泡沫沥青冷再生技术在G328路面修复工程中的应用

2020-07-01毛隆权

江苏科技信息 2020年14期

毛隆权

（淮南市公路管理局，安徽淮南 232001）

0 引言

随着我国生产总量的不断上升，民众车辆保有量的不断上涨，道路车辆出现超载量大、超载重的百分比逐年增加，传统的沥青混凝土路面饱受考验。而新技术泡沫沥青就地冷再生技术的应用为道路养护、改造提供了极大效益，其不仅降低了道路养护成本，而且对生态环境也有相当大的好处，值得推广［1］。

1 沥青发泡效果评价指标与最佳发泡条件

泡沫沥青又称之为膨发沥青，热沥青中注入一定的常温水而成，并在短时间内，在沥青气泡破裂后，产生大量的沥青材料。泡沫沥青和骨料混合时，各个分散的沥青泡沫化作小个体在细骨料表面形成数以万计的微细颗粒状，使得大量的沥青黏性的填充料在经过混合压缩后填充至材料的空隙中，形成的混合料类似砂浆，并达到稳定。泡沫沥青是由矿物质粉体，几乎完全分散的沥青颗粒与沥青胶料和粗骨料“焊接”而成的矿物质粉体组成的路面［2］。

在沥青起泡过程中，膨胀率和半衰期是两个的控制参数。膨发到最大体积，泡沫完全消失时，指的是沥青海绵的体积比；半衰期是指泡沫沥青从最大体积下降到最大体积所需时间的一半。一般情况下，泡沫的沥青膨胀率应大于10，但半衰期应大于8 s。混合料中沥青体膨胀的倍数越大，结构的可行性越好，最终物化的分散性均匀性越大，泡沫沥青越多。半衰期是指沥青发泡状态达到最大体积的时刻至泡沫消散至最大体积的一半时所需的时间。半衰期较长，沥青泡沫在结构上慢慢弱化，长于能提供有效的搅拌时间。因此，要想制造出半衰期长的泡沫状泡沫沥青，需要选择膨胀率大。这就是实验的最终目的，在喷浆室中继续进行，即在使用沥青时力争获得最佳的发泡条件［3］。

除此之外，影响发泡效果的主要因素为发泡温度和发泡用水量。为确定最佳发泡温度和发泡用水量，设计试验方案如下：分别设定温度为155℃，160℃，165℃，发泡用水量为1.5%，2.0%，2.5%，3.0%，通过每组试验膨胀率与半衰期来最终确定最佳发泡温度与发泡用水量。具体数据结果如表1所示。

表1 三种存储方式的比较

对沥青温度在155℃的发泡性能分析，发现该温度下的最佳发泡用水量为2.5%，对应的膨胀率为13，半衰期为12 s；对沥青温度在160℃的发泡性能分析，发现该温度下的最佳发泡用水量为2.4%，对应的膨胀率为16，半衰期为12 s；165℃的发泡性能分析，发现该温度下的最佳发泡用水量为2.3%，对应的膨胀率为13，半衰期为11 s，选择膨胀率与半衰期相加数值最大的160℃作为最佳发泡温度（见图1，表2）。

图1 160℃下最佳发泡条件

表2 沥青最佳发泡条件

2 泡沫沥青冷再生沥青混合料的配合比设计

2.1 旧沥青混合料和级配

根据泡沫沥青冷再生混合料应用的道路交通荷载情况和使用的层位，选用表3的级配范围，并依据此级配范围，结合RAP的级配，（RAP中含部分水泥稳定碎石），选择0～5 mm粒径的石屑和10～25 mm粒径的碎石，调整不同的添加比例进行试配，确定三组材料组成为：1.5%水泥+5%碎石+95%RAP［4］。具体级配结果如表3所示。

