改性乳化沥青厂拌冷再生工艺在公路改造施工中的应用

张天喜，程强

（山西路桥第七工程有限公司，山西 晋城 048000）

0 引言

随着公路事业的发展，车流量逐年递增，对现有公路等级及路面状况进行改造已成为必然趋势。沥青混凝土路面耐久年限为10～15年，在沥青混凝土路面改造过程中，应本着节约资源、环保优先的理念。目前路面旧料利用已在我国大力推广，旧路沥青混凝土面层经加工与改性乳化沥青等材料进行充分搅拌，用于沥青混凝土下面层，能大幅降低施工成本，所以有必要对改性乳化沥青厂拌冷再生施工工艺进行研究。

1 工程概况

国道208 线庄里至背荫段全长41.789km，路基宽度为12m。原路面结构层为3cm 细粒式沥青混凝土+5cm 中粒式沥青混凝土+30cm水泥稳定碎石，历年交通量统计本路段货车约占61.16%，客车约占38.81%。根据未来年平均日交通量预测，对现状路面状况进行评定，设计面层采用4cm 细粒式改性沥青混凝土+10cm改性乳化沥青厂拌冷再生。

2 施工准备

施工准备主要包括图纸会审、现场调查、施工组织设计、工地试验室建设、工程测量、材料及设备进场、冷再生混合料配合比设计等工作。

2.1 工地试验室建设

工地试验室是保证工程质量、指导生产的关键机构，项目开工前应严格按照《公路水运试验检测管理办法》的规定，建立满足现场试验检测的标准试验室，经当地质监部门验收通过，颁发“临时工地试验室资格证书”后投入使用。

2.2 材料准备

2.2.1 改性乳化沥青

改性乳化沥青采用现场加工或购买成品，其性能应符合《公路沥青路面再生技术规范》（JTG/T 5521—2019）中表5.2.1的规定。

2.2.2 水泥

水泥作为再生结合料，初凝时间应在3h 以上，终凝时间宜在6h 以上且不超10h，可采用普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥，水泥强度等级选用32.5或42.5。

2.2.3 沥青混合料回收料（RAP）

（1）RAP 一般采用铣刨方式，由自卸汽车运至拌和场地，铣刨前应将路面标线、杂物清理干净，铣刨过程中时刻观察铣刨厚度，严禁将水稳基层混入RAP内。

（2）RAP 在利用前应进行破碎、筛分等预处理，不同料源、品种、规格的RAP 宜分类进行预处理；对于粒径超过26.5mm 的RAP、聚团的RAP，应使用破碎机进行破碎。根据RAP 的最大公称粒径合理选择筛网尺寸，将破碎后的RAP筛分成不少于2档。

（3）对于粗粒式或中粒式RAP，宜采用9.5mm 作为分界筛孔，预处理为0～10mm、10～30mm两档。

（4）用于下面层的RAP 沥青含量不宜小于3%，应检验的项目见表1、表2。

表1 RAP检测项目

表1（续）

表2 预处理后的RAP检查项目与技术要求

2.2.4 新集料

当RAP 级配无法满足设计及规范要求时，需添加相应规格的新集料。新集料要求表观相对密度不小于2.45g/cm3，细集料砂当量不小于60%，粗集料针片状颗粒含量不大于20%。

2.2.5 水

配制乳化沥青用水以及冷再生用水均应为可饮用水。使用非饮用水时，应经试验验证，不影响产品和工程质量时方可使用。

3 改性乳化沥青冷再生混合料配合比设计

改性乳化沥青冷再生混合料配合比设计应按目标配合比设计、生产配合比设计、生产配合比验证三阶段进行，在满足各项技术要求的前提下，尽可能加大RAP 在再生混合料中的比例。

3.1 目标配合比设计

3.1.1 RAP取样与试验分析

RAP 取样前应去除料堆表面150～250mm 深度范围内的部分，取样数量一般不少于500kg，要一次性取足。试样存放、试样缩分、RAP 评价严格按照《公路沥青路面再生技术规范》（JTG/T 5521—2019）、《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2015）进行操作。

