潭邵高速乳化沥青冷再生施工与试验的匹配性

苏 举，张振武，罗泽文，黄治湘，李 杰，罗元春

0 引言

目前，沥青路面冷再生技术根据再生场地的不同分为厂拌再生和现场再生。乳化沥青厂拌冷再生技术的优点是设备简单、成本低，施工质量易于控制，所以十分具有推广潜力［1］。中国在2008年出台了《公路沥青路面再生技术规范》(JTG F41—2008)，规定了乳化沥青冷再生混合料的配合比设计方法，明确了其矿料级配、最佳含水量和最佳乳化沥青用量。但是，通过试验发现，规范中规定的一些试验方法有时并不能得到预期的试验结果［2］，对复杂施工现场的指导性不是很强，如在实验室设计出的乳化沥青冷再生混合料检测效果较好，但应用到实际工程后却总是出现问题［3］。

为研究乳化冷再生室内试验与现场应用情况的匹配性，笔者针对潭邵高速乳化沥青冷再生试验段的多个情况，在实验室通过针对性的试验探索解决方案，并运用到现场，判断解决方案的可靠性，同时对原材料的特性、拌合方式、施工环境特性、路面压实工艺等方面进行针对性研究，形成完善的乳化沥青配方设计与现场解决方案体系，总结出乳化冷再生施工过程中的控制要点，以更科学的方法指导现场施工。

1 原材料

1.1 RAP 料

乳化沥青冷再生的一个技术优势是能够大比例利用旧沥青路面材料(RAP)［4］，潭邵高速项目RAP材料利用率达90%以上，因而RAP的性质变化对于混合料的性能有至关重要的影响。

1.1.1 水稳料含量的影响

潭邵高速项目由于原路面沥青层薄厚不均，因而在铣刨过程中不可避免地造成RAP中含有水稳料，为考察水稳料含量对乳化沥青冷再生混合料性能的影响，笔者进行了相关试验，试验结果如表1所示。

由表1可知:随着水稳料的掺入，试件的空隙率增大，劈裂强度降低，水稳定性也随之降低。水稳料掺量为 10%时，劈裂强度降低了 0.17 MPa，约20%，同时代表水稳定性的冻融劈裂强度比(TSR)也降低了10%左右，且水稳料掺量越大，性能降低越明显。从混合料拌合完的裹覆状态也能够明显看出，水稳料的掺入使花白料出现的几率增大，且花白料主要以水稳料为主，说明水稳料与乳化沥青的裹覆性较差。

表1 水稳料含量对乳化沥青冷再生混合料性能的影响

1.1.2 RAP 含水率的影响

RAP与新集料的不同之处是，RAP的吸水能力特别强，释放水的能力特别弱，尤其是粒径较小的RAP［5］。最初在进行乳化冷再生项目时，由于现场条件限制或重视程度不够，RAP往往没有明显的覆盖措施，这就导致下雨后RAP大都处于饱水状态。对于不同饱水状况的RAP，笔者进行了相同级配、相同乳化沥青用量(3.8%)、相同水泥掺量(1.5%)及相同混合料含水率(4.4%)条件下的乳化沥青冷再生混合料性能试验，结果如表2所示。

表2 RAP不同饱水状况条件下乳化沥青冷再生混合料的性能试验结果

肉眼观察来看，相同含水率条件下，饱水RAP拌合的混合料要比未饱水拌合的混合料明显偏干，且粗RAP存在较多花白料，表明RAP在不同饱水状况下，乳化沥青冷再生混合料的最佳含水率并不完全相同。由表2可知，RAP饱水后，混合料的试件空隙率相比未饱水状况的明显偏大，更难以压实。其主要原因在于，饱水后的RAP中大部分水分在RAP内部，在压实过程中并不能起到充分润滑作用，混合料的压实和易性较差，而未饱水的RAP主要通过添加外加水，使RAP表面充分润湿，因而更容易压实。RAP饱水后，混合料的劈裂强度和干湿劈裂强度比均有较大程度衰减，这是因为RAP饱水后粗、细RAP含水率不均匀，外加水掺量低，粗集料得不到充分裹覆，因而与乳化沥青黏附性差，使混合料强度和水稳定性要差一些［6-8］。

1.2 乳化沥青的温度

众所周知，乳化沥青的温度对其破乳速度有非常大的影响。有研究表明，乳化沥青的温度每升高6益，其破乳速度就增加一倍，因此控制好乳化沥青的温度对混合料的施工和易性有较大帮助。但在乳化冷再生施工现场，往往由于施工工期紧，当天生产好的乳化沥青还未冷却到合适的温度就运到现场进行施工，导致乳化沥青在拌合过程中就开始大量破乳，拌合电流明显增大。同时，拌合后的混合料施工和易性较差，易发生卸车困难、黏车严重、碾压粘轮、压实度不足等多种问题。鉴于此，笔者采用潭邵高速RAP对不同乳化沥青温度的混合料的施工和易性进行试验。其中乳化沥青用量为3.8%，混合料最佳含水率为4.4%，试验结果如表3所示。