2.2 最佳含水率确定

按照已设计的级配曲线，按各档集料用量掺配，然后以0.5%间隔变化形成5种含水量：6.5%，7.0%，7.5%，8.0%，8.5%。对合成集料（含水泥、不含沥青）进行击实试验，确定集料最大干密度和最佳含水量。泡沫沥青冷再生混合料的最佳拌和用水量取合成集料最佳含水量的80%，具体试验和计算结果如表4 所示［5］。

2.3 预估泡沫沥青用量

根据泡沫沥青冷再生混合料的合成级配范围和合成混合料中原沥青含量，预估各方案泡沫沥青用量为2.3%。

表3 泡沫沥青冷再生级配掺配比例

表4 冷再生混合料击实数据

2.4 配合比设计结论

通过室内试验，推荐泡沫沥青冷再生混合料配合比设计方案如表5所示。

3 泡沫沥青冷再生混合料施工工艺

G328启老线寿县段是准南市公路网中提供的一条东西向交通重要通道，也是淮南市与寿县之间一条重要的连接线，交通流量大，部分路段路面出现病害，亟待保养。为循环再用废旧沥青混合料，走环境友好和资源节约型交通发展之路，本项目采用就地冷再生技术进行路面修复。原路面结构层为：9 cm沥青面层-20 cm级配碎石-19 cm水泥稳定基层-路基；改造后路面结构层：5 cmAC-13C面层-10cm泡沫沥青冷再生层-20 cm级配碎石-19 cm水泥稳定基层-路基，表现厚实，稳定。

表5 泡沫沥青冷再生混合料配合比设计推荐方案

本案应用维特根3800CR冷再生装置同时加入泡沫沥青切碎的旧沥青，并进行再生，经过卷扬设备传送摊铺，通过冷再生装置完成再生的泡沫沥青就地施工作业。

3.1 集料撒布

碎石采用撒布车撒布的方法，按配合比根据用量计算好每平方米撒布量。将水泥均匀撒布在老路表面，按配合比结果5%的碎石掺量根据用量计算好每平方米撒布量，将碎石均匀撒布在老路表面。

3.2 水泥撒布

碎石撒布完成后，水泥采用撒布车撒布的方法，依据配合比设计结果，按1.5%的水泥掺量根据用量计算好每平方米撒布量。将水泥均匀撒布在老路表面。水泥撒布一旦完成，除了再生机（包括附属设备）以外其他车辆一律不得进入施工区域。

3.3 再生设备铣刨拌合

为保证施工过程中沥青温度，施工过程中引入了沥青加温移动罐对现场沥青进行加热保温，以保证沥青发泡效果。

待水泥和集料撒布完后对未铣刨路面及上面的铣刨料进行泡沫沥青冷再生施工。3800CR再生机铣刨和拌和转子同步运行，3800CR再生机通过推行杠推动前面的沥青罐车，一次性可以再生3.8 m。采用下切施工法，提高铣刨材料颗粒的适用度，防止切除过大块的材料。在再生时即使有较大的颗粒，强劲的拌和转子也会把大颗粒碰到后挡板而破碎；通过微处理器保证沥青黏结剂和水配料的精确计量，同时事先撒布的水泥也被混入搅拌。由此被生成的混合料通过输送带输送至摊铺机处直接进行半幅摊铺。检测距离为每隔200 m作一个记录，作业周期内更快地保持一定的生产效率的提高和良好的再生效果。根据运行速度和生命周期及回收材料的情况，适宜的情况下，应不低于3～8 m/min作业速度。

3.4 摊铺

泡沫沥青再生混合料的摊铺和水泥稳定碎石混合料的摊铺基本相同，采用摊铺机摊铺，熨平板不需要加热。本次施工采用一台福格勒摊铺机进行半幅摊铺，摊铺宽度设定4.5 m，摊铺速度控制在2～4 m/min，松铺系数约1.4。摊铺前，混合料通过再生机打入摊铺机进行摊铺，现场摊铺机采用内侧走雪橇，外侧架平衡梁的方式进行找平摊铺。摊铺机摊铺过程中匀速平稳连续作业，基本做到了缓慢、均匀和不间断地摊铺。