3.1.2 确定工程设计级配范围

乳化沥青冷再生混合料用作柔性基层时，宜采用粗粒式级配，用作中、下面层时，宜采用粗粒式或中粒式级配。本工程设计为10cm 改性乳化沥青厂拌冷再生下面层，采用中粒式级配，在《公路沥青路面再生技术规范》（JTG/T 5521—2019）规定的级配范围内。

3.1.3 材料选择与试验

配合比设计所用机制砂、10～20mm 碎石、RAP（12～25mm、0～12mm）以及水泥，从工程实际使用的材料中选取有代表性的样品进行检测，各项指标均应符合设计及相关规范要求。

3.1.4 矿料配合比设计

（1）测得RAP、新集料、水泥等各组成材料的级配。

（2）以RAP 为基础，掺加不同比例的新集料、水泥等，使合成级配满足工程设计级配的要求。

（3）合成级配曲线应平顺，不宜有锯齿形交错。

AC-20冷再生混合料矿料级配设计试验结果见表3。

表3 AC-20冷再生混合料矿料级配设计试验结果

3.1.5 确定最佳含水率

参照《公路土工试验规程》（JTG E40—2007）T0131的方法，对合成矿料进行击实试验，确定本工程最佳含水率为5.3%。

3.1.6 确定最佳改性乳化沥青用量及水泥用量

（1）以预估的沥青用量为中值，按照一定间隔变化，形成4～5个乳化沥青用量，取1～3个水泥用量，保持冷再生混合料最佳含水率OWC 不变，制备马歇尔试件，测定试件的毛体积相对密度γf，宜采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2019）T0707蜡封法。

（2）在成型马歇尔试件的同时，采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2019）T0711 真空法实测各组再生混合料的理论最大相对密度γt。

（3）将各组油石比试件进行15℃劈裂试验、浸水24h的劈裂试验。

干湿劈裂强度比是浸水24h的劈裂试验强度与15℃劈裂试验强度的比值，按照下式计算干湿劈裂强度比。

式（1）中：PW为试件浸水24h 劈裂试验强度（MPa）；Pd为试件15℃劈裂试验强度（MPa）；RW/d为试件干湿劈裂强度比（%）。

（4）通常情况下可按照15℃劈裂强度试验和干湿劈裂强度比试验结果达到最佳化（出现峰值）、同时空隙率在8%～12% 范围内对应的乳化沥青用量和水泥用量作为最佳乳化沥青用量（OEC）和水泥用量。当遇到试验结果无明显峰值时，应结合工程经验综合确定最佳乳化沥青用量（OEC）和水泥用量。

（5）最佳乳化沥青用量（OEC）时的混合料空隙率应满足要求，不满足时应重新进行设计。

3.1.7 配合比设计检验

成型试样进行冻融劈裂试验。冻融劈裂试件成型的击实次数，小型马歇尔试件规定为双面各击实50 次，大型马歇尔试件规定为双面各击实75 次，按照本规范规定的方法养生，然后按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2019）T0729 冻融劈裂试验方法对混合料性能进行检验，试验结果应满足要求见表4。

表4 乳化沥青冷再生混合料性能检验指标要求

3.2 生产配合比设计

（1）本工程目标配合比设计时使用的RAP 是拌和厂料堆取样，可采用目标配合比作为生产配合比。

（2）若目标配合比设计使用的RAP 是现场取样，应按照目标配合比使用拌和厂料堆取样的RAP 进行生产配合比设计。

3.3 生产配合比验证

通过试拌、试铺试验段，取样检测混合料各项指标是否满足设计及规范要求，最终确定生产用的标准配合比。

4 铺筑试验段

施工前应铺筑试验段，长度不宜小于200m。通过铺筑试验段应完成下列工作内容：

（1）检验再生设备的性能是否满足施工需要。

（2）确定施工工艺和参数。

（3）验证混合料配合比设计。

（4）检测压实度、渗水系数等性能指标。

（5）建立设备仪表显示值与实际值的相关关系，检验质量控制方案的可行性。

5 施工工艺

5.1 施工工艺流程

施工工艺流程如图1所示。

图1 施工工艺流程

5.2 工艺控制要点

5.2.1 施工前准备工作

冷再生混合料铺筑之前，必须对其下承层进行病害调查，出现病害的区域应进行相应的处理，对于强度不能满足设计要求的必须进行补强处理，清除下承层表面杂物和浮料，保持表面洁净。半幅施工半幅通车时，应在中缝部位支立模板。

