乳化沥青厂拌冷再生技术在开阳高速公路改扩建工程中的应用

李 军，陈楚鹏

(1.广东省高速公路有限公司，广州 510623；2.广东华路交通科技有限公司，广州 510420)

0 引言

乳化沥青厂拌冷再生技术是指采用拌合楼将废旧沥青混合料、新集料、矿粉、水泥和乳化沥青拌和后，铺筑到路面的施工技术。由于拌和过程中不需要对集料进行加热，具有很好的节能环保效果，因此近年来在公路工程施工中得到广泛应用[1-4]。

《公路沥青路面再生技术规范》(JTG/T 5521-2019)虽然对乳化沥青混合料的路用性能进行了规定，但是该规范为全国性的规范，对于南方湿热多雨地区的适用性一般，因此，在南方湿热多雨地区的实际应用过程中，一般会提高15℃劈裂强度和干湿劈裂强度，以期提高冷再生沥青混合料的性能。

为推广应用乳化沥青厂拌冷再生技术，满足设计对冷再生混合料的性能要求，本文分析了级配因素对15℃劈裂强度和干湿劈裂强度比的影响，选定了偏细的级配，评价了冷再生混合料配合比的路用性能。以此为基础，在开阳高速公路改扩建工程中铺筑了乳化沥青厂拌冷再生实体工程，介绍乳化沥青厂拌冷再生技术的配合比设计及生产工艺，为类似工程提供参考经验。

1 工程概况

沈阳至海口国家高速公路开平至阳江段原路面结构(从上至下)为：4cmAK-16A上面层+5cmAC-20I中面层+6cmAC-25II下面层+36cm(5%～6%)水泥稳定碎石基层+20cm(3%～4%)水泥稳定碎石底基层。自项目通车以来，开阳高速公路交通量增长迅速，交通拥堵现象日趋常态化，节假日期间尤为突出，在此背景下，开阳高速公路改扩建已势在必行。经过历年检测表明，开阳高速公路面层沥青路面材料性能较好，为对旧料加以循环利用，实现改扩建过程中废旧沥青混合料零废弃，以符合环境建设的理念，在开阳高速公路改扩建工程中应用了乳化沥青厂拌冷再生技术，具体的应用方案如图1所示。

图1 开阳高速公路改扩建乳化沥青厂拌冷再生路面结构

2 原材料性能

2.1 废旧沥青混合料

冷再生沥青混合料配合比设计所使用的RAP料为开阳高速公路路面铣刨料，规格分别为10～30mm、5～10mm、0～5mm。筛分试验结果按《公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)的要求和方法进行。RAP料筛分和抽提结果见表1。

表1 RAP料检测试验结果

2.2 新集料

冷再生沥青混合料配合比设计采用江门市牛江石场石灰岩矿的10～20mm粗集料，筛分试验按照《公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)的要求和方法进行。粗集料筛分级配见表2。

表2 10～20mm粗集料级配

2.3 水泥

水泥为广东某公司生产的P.O42.5水泥。

2.4 乳化沥青

所用乳化沥青为茂名某公司生产的乳化沥青，对其进行检测，各项指标均符合设计要求。

3 配合比设计

3.1 级配设计

冷再生沥青混合料的干劈裂强度和干湿劈裂强度比是重要的设计指标，为提高干劈裂强度和干湿劈裂强度比，设计了三种级配(表3)。

表3 冷再生沥青混合料合成级配

3.2 干劈裂强度和干湿劈裂强度比

根据表2可知，设计了三种类型级配，其中4.75mm筛孔的通过率，级配A<级配B<级配C，即级配A比级配B粗，级配B比级配C粗。以3.8%的乳化沥青用量、4.0%的最佳含水率、乳化沥青B和1.8%的水泥掺量，仅改变混合料级配按照规范要求成型试件并进行试验，试验结果如图2所示。

图2 级配对冷再生混合料劈裂强度的影响

根据图2可知，对于15℃劈裂强度和干湿劈裂强度比，级配C>级配B>级配A，说明冷再生沥青混合料级配越细，其15℃劈裂强度和干湿劈裂强度比越好。而设计要求冷再生混合料的15℃劈裂强度≥0.7MPa，因此选用级配C作为冷再生混合料用的级配。

