浅议乳化沥青厂拌冷再生配合比设计中的关键步骤、存在的问题与技术应用

韩忠锋

宁夏路桥工程股份有限公司

浅议乳化沥青厂拌冷再生配合比设计中的关键步骤、存在的问题与技术应用

韩忠锋

宁夏路桥工程股份有限公司

乳化沥青厂拌冷再生技术是以乳化沥青作为结合料的再生技术，这种技术是因沥青混合料路面的大面积维修，每年产生数以千万吨计的废旧沥青路面材料、并逐年呈现出大幅度增长趋势的突出社会环保问题的现实情况下应用而生的。随着人们对环境保护、资源节约、循环经济的深入理解和研究，节能环保、废物利用也逐渐引起人们的关注和重视，那么研究处理和应用废旧沥青路面材料在大的社会环境下已经成为一个必然的动态趋势。

乳化沥青厂拌冷再生；设计；关键步骤；存在问题；技术应用

近年来，宁夏路桥工程股份有限公司加大力度致力于再生技术的研究和投入，而针对乳化沥青厂拌冷再生配合比设计中的关键步骤和存在的问题，青银改扩建项目第四合同段通过大量的试验进行检测和验证，现汇总如下，以供参考：

一、乳化沥青厂拌冷再生配合比设计中的关键步骤：

乳化沥青厂拌冷再生配合比设计能够依据的规范标准只有《公路沥青路面再生技术规范》(JTG F41-2008)，而该技术规范对乳化沥青厂拌冷再生配合比设计的部分条例阐述并不是太明确。现阶段正处于乳化沥青厂拌冷再生技术的推广阶段，而配合比设计的试验操作规程并不健全，因此也给乳化沥青厂拌冷再生配合比设计造成了诸多困难，但总体来说该配合比的设计过程大的框架分为以下六个关键步骤，现将逐一对其进行详细的阐述：

(一)RAP料级配的设计：

RAP料级配的设计是乳化沥青厂拌冷再生配合比设计的前提和关键，依据《公路沥青路面再生技术规范》(JTG F41-2008)要求，应对原路面历史信息、原路面技术状况、铣刨料的级配情况，进行前期的调查和检测，为后期的配合比设计做好准备工作。

在此阶段，需要对铣刨料进行分级处理，并且需要考虑掺配一定量的碎石，用来增强乳化沥青厂拌冷再生混合料的劈裂强度、干湿劈裂强度和高温稳定性。

(二)乳化沥青的选择及乳化沥青蒸发残留分含量的检测：

通过大量的试验验证，高质量的乳化沥青肯定是提高乳化沥青厂拌冷再生混合料劈裂强度、干湿劈裂强度和高温稳定性的保障因素，但普通乳化沥青也能够满足乳化沥青厂拌冷再生混合料的技术要求，我们可以通过增加部分碎石用量，来提高其劈裂强度、干湿劈裂强度和高温稳定性，规范中对乳化沥青的技术要求如表1-1：

该技术指标中蒸发残留分含量的检测指标至关重要，是直接为后期配合比设计中的最佳含水率提供依据，当然在这里残留分含量≥62%是保证乳化沥青厂拌冷再生混合料劈裂强度、干湿劈裂强度和高温稳定性的一个因素，但不是必然和决定性因素，我们可以通过提高碎石的掺量，使用普通的乳化沥青也能够达到技术规范要求的效果。通过试验验证，当碎石掺量提高至27%以上时，检测的劈裂强度、干湿劈裂强度和高温稳定性的试验检测数据的变异系数远远低于碎石掺量低至18%的乳化沥青混合料。

所以乳化沥青的选择和碎石的掺量息息相关，为了保证工程质量，在配合比设计阶段，应该有明确的目标和方向，需要早期做出决策。

(三)最佳含水率(%)和最佳湿密度(g/cm3)的确定：

最佳含水率和最佳湿密度的确定，有两种途径，第一种途径：通过土工重型击实(分三层装料每层击实98次)来确定最佳含水率和最佳湿密度，这种途径是大家都熟知的方法，利用重型击实计算最佳含水率和最佳湿密度，但这里需要注意的是烘干乳化沥青冷再生混合料的烘干温度是60℃±1℃。第二种途径：是通过马歇尔试验的第一次击实(大型马歇尔试件双面各击实75次，小型马歇尔试件双面各击实50次)试验数据计算最佳含水率和最佳湿密度，两种方法计算的结果偏差不大。青银高速改扩建项目施工中的最佳含水率和最佳湿密度，该两种途径都进行了试验验证，计算的最佳含水率在3.4%～3.7%，最佳湿密度在2.230 g/cm3～2.250g/cm3之间。

表1-1 慢裂型阳离子乳化沥青技术要求和试验结果

注意事项：在前面已经提及到的一项试验检测数据：乳化沥青蒸发残留分含量，乳化沥青冷再生混合料的最佳含水率并不是乳化沥青冷再生混合料拌和时的加水量，原因就在于乳化沥青占有一部分水分，表3-1中有一组试验数据，可供参考：