表3 不同温度乳化沥青的工作性能试验结果

从表3可以明显看出，随着乳化沥青温度的升高，其可工作时间大幅度减少，可压实性能也大幅降低，随之带来的是混合料性能的严重衰减。

1.3 水泥掺量

关于乳化沥青冷再生混合料的性能，规范仅仅规定了其空隙率、15益劈裂强度和浸水劈裂强度比、冻融劈裂强度比，对于乳化沥青冷再生混合料的高温性能以及低温抗开裂性能等没有提出明确的要求。为研究这一点，笔者进行了不同水泥掺量的混合料性能试验，结果见表4。

表4 不同水泥掺量的混合料性能试验结果

从试验结果可以看出，乳化冷再生混合料的劈裂强度、水稳定性、高温性能均随水泥掺量的增加有所提高，但其低温弯曲应变却逐渐降低，尤其是当水泥掺量超过1.5%后，下降程度更为剧烈，因而建议水泥掺量不宜超过1.5%。

2 拌合方式比较

乳化沥青冷再生混合料的拌合成型主要经历的是化学过程。因为沥青旧料的表面化学活性千差万别，且气候条件和施工条件存在差异，所以乳化沥青配方的差异直接影响冷再生混合料拌合、摊铺、碾压状态和强度形成速度，以及最终的路用性能［9］。

生产混合料时将RAP、乳化沥青、水按比例投放到拌合锅中拌合。一般来说冷再生混合料的拌合时间应短于热拌沥青混合料的拌合时间，由于现场拌合功较大，拌合时间应在30 s以内［10-13］。乳化沥青混合料若过度拌合，则粗集料表面的乳化沥青容易剥落，还会导致乳化沥青提前破乳，使混合料劲度过大;而拌合不充分则可导致集料不能充分被乳化沥青裹覆。

实验室拌合时，由于拌合锅的功率与大生产时有较大差异，因此拌合时间稍长一些，在3 min左右。

为比较2种拌合方式下混合料性能的差异，在潭邵高速项目工地实验室进行试验对比。实验室采用小拌锅拌合，现场则直接从二级拌锅出料口或料车取料。2种拌合方式采用的乳化沥青都是同一批生产的，用量、级配也相同，小拌锅因功率小，拌合用水量稍大0.3%左右，试验结果对比见表5。

表5 不同拌合方式下实验室与现场混合料性能对比

由表5可知，实验室拌合的混合料更容易压实，试件的劈裂强度更大，主要原因有:实验室RAP料都是晾干后进行拌合试验，外加水主要使RAP表面润湿，而现场拌合时RAP料往往含水率较高，外加水少，部分粗RAP料表面未能完全润湿;实验室配料更均匀，离析情况少，而拌合楼的拌合均匀性取决于RAP铣刨过程中级配是否均匀;实验室总拌合时间长，为3 min，而现场拌合时间不到30 s;实验室拌合时加料顺序较为合理，且有一定时间间隔，拌合楼由于拌合时间短，不同材料的加料时间间隔很短，往往集料表面未充分被外加水润湿就开始与乳化沥青拌合，因而均匀性稍差。

3 混合料成型温度比较

在潭邵高速乳化沥青冷再生现场施工过程中发现，施工天气较好、气温较高时，乳化冷再生混合料更容易被压实，碾压破乳现象更容易出现，同时路面的压实度更高，更容易取出完整芯样。因此在实验室采用粗、细2种级配，并将RAP料、水泥、乳化沥青分别保温在15益、25益、35益的恒温恒湿箱中24 h，乳化沥青用量均为3.8%，水泥掺量为1.5%，并通过拌合试验确定各自的最佳拌合用水量分别为2.2%、2.4%和2.8%，试验结果如图 1、2 所示。

图1、2表明:乳化沥青冷再生混合料的成型温度对其空隙率和15益劈裂强度有重要影响，在一定的温度范围内基本呈线性关系;成型温度越高，混合料越容易压实，劈裂强度也越高;另外，针对粗级配和细级配而言，粗级配混合料的试件空隙率和劈裂强度与成型温度的线性关系斜率均大于细级配，表明成型温度对粗级配的影响更大。

图1 混合料的马歇尔试件空隙率与成型温度的关系

图2 混合料的马歇尔试件劈裂强度与成型温度的关系

施工现场选取同一天出料、同一级配的混合料，分别对其在上午6:00摊铺(气温21.3益)、上午11.00摊铺(气温28.2益)、下午14:00(气温34.8益)摊铺的乳化沥青冷再生路面进行钻芯取样，检测芯样压实度分别为89.5%、90.8%和92.4%，与实验室马歇尔击实试件空隙率和成型温度的关系结论一致。

