅会降低，对于施工单位来讲，往往也难以接受，而且，即使进行了铣刨料、新碎石的筛分预处理，由于级配控制是通过冷料仓的皮带转速控制，受冷料仓下料口大小、石料干湿程度、皮带转速等因素影响，级配控制也是不准确的；再者，目前规范要求对冷再生矿料级配验证是通过抽提的方式，这显然不符合实际情况，而干筛法实际上更符合铣刨料的实际存在状态。就筛分方法而言，间歇式沥青拌和楼可以将刚拌和的乳化沥青冷再生混合料泡水，过0.075 mm筛后烘干筛分，对于连续式拌和机相对简单，可以从未加水前的皮带上直接取样，烘干后干法筛分。筛分获取矿料级配后，关键是对变异性大的矿料级配组成进行实时调整，这是一个难题，设想一下，如果能在连续式拌和机边上设置一台全自动筛分机，每半个小时或一个小时自动筛分，筛分后各筛孔质量通过率经过程序计算，得出生产合成级配，通过与设定的目标级配对比自动校正，那么级配控制将得到最大程度的实现。

3.2 石料裹覆方面

良好的石料裹覆沥青效果是实现沥青混合料使用性能、耐久性能的重要因素，平朔线施工时，出现的最大问题就是石料裹覆沥青效果差。项目组对其进行深入分析，具体原因分析及问题解决如下。

3.2.1 铣刨料

铣刨回收的旧沥青路面材料（RAP）的质量好坏直接决定着乳化沥青冷再生混合料的使用性能，RAP料应不含基层材料和泥土、淤泥等特质。RAP料应严格控制破碎后的尺寸和级配，定时进行筛分试验，掌握级配变化情况，及时调整生产混合料级配组成；同时RAP料堆放过程中应注意堆放高度，避免在自重作用下材料再次黏结形成尺寸较大的颗粒；对于较小粒径的材料，应尽量采取覆盖措施，以减少RAP料含水量对再生混合料质量的影响。

主要问题：铣刨机铣刨出的回收料颗料二次破坏明显，粗集料部分片状含量较多，细集料粉尘含量高。

问题解决，半柔性厂拌冷再生混合料中的铣刨料掺量达到60%以上，因此其质量尤为重要。根据以往工程经验，不同品牌的铣刨机作业效果差别显著，推荐使用维特极根Wirtgen冷铣刨机，同时注意控制铣刨速度，减少片状颗料的出现。

3.2.2 特种乳化沥青

不同于热拌沥青混合料，半柔性拌冷再生混合料中的特种乳化沥青的沥青含量为60%，而且采用的是冷裹覆，特种乳化沥青是由多种特种乳化剂、改性剂和基质沥青一同经过胶体磨生产而成。针对平朔线半柔性厂拌冷再生混合料沥青裹覆效果差的情况后，也从特种乳化剂、改性剂的配方上进行了调整，增强了乳化剂A（由1.2%增至1.4%）、改性剂B的用量（增强了一倍），更换了提高沥青黏附性的原材料成分。在一定程度上改善了半柔性厂拌冷再生混合料的石料裹覆效果。

3.2.3 添加石灰水或石灰粉

消石灰在沥青混凝土内部以钙离子的状态存在于集料与沥青的界面上，一方面与沥青酸反应，一方面牢牢地吸附沥青，同时在使用过程中接触空气和水，它非但不会被溶解，反而会逐渐变为碳酸钙，石灰真正变成碳酸钙以后，便成为十分稳定的物质，集料被一层碳酸钙包裹，转变为碱性岩石一样，因而与沥青之间具有很好的亲和力与黏附性。因此，项目组通过两种试验直接添加消石灰和添加石灰水两种方法进行了尝试，试图改善石料的沥青裹覆效果。

3.2.4 调整原材料组成比例

以原目标设计级配为基础，增加铣刨料含量、减少新集料0～5 mm含量、微调粗细集料用量比例等方法对原材料组成比例进行了调整，一定程度上改善了石料裹覆沥青的效果。

3.2.5 沥青的“二次分配”理论

半柔性厂拌冷再生技术虽然经过多年的开发与应用，但尚有一些理论难题尚未解决。平朔线半柔性冷再生下面层开放轻交通一定时间，乳化沥青破乳后，在形成作用下，经过“二次分配”对石料进行了良好的裹覆，见图2所示。

图2 新集料沥青黏附性试验

3.3 试验检测方法方面

半柔性厂拌冷再生技术是交通运输部重大科技养护专项“西部地区高等级公路技术研究（2007 318 223 02）”重要技术成果之一，不同于传统热拌沥青混合料或水泥稳定类材料，半柔性厂拌冷再生下面层混合料胶结料由特种乳化沥青和水泥双胶结料组成，现行行业标准中部分指标或试验方法与设计文件中存在一定差异。

a）根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）、《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41—2008），对“无侧限抗压强度（养生 7 d，25 ℃）”均无要求，7 d无侧限抗压强度很少用作沥青混合料控制指标，现有的7 d无侧限抗压强度试验方法，包括土的7 d无侧限抗压强度、无机结合料的7 d无侧限抗压强度等，这些试验方法养生均需要放置恒温湿箱，而半柔性厂拌冷再生下面层是自然养生，现有的行业标准养生法缺乏权威养生。

b）养生方法方面。考虑到半柔性厂拌冷再生下面层混合料胶结料由特种乳化沥青和水泥双胶结料组成，试验成型后试件养生方法应为“先连同试模自然养生24 h，置入60℃烘箱中养生40 h，然后取出室温冷却8 h脱模”。

c）根据《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41—2008）及半柔性拌冷再生技术特点，对乳化沥青冷再生下面层取芯时间一般也不做要求，若需现场检测路面芯样强度，根据平朔线具体的交通条件、气候条件，建议取芯时间宜为28 d以上。

4 结语

随着公路网建设的日趋完整，路网维修与养护已成为新课题，沥青路面再生技术的研究与应用引起了大家的关注。乳化沥青具有无毒、无臭、不易燃烧、生产工艺简单、原料低廉易得、便于施工等特点，乳化沥青路面冷再生不仅能够利用旧路面的废弃材料节省筑路材料，还解决了废弃材料对空间的占用及对环境的污染，可节省投资，获得直接的经济效益，并可保证生态环境获得社会效益。高性能半柔性厂拌冷再生技术通过在省道平朔线的成功铺筑，积累了路面回收材料循环利用技术在山西省应用的经验，有利于进一步提高旧料循环利用的技术水平和应用规模。