3.3 混合料性能

以3.8%乳化沥青用量、4.0%最佳含水率、1.8%水泥掺量和级配C室内成型试件，测试乳化沥青冷再生混合料的残留稳定度、冻融劈裂强度比和动稳定度，试验结果见表4。

表4 乳化沥青冷再生混合料试验结果

由表4可见，冷再生沥青混合料的各项性能均符合要求，可进行施工生产。

4 连续式拌合楼改造

对水泥稳定碎石拌合机进行改造后，形成了开阳高速公路厂拌冷再生拌和设备，增加了旧料配料装置、乳化沥青喷洒装置和乳化沥青储备筒等装置[5-6]，连续式拌合楼用于生产乳化沥青冷再生混合料需要解决的核心问题是乳化沥青用量的输送及计量和混合料搅拌。

4.1 混合料搅拌工艺改造

乳化沥青冷再生混合料搅拌过程中需要解决的关键问题，是乳化沥青能均匀洒布在骨料表面和混合料骨料拌和均匀。为解决该问题，采取了以下措施：(1)在二级拌和缸处安装乳化沥青喷洒管；(2)增加上料仓，确保拌合楼具有不少于6个上料仓；(3)改变水槽位置，将水槽安装在骨料进入拌缸处，使得骨料在进入搅拌缸前充分湿润。经在开阳高速公路改扩建工程中的应用表明，采取上述措施搅拌的乳化沥青厂拌冷再生混合料的均匀性较好。

4.2 乳化沥青计量设备改造

乳化沥青计量是厂拌冷再生混合料生产的关键性因素，也是常常容易被忽视的一个因素。开阳高速公路改扩建工程厂拌冷再生混合料的生产充分考虑了该因素，优选了计量，确保计量精度，并采用称重法进行了标定。

5 施工工艺及效果

5.1 摊铺

乳化沥青冷再生混合料的摊铺和常规沥青混合料的摊铺工艺无明显差别，施工过程中应避免出现离析和松散等问题。发现上述问题时，应查找原因并及时消除。开阳高速公路改扩建工程乳化沥青厂拌冷再生混合料摊铺按照3～4m/min的速率，1.25的松铺系数进行施工控制。

5.2 碾压

碾压分为初压、复压、终压三个阶段。碾压采用1台26t单钢轮压路机、1台30t轮胎压路机、1台13t双钢轮压路机的组合。初压采用单钢轮压路机静压1遍，复压采用轮胎压路机揉压6遍，终压采用双钢轮压路机静压1遍。

5.3 养生

冷再生混合料采用自然养生工艺，当钻芯机用φ150mm钻孔钻出完整芯样时结束养生，可以对冷再生结构层进行覆盖。

5.4 施工效果

施工完成后，对试验段进行现场取芯(图3)，并测试芯样的压实度和厚度，检测结果见表5。

图3 取芯芯样

表5 试验段取芯芯样检测结果

从检测结果来看,试验路方案的压实度、厚度等技术指标均满足《公路沥青路面再生技术规范》(JTG/T 5521-2019)和设计要求。

6 结论

开阳高速公路改扩建工程柔性基层应用了乳化沥青厂拌冷再生技术，通过室内试验和实体工程施工，得到以下结论：

(1)乳化沥青冷再生混合料级配越细，其15℃劈裂强度和干湿劈裂强度比越好，因此对于南方湿热多雨地区，乳化沥青厂拌冷再生混合料级配设计应取中值偏下。

(2)乳化沥青厂拌冷再生混合料经过合理配比，残留稳定度、冻融劈裂强度比和动稳定度等性能指标满足设计要求，可用于实体工程铺筑。

(3)连续式拌合楼通过合理改造后，可作为乳化沥青冷再生混合料的生产设备，经试验段验证，生产的冷再生沥青混合料质量合格。

(4)开阳高速公路改扩建工程乳化沥青厂拌冷再生柔性基层按照3～4m/min摊铺，初压、复压和终压碾压8遍，松铺系数1.25控制的施工工艺进行施工，压实度、厚度和芯样完整性满足设计要求。