4 混合料压实工艺比较

目前全球范围内还没有统一的、得到普遍认可的乳化沥青冷再生混合料设计方法和技术要求。中国现行规范主要采用马歇尔击实法成型试件，但也鼓励采用旋转压实进行乳化沥青冷再生混合料的检验，美国各个州对旋转压实遍数的规定也不相同，蒙大拿州规定旋转压实次数为30次，而德克萨斯州则规定为40次。为研究乳化沥青冷再生室内设计方法与现场压实之间的关系，本文针对潭邵高速乳化沥青冷再生项目，采用相同配合比，在气温28益条件下，选择2种现场施工碾压方案、4种室内成型方法进行比较，具体如表6所示。最后分别对现场碾压方案取芯，比较各压实方案混合料的压实度，结果如图3所示。

由上述的试验结果，可以得到如下结论。

表6 现场和室内压实方案

图3 各压实方案乳化沥青冷再生混合料压实度

(1)单钢轮的振压遍数对乳化沥青冷再生路面的压实度有重要贡献，振压遍数越多，压实度越高。从现场结果来看，单钢轮振压对路面的平整度影响较大，方案B振压遍数过多，路面出现了少量横突。

(2)室内压实方案D、E对于指导乳化沥青冷再生施工工艺是合理的，若要对路面压实度有更高要求，可采用方案F的设计方法，但在增加单钢轮振压遍数时，需注意考虑其对路面平整度的影响。

5 结语

针对潭邵高速乳化沥青冷再生项目，分别从原材料特性、拌合方式、混合料成型温度以及压实工艺等多方面进行室内设计与现场施工的匹配性研究。结果证明，要保证乳化沥青冷再生的施工质量，除了按规范要求对乳化沥青混合料进行配合比设计且须达到各项规范指标外，还应分析施工现场的各项影响因素(如铣刨厚度、气温、拌合设备、压实工艺等)，根据施工现场的实际情况调整试验方法，保证试验数据反映真实的施工情况，从而加强对施工现场各影响因素的控制，更好地指导现场施工。

另外，建议在路面铣刨过程中，杜绝铣刨至水稳层，并在RAP筛分后搭棚存放，避免露天堆放;冷再生混合料拌合时，乳化沥青温度越高，破乳速度越快，故应在乳化沥青冷再生路面施工前2、3 d提前生产乳化沥青，待乳化沥青降到合适的温度后再进行施工;水泥可提高乳化沥青冷再生混合料的早期强度、水稳定性及高温性能，但水泥量达到一定值后，路面的抗裂性能会降低，建议乳化沥青冷再生混合料中水泥掺量不高于1.5%;再生混合料拌合时间越短，裹覆均匀性越不好，所以乳化沥青冷再生拌合楼的拌锅应足够长，尽量采用二级拌合方式，或对新料进行预裹覆，以保证混合料的均匀性;尽量选择在气温较高的天气条件下施工，以保证路面压实度;单钢轮的振压遍数对路面压实度有重要影响，施工时为保证路面压实度，可适当增加单钢轮振压遍数，但要注意其对路面平整度的不利影响。

参考文献:

［1］ 陈永明.乳化沥青冷再生技术破乳时间评价方法研究［J］.公路交通科技:应用技术版，2015，7(11):15-16.

［2］ 苏志翔，李淑明，吴小虎.乳化沥青冷再生试验方法改进及性能研究［J］.华东交通大学学报，2014，31(2):37-43.

［3］ 夏 平，张国华，李胜强.乳化沥青配方对冷再生混合料路用性能的影响［J］.科学技术与工程，2012，12(21):5391-5395.

［4］ 贾晓阳，粟关裔，杨 进.冷再生料设计时需考虑的沥青铣刨料性质［J］.城市道桥与防洪，2007(4):141-143.

［5］ 张文浩，张科飞，陶卓辉.高性能乳化沥青厂拌冷再生技术研究［J］.市政技术，2011(3):134-139.

［6］ 吴超凡，曾梦澜，钟梦武，等.乳化沥青冷再生混合料设计方法试验研究［J］.湖南大学学报:自然科学版，2008，35(8):19-23.

［7］ 耿九光，陈忠达，李 龙，等.水泥-乳化沥青冷再生混合料配合比设计［J］.长安大学学报:自然科学版，2009，29(1):10-14.

［8］ 叶 勤，单 民.乳化沥青冷再生混合料设计与施工关键技术分析［J］.现代交通技术，2013，10(1):8-10.

［9］ 樊江顺，李富清，姚琳宁.改性乳化沥青冷再生技术的发展与应用［J］.筑路机械与施工机械化，2006，23(10):1-3.

［10］ 陈晓光，丁 朴，熊 杰.乳化沥青冷再生技术分析［J］.公路与汽运，2006，(2):105-107.

［11］ 范春娇.沥青路面就地冷再生技术研究［D］.西安:长安大学，2008.

［12］ 李光颖.乳化沥青就地冷再生技术研究［D］.重庆:重庆交通大学，2008.

［13］ 吕伟民.乳化沥青冷再生技术关键与应用前景［J］.石油沥青，2009，23(3):29-34.