G109乳化沥青厂拌冷再生配合比设计研究

李斌1，王景亮，武奎，王景元

（1.甘肃省兰州公路局，兰州 730000；2.西安好友公路养护工程有限公司，西安 710000）

如今我国公路网建设已基本成型，公路建设已进入大中修养护阶段，对于养护有相应的养护手段，路面损坏轻微的，有薄层罩面、微表处、同步碎石封层等技术；有些严重的路面需要铣刨重建。目前高等级沥青混凝土路面寿命一般为7 a 左右[1-3]。在路面重建过程中，会产生大量废旧铣刨料，将铣刨料的回收再利用，能够节约资源、保护环境、减少污染。

乳化沥青冷再生技术是指利用原沥青路面材料（包括面层材料和部分基层材料）进行铣刨后，加入部分新骨料或新集料，按比例加入一定剂量的添加剂（水泥、矿粉、石屑、乳化沥青等）和一定量的水，通过拌和机重新拌和，最后碾压成型，使之重新形成路面结构层的一种工艺方法。

厂拌冷再生技术可作为路面的基层和下面层，能将沥青路面的上面层和下面层一起回收利用，在水泥稳定层和沥青面层之间加上一层柔性层，能够减少路面反射裂缝，减少干缩干裂，提高路面使用寿命。

本文通过室内试验进行了铣刨料的配合比设计，以及用几种乳化剂生产的乳化沥青进行配合比试验的一些性能研究。

1 原材料

（1）铣刨料（RAP）：选取G30 高速白银工区提供的RAP 料，0 ～5 mm 铣刨料、5 ～10 mm 铣刨料、10 ～26.5 mm 铣刨料。

（2）新集料：选用石灰岩20 ～30 mm，质量符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2017）的规定。

（3）拌和用水：水洁净，不含有害物质，满足工程用水需求。

（4）填充材料：矿粉（选用白银市鸿泰康商贸有限公司的矿粉），水泥（选用京兰42.5 普通硅酸盐水泥），质量均符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2017）的规定。

各种矿料外观图如图1所示。

2 乳化沥青

根据乳化沥青冷再生路面混合料性能，选三种乳化剂，乳化剂分别命名为A、B、C；选两种基质沥青SK90 号和克拉玛依90 号。乳化沥青指标参照《公路沥青路面再生技术规范》和《公路沥青路面施工技术规范》，检测结果如表1。

从表1中看出，生产的6 种乳化沥青具有以下特征：

1）SK90 号基质沥青+乳化剂A、乳化剂C生产的乳化沥青，1 d 和5 d 的储存稳定性均不合格，其它四种乳化沥青均合格。

2）用克拉玛依90 号基质沥青比SK90 号生产的乳化沥青常温储存稳定性好。

3）除了储存稳定性外，乳化沥青的其它指标均符合要求。

图1 矿料外观照片

3 铣刨料级配优化选择

厂拌乳化沥青冷再生混合料级配采用《公路沥青路面再生技术规范》（JTG/T 5521—2019）表5.4.2 中的中粒式级配要求，见表2。

本次配合比设计所用原材料的筛分试验结果汇总于表3，其中铣刨料的筛分试验参照《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2005）T 0327 干筛法。

4 混合料级配组成设计

本文铣刨料掺入比例按90%，新集料、矿粉、水泥掺入比例10%来做配合比设计；根据林宏伟、叶亚青等人编写的《水泥掺量对乳化沥青冷再生混合料性能影响》文章中所得，水泥掺量均为1.5%[4]。矿粉添加量均为1.5%，根据各档料的级配与合成级配要求，选了如表4几种级配。

根据《公路沥青路面再生技术规范》（JTG/T 5521—2019）和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011），制作马歇尔试件，制作顺序如下：