(四)最佳油石比(油是指慢裂型阳离子乳化沥青)的确定：

乳化沥青冷再生混合料配合比设计中最佳油石比的确定与热拌沥青混合料的最佳油石比的确定分析方法雷同，只不过是侧重的检测指标有所不同，乳化沥青冷再生混合料配合比设计中涉及的检测指标如表4-1：

通过青银改扩建项目第四合同段的试验验证，得出表4-2的试验检测数据，再通过图4-1、图4-2可以直观的确定乳化沥青冷再生混合料的最佳油石比。

从图4-1 乳化沥青冷再生混合料干劈裂强度(MPa)与油石比(%)关系曲线图显示，最佳油石比为3.5%；从图4-2油石比(%)与马歇尔稳定度(KN)关系曲线图显示，最佳油石比为3.5%；依据马歇尔稳定度、劈裂试验指标检测结果计算，乳化沥青冷再生混合料的最佳油石比为3.5%。

(五)乳化沥青冷再生混合料目标配合比的检验：

乳化沥青冷再生混合料目标配合比设计的检验就是在上述试验数据分析的基础上，对乳化沥青冷再生混合料的最佳含水率和最佳油石比进行检验，用于确定的乳化沥青冷再生混合料在最佳含水率和最佳油石比时各项检测指标是否符合设计及规范要求。

(六)乳化沥青冷再生混合料生产配合比的设计及验证：

图4-1 乳化沥青冷再生混合料干劈裂强度(MPa)与油石比(%)

图4-2 乳化沥青冷再生混合料马歇尔稳定度(KN)与油石比(%)

表3 -1 乳化沥青冷再生混合料最佳含水率(%)和计算加水率(%)试验结果

表4-1 乳化沥青冷再生混合料基层设计技术要求

表4-2 乳化沥青冷再生混合料各项指标检测结果

乳化沥青冷再生混合料生产配合比的设计及验证是对进场的RAP料及碎石进行重新掺配，通过级配曲线确定各种RAP料及碎石的掺量，再在目标配合比确定的最佳含水率和最佳油石比的基础上，上下浮动0.3%的油石比检测乳化沥青冷再生混合料的各项指标是否符合设计及规范要求。

至此，乳化沥青冷再生混合料的配合比才算是设计完成，可以运用于工程施工。

二、乳化沥青厂拌冷再生配合比设计中的存在的问题：

目前乳化沥青冷再生混合料配合比设计所依据的《公路沥青路面再生技术规范》(JTG F41-2008)的相关技术要求并不完善，而且试验操作规程中并没有明确的试验方法，并且与其它地区的地方标准和操作规程中的试验方法差异过大，给乳化沥青冷再生混合料配合比设计造成了诸多困难。

(一)集料级配的设计过程存在的问题：

乳化沥青冷再生混合料配合比设计中对集料级配的设计状态不明确，没有指明到底是用铣刨的RAP料还是将铣刨的RAP料抽提后用原始矿料进行级配设计。虽然在规范和设计中提到调查料源，分析铣刨料中矿料的成分，但却在集料级配设计过程中却并未注明材料的状态。从技术规范各条例的字面意思上分析，采用将铣刨的RAP料抽提后用原始矿料进行级配设计更为可取，但是在这种集料状态下设计也并不一定合理，除了成本增加(成本增加的原因是这种级配设计必提高碎石的掺配比例，碎石掺配比例提高，乳化沥青冷再生混合料的油石比也会提高，无形中就会增加乳化沥青冷再生混合料的成本)以外，乳化沥青并不能完全将铣刨料中沥青全部溶解掉，因此填充材料偏少、离析现象严重、混合料的劈裂强度偏低，施工路面的平整度差；另一种掺配方式，用铣刨的RAP料直接进行集料的级配设计，然后通过掺配适量碎石的方式改善集料级配，这种方式的级配设计因为铣刨的RAP料的复杂性和矿料组成的不确定性，在后期的工程施工过程中很难保证集料级配满足规范和设计要求，也会为施工过程增加一定的难度，比如：施工碾压过程中的压实度检测指标，通常胶轮的碾压遍数多达十遍以上才勉强满足规范和设计要求，并且取芯的芯样外观质量差。

而解决该问题的方法首先应该从规范与设计文件入手，明确集料掺配时的状态，调整设计文件中的级配范围，并且在配合比设计过程中考虑提高乳化沥青的用量，增强现场施工时的碾压效果，从多个方面综合考虑来提高工程质量。

