厂拌冷再生技术在佛山一环高速中的应用研究

徐日辉， 黄红明，2

(1.佛山市公路桥梁工程监测站有限公司， 广东 佛山 528041；2.佛山市交通科技有限公司， 广东 佛山 528041)

广东省佛山一环高速公路主路全长99.2 km，辅路全长51.7 km。采用一级公路标准兼顾城市道路功能设计，主路设计行车速度为100 km/h，辅路为50 km/h。自2006年建成通车以来，随着交通量的逐年增长，部分路面结构性和使用功能出现一定程度损坏，通行能力受到较大限制。为改善其行驶质量，提高路网通行能力，2018年对其进行改造。路面改造过程中势必产生大量铣刨料(RAP)，RAP材料的合理化再生利用至关重要。为此，先行进行沥青路面再生试验路施工，为后面的路面大修积累经验。经现场勘查，选定东线外环主线K2+900—K3+900单幅1 km典型路段作为试验路。

目前再生技术主要分为厂拌冷再生、厂拌热再生、就地冷再生、就地热再生4种，其中就地冷再生技术包括沥青层就地冷再生与就地全深式再生，厂拌冷再生技术分为乳化沥青厂拌冷再生与泡沫沥青厂拌冷再生。结合该项目的特性和各再生技术的特点，采用利用率最高的厂拌冷再生技术，实现路面沥青回收材料的100%利用，同时利用乳化沥青冷再生优异的柔塑性特性，将其作为结构层和应力吸收层使用。

1 试验路路面结构方案

1.1 旧路现状及病害成因分析

试验路路段主要病害类型为纵、横向裂缝及块状修补[见图1(a)]。为分析路面病害发展层位，对试验路段进行取芯分析，结果[见图1(b)]显示：1) 重度纵、横向裂缝交叉病害处，病害已贯穿整个路面结构层；轻度纵、横向裂缝交叉病害处，病害已贯穿沥青面层2) 第三、四车道路面病害较严重，属于结构性病害，路面病害破损层位已发展至半刚性基层，需对半刚性基层进行彻底处治；第一、二车道路面病害状况相对较轻，路面病害破损层位已贯穿沥青面层，需对沥青面层进行彻底处治。

图1 旧路现状

综合分析试验路各病害特征及交通流量、气候水文条件等因素，造成该项目路面病害较多的原因主要有：1) 交通量流量大。日均交通量约20 万辆，且集装箱、拖挂车等重载车辆较多，超载严重，主要集中在三、四车道，导致路面各结构层材料出现疲劳破坏。2) 使用时间较长。该项目竣工通车已超过9年，沥青面层在行车荷载的反复循环作用下接近材料疲劳极限，抵抗裂缝的能力逐年降低，路面整体性能不断衰退，导致路面病害逐渐发展并恶化。3) 年降雨量大。佛山地区雨季时间长，年平均降雨量约1 700 mm，且路面结构属于典型的“强基薄面”，反射裂缝较多，在行车荷载及动水压力反复作用下，路面出现水损坏等问题。横向裂缝主要是由基层反射裂缝所致。

1.2 路面结构方案设计

根据旧路现状及该项目的特点，确定路面结构总体设计原则如下：1) 分车道处治；2) 维持原路面标高不动；3) 路面材料绿色低碳，即RAP铣刨料100%循环利用；4) 动态设计，现场实施过程中根据实际铣刨情况动态调整。同时，为确保后续佛山一环高速化改造的顺利实施，拟通过这次维修，采用长寿命柔性基层结构，对原半刚性基层路面结构进行柔性化转换，改变路面病害发展形式，将“自下而上”的病害转化为“自上而下”的病害，未来高速化改造完成后通过预防性养护和表层养护即能实现路面保持良好的服务水平，大幅节约养护成本。试验路路面结构设计方案见表1，针对乳化沥青厂拌冷再生不足路段，在一、二车道采用ATB-25代替。

表1 试验路路面结构设计方案

2 级配设计及RAP、水泥用量确定

2.1 原材料及矿料级配

现场封闭交通后对沥青面层进行铣刨并收集RAP材料，将RAP材料破碎筛分为3档，分别为0～5、5～10、10～30 mm，并添加10～20 mm石灰岩碎石、矿粉等进行配合比设计。水泥采用英德龙山P.C.32.5水泥，以外掺方式加入混合料中。表2为乳化沥青的技术指标。为分析RAP和水泥掺量对其混合料性能的影响，以RAP掺量70%、80%、90%分别设计3种矿料级配，矿料级配组成见表3。预估乳化沥青用量为3.5%进行不同含水率下击实试验，3种级配下最佳含水率均为4.5%。