1）向拌和机内加入混合集料，先拌和30 s，再加入外加水，拌和30 s，再加加入乳化沥青，拌和60 s，最后加入矿粉、水泥，拌和60 s。

2）将拌和均匀的混合料装入试模，用细铁棍，外侧捣15 次，中间捣10 次，然后放到马歇尔击实仪上，双面击实50 次。

3）试模侧放入60 ℃烘箱中，养生时间不少于40 h。

4）将试模从烘箱中取出，立即双面击实25次。

5）将试模侧放在地面上，在室温下冷却不少于12 h 脱膜。

铣刨料在这六种比例下，选用油石比（纯基质沥青）2.5%，外加水2.0%制做的马歇尔试件。

根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》T 0705—2011 检测的空隙率如表5。

由表5数据，选用了比例四做铣刨料的配合比设计，在此种配合比情况下，混合集料的筛分结果如图2。

RAP 集料在比例四的配合比情况下，用离心分离法对铣刨料中沥青含量试验，检测数据如表6。

表1 冷再生乳化沥青检测项目及技术要求

表2 乳化沥青冷再生中粒式混合料级配要求

表3 集料分档筛分的通过率

表4 铣刨料比例设计

表5 各种比例下的空隙率

5 最佳外加水量

根据选取的级配，在不同油石比下，做不同加水量的拌和，观察混合料的拌和均匀性、集料沥青裹覆状态及混合料的状态，如果拌和完成后混合料的和易性良好，无花白料，料浆不聚集，粗细料不分离，且拌和完成后放于室外至少3 h后混合料不结团，则混合料达到理想拌和状态。根据拌和试验，最后确定的混合料不同油石比对应的最佳外加水量，如表7所示。

6 最佳油石比

本试验选择1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%七种油石比，采用马歇尔击实成型试件进行试验，依据《公路沥青路面再生技术规范》（JTG/T 5521—2019）设计要求，依据空隙率、劈裂试验、干湿劈裂强度比，求得最佳油石比，见表8、图3、4。

表6 铣刨料的检测数据

表7 油石比对应的外加水量

表8 油石比的检测数据

在此种配合比情况下，由表8、图3、图4得出结论：

1）随着油石比的增大，空隙率减小，劈裂强度先增大再减小。干湿劈裂强度比增大。油石比≤2.0%时，干湿劈裂强度都不合格，当油石比≥3.5%时，空隙率均不合格；所以油石比可用范围在2.0%～3.5%之间；

图3 劈裂强度

图4 干湿劈裂强度比

2）根据劈裂强度试验，得出最佳油石比为2.5%。图5、6 为不同油石比下，拌和好的冷再生混合料，以及制作好的马歇尔试模。

7 再生乳化剂与混合料评价

从上面结论可知，选最佳油石比2.5%，外加水2.0%，对这几种乳化沥青制作马歇尔试模，检测劈裂强度、干湿劈裂强度比、冻融劈裂强度比、车辙动稳定度，试验结果如表9所示。

图5 不同油石比的拌和混合料

图6 不同油石比的马歇尔试件

表9 几种再生乳化剂的试验检测结果

由表9可知：

1）用基质沥青SK90 号比克拉玛依90 号生产的乳化沥青性能指标好；

2）乳化剂C 生产的乳化沥青的车辙动稳定度较差，乳化剂A、B 车辙动稳定度略好，最好的为基质沥青SK90 号 +乳化剂B。

8 路用效果评价

G109 兰州段翻新改建工程使用1 a 后，道路通行能力良好, 无任何变形与表面剥落等病害,路面平整行车舒适，使用冷再生技术铺筑的上基层路段与其他路段无差异，这表明经过乳化沥青厂拌冷再生应用在上基层的技术能够有效处治路面龟裂、沉陷、车辙、坑槽、基层松散等病害。

9 结语

乳化沥青冷再生技术是一项先进的养护技术，我国已逐渐在推广应用，但是技术成熟度仍需要继续探索。本文通过对G109 翻新工程的乳化沥青冷再生配合比设计研究总结了以下几点。

a）白银工区铣刨料、新集料、矿粉、水泥的最佳比例为，10 ～26.5 mm 铣刨料：5 ～10 mm 铣刨料：0 ～5 mm 铣刨料：新集料20 ～30 mm：矿粉：水泥=25:40:25:7:1.5:1.5。

b）最佳的乳化沥青为，选用基质沥青SK90号和乳化剂B 来生产乳化沥青。

c）最佳油石比为2.5%；油石比的可选择范围为2.0%～3.5%之间。