(二)马歇尔击实试验过程中的击实次数没有明确规定：

马歇尔试验的击实次数决定了整个试验操作过程和最终试验检测数据及结论，不同的击实次数将会有不同的试验结果。在《公路沥青路面再生技术规范》(JTG F41-2008)中提到：标准马歇尔试件的击实次数是，第一次击实次数为双面各击实50次，第二次击实次数为双面各击实25次；但对大型马歇尔试件却没有明确规定，依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中对热拌沥青大型马歇尔试件击实次数的要求推断，乳化沥青冷再生混合料的大型马歇尔试件的击实次数是：第一次击实次数为双面各击实75次，第二次击实次数为双面各击实37次；但是江西省的地方标准《沥青路面乳化沥青厂拌冷再生技术规范》(DB 36/T 573-2010)中却明确规定乳化沥青冷再生混合料大型马歇尔试件的击实次数是：第一次击实次数为双面各击实150次，第二次击实次数为双面各击实75次。

针对以上问题，通过多方沟通，最终确定的击实次数是：乳化沥青冷再生混合料的大型马歇尔试件的击实次数是：第一次击实次数为双面各击实75次，第二次击实次数为双面各击实37次。

说明：乳化沥青冷再生混合料的马歇尔试件要求两次击实，中间需在60℃±1℃的恒温下养护48h。

(三)车辙试验过程中对车辙试件的养生时间和养生温度没有明确规定：

《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中对热拌沥青车辙试件有明确的养生时间和养生温度的规定，要求热拌沥青车辙试件成型后连同试模在室温中放置的时间不少于12h。对聚合物改性沥青混合料试件要求在室温中放置的时间以48h为宜，然后将其放置在60℃±1℃的恒温中保温不少于5h、也不得超过12h，最后再进行车辙试验。但是该方法明显不适用于乳化沥青冷再生混合料的车辙试件，原因是乳化沥青冷再生混合料中含有水分，在室温中放置时间不管是12h还是48h，都无法满足将乳化沥青冷再生混合料车辙试件中的水分蒸发掉，如果车辙试件中含有水分，将会直接影响到车辙试验的试验结果。

在参照马歇尔试件的成型和养生方法的基础上，最终确定了乳化沥青冷再生混合料的车辙试件分两次碾压，第一次轮碾完成后，立即将车辙试件连同试模放置在60℃±1℃的干燥箱内养护48h，然后再进行第二次碾压，第二次轮碾完成后，再将其车辙试件连同试模放置在室温中冷确12h以上，最后依据热拌沥青的试验方法进行车辙试验。

乳化沥青冷再生混合料配合比设计过程中存在的问题，虽然说已得到了初步的解决，但依然没有相关的依据；希望在后期的施工过程中针对以上存在的问题能够得到相关专业人士的解答和支持，并且希望能够有明确的设计依据和方法。

三、乳化沥青厂拌冷再生的技术应用：

乳化沥青厂拌冷再生是以乳化沥青作为结合料的再生技术，从目前的工程实践来看，乳化沥青厂拌冷再生技术在道路再生技术中具有明显的优势，具体表现为：

乳化沥青厂拌冷再生混合料所用的原材料具有无毒、无臭、不易燃烧，并且易于就地取材、使用的是废旧沥青路面的废弃材料，因而价格低廉；

乳化沥青厂拌冷再生技术不同于传统的热拌沥青路面施工，它采用的是就地取材，冷拌施工的特点，因此其生产工艺比较简单；

乳化沥青厂拌冷再生技术充分利用了旧沥青路面的废弃沥青和石料，具有一定的环保效益，既解决了废弃材料的堆放问题，又减少了矿山资源的使用数量，有利于文明施工。

从施工的效果来看，乳化沥青厂拌冷再生混合料由于粘聚性能好，便于摊铺、便于碾压，虽然对碾压的遍数要求比较高，但路面成型后行车舒适、平整度良好；在夏季炎热的天气环境中施工效果更好，水分可以快速蒸发，短期内就会形成一定的强度，两天左右的时间取芯芯样完整、芯壁光滑；如果在春秋季节施工，效果会差一些，取芯的时间将会加长至四到五天。

乳化沥青厂拌冷再生技术有其优点，也有其缺点，但它却符合了我国目前提倡的绿色环保的发展理念，所以乳化沥青冷再生技术必将迎来更为广阔的应用前景。

四、结语

综上所述，乳化沥青冷再生技术有其广阔的应用前景，值得推广应用。虽然在乳化沥青冷再生混合料配合比设计过程中存在着诸多问题，但并不是不能解决，总体来说乳化沥青冷再生混合料配合比设计逃不出上述六个关键步骤，而集料级配、最佳含水率(%)、最佳湿密度(g/cm3)、最佳油石比(油是指慢裂型阳离子乳化沥青)的确定更是重中之重，而真正的短板是乳化沥青冷再生混合料级配的确定，随着乳化沥青冷再生技术的大面积的推广和应用，相信能够克服和解决乳化沥青冷再生技术中的短板，而其它逐条问题，相信在不远的将来也将会逐步的完善和解决。

[1]《公路沥青路面再生技术规范》(JTG F41-2008)

[2]《沥青路面乳化沥青厂拌冷再生技术规范》(DB 36/T 573-2010)(江西省的地方标准)

[3]《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)