2.2 RAP掺量

对3种级配乳化沥青冷再生混合料进行劈裂试验、无侧限抗压强度试验、车辙试验、冻融劈裂试验、浸水马歇尔试验，评价混合料的强度、高稳定性及水稳性能，分析RAP掺量对乳化沥青冷再生混合料性能的影响，确定最佳RAP掺量。试验均采用标准马歇尔试件，乳化沥青用量为3.5%，水泥掺量为1.5%，试验结果见图2、图3。

表2 乳化沥青的技术指标

表3 混合料矿料级配组成

从图2可看出：RAP掺量从70%增加到90%时，冷再生混合料的劈裂强度逐渐降低，但最低也有1.02 MPa，均高于0.7 MPa，具有较高的强度；高温稳定性能随着RAP掺量的增加略有降低，由于混合料中掺入了水泥，动稳定度均处于较高水平，均具有良好的高温稳定性能。

图2 RAP掺量对乳化沥青冷再生混合料劈裂强度和动稳定度的影响

图3 RAP掺量对乳化沥青冷再生混合料残留稳定度和冻融劈裂强度比的影响

从图3可看出：随着RAP掺量的增加，冷再生混合料的残留稳定度和冻融劈裂强度比基本处于同一水平，均满足规范要求。

综合乳化沥青冷再生混合料的路用性能、经济效益及同类型项目情况等，确定试验路RAP掺量为80%。

2.3 水泥掺量

以水泥掺量分别为1%、1.5%、2%对混合料的劈裂强度和无侧限抗压强度开展试验研究，分析水泥掺量对乳化沥青冷再生混合料性能的影响，确定最佳水泥掺量。试验结果见图4。

图4 水泥掺量对乳化沥青冷再生混合料劈裂强度和无侧限抗压强度的影响

从图4可看出：随着水泥掺量的增加，冷再生混合料的劈裂强度和无侧限抗压强度逐渐增大，说明虽然在乳化沥青冷再生混合料中掺入的水泥很少，但作用很明显，能大幅提高混合料的劈裂强度和无侧限抗压强度。当水泥掺量达到一定程度后，劈裂强度的增长速率下降，而无侧限抗压强度则相反。综合考虑规范要求、经济性及水泥用量过大会导致混合料易收缩开裂等因素，确定水泥掺量为1.5%。

3 冷再生试验路施工质量控制

乳化沥青冷再生混合料施工的关键环节为铣刨筛分→拌和→运输→摊铺→碾压→养生。图5为沥青面层现场铣刨。铣刨所得RAP堆放在经过硬化处理且排水通畅的地面上，不同规格的RAP分类堆放，采用隔墙分隔，防止窜料，堆放高度控制在5 m以内，以不结块、不成团为宜。拌和冷再生沥青混合料应均匀，混合料呈褐色，无花白料、无液体流淌、无水泥或矿粉成团现象，且和易性好。再生冷料拌和好后，立即运送至施工现场。从拌和机出料仓向翻斗车卸料时，混合料不得在车厢内集中堆积，防止粗、细集料离析。运输混合料时，用不透光的棉被或厚帆布严密覆盖，防止混合料见光破乳、污染、雨淋而影响其质量或造成浪费。

图5 现场铣刨

冷再生沥青混合料现场摊铺速度应与供料速度平衡，需缓慢、均匀、连续不断地摊铺(见图6)，压路机的组合配置见表4。碾压完成后及时养生，养生期为3～5 d，以冷再生沥青混合料中总含水量小于或接近2%或可以用φ150 mm钻孔取芯机取出完整芯样作为结束养生的依据。配置足够数量的彩条布或PU薄膜类防雨圈材，在下雨前将养生路段再生层覆盖严密，并做好路肩排水。待养生完成后进行现场取芯，结果显示芯样完整密实、骨架较好(见图7)。

图6 现场摊铺

表4 压路机的组合配置

图7 现场芯样照片

4 结语

通过调查佛山一环高速公路旧路路面使用现状并进行病害成因分析，根据不同车道的病害情况提出试验路路面结构设计方案。为确保乳化沥青冷再生混合料具备良好的路用性能，开展不同RAP、水泥掺量对乳化沥青冷再生混合料性能影响研究，确定RAP掺量为80%、水泥掺量为1.5%时混合料的综合性能较佳。根据现场取芯情况，芯样完整密实、骨架较好，试验路总体铺筑效果良好。