5.2.2 拌和

（1）厂拌冷再生设备使用前应进行调试，完成计量系统标定。冷再生各种材料拌和顺序为：先将RAP、新集料、水泥干拌，再加水拌和，最后加改性乳化沥青拌和。

（2）拌和前检测RAP 及新集料的含水率，确定外加水量。

（3）改性乳化沥青应无结团、破乳现象，温度不超过50℃。

（4）矿料从进入搅拌罐到最后出料，整个拌和过程在15～35s完成。

5.2.3 运输

（1）混合料选用自卸车运输，自卸车数量应满足连续摊铺施工的需要。

（2）混合料运输及等待摊铺过程中，宜采用厚苫布等覆盖车厢，避免混合料污染、雨淋、水分损失提前硬结等。

5.2.4 铺洒透层油、稀浆封层

混合料摊铺前，按设计要求铺洒透层油、稀浆封层。

5.2.5 混合料摊铺

（1）摊铺前应检查摊铺机的刮板输送器、螺旋布料器、振动梁、熨平板、厚度调节器等工作装置和调节机构，确认处于正常工作状态。熨平板振频振幅以高频低幅为宜，初始密实度宜调整至85%以上。

（2）摊铺厚度根据试验段确定的松铺系数确定。

（3）摊铺应均匀、连续，速度宜控制在2～4m/min，中途不得随意变换速度或停顿，应避免明显离析、波浪、裂缝、拖痕等现象。施工过程中，摊铺机前方应有运输车等候。

5.2.6 压实

（1）混合料宜在最佳含水率情况下碾压（碾压时以冷再生面层表面出现轻微泛浆为最佳），避免出现弹簧、松散、起皮等现象。

（2）根据试验段及冷再生混合料自身材料特点建议压实工艺为：双钢轮初压（静1+振1 遍）+单钢轮复压（振压2～3遍）+胶轮终压（4～6遍）。

5.2.7 接缝处理

半幅施工留下的冷接缝可在混合料碾压完成后采用人工切齐，再次铺筑时将缝边缘清扫干净，并刷黏层沥青。摊铺时先在已压实的路面上行驶，碾压新铺层10～15cm，然后再逐渐移动跨过纵缝，将纵缝碾压紧密。

因停料造成的横向施工缝，先用3m 直尺检测平整度，再由工人将端部厚度不足和存在质量缺陷部分凿除，形成垂直面。再次铺筑时将接茬清扫干净，并刷黏层沥青。碾压时先在已压实的路面上横向行驶，碾压新铺层10～15cm，然后再逐渐移动跨缝碾压，每碾压一遍向新铺混合料移动15～20cm，直至全部在新铺层上为止，再改为纵向碾压，充分将接缝压实紧密。

5.2.8 养生

冷再生面层在封闭交通条件下自然养生，养生时间不宜少于3～7d。满足用150mm 的钻头的钻芯即可取出完整的芯样或再生层含水率低于2%时，可提前结束养生。

6 质量控制

6.1 原材料质量控制

原材料质量直接影响工程质量和工程后期的耐久性，项目部材料、质检、试验检测等部门应严把原材料进场关，加大原材料检验频率。预处理后的RAP 在堆放时应将其沿水平方向摊开，逐层堆放，高度不应超过2m，且不宜长期存放，应避免离析、结团。

6.2 施工质量控制

（1）拌和设备计量系统精度符合设计及规范要求，严格按照验证的生产配合比进行混合料拌和。

（2）运料车装料时宜前后移动位置，平衡装料，避免混合料离析。

（3）拌和好的冷再生混合料应及时运至施工现场，在水泥凝结和乳化沥青破乳前完成摊铺和压实。

（4）综合考虑施工过程的气候条件，对冷再生混合料的含水率可增减0.5%。

（5）现场铺筑时，随时对再生混合料的质量进行检测，检查摊铺层厚度、横坡，发现问题及时调整。

（6）摊铺过程中，局部有缺陷时，及时安排工人进行找补或更换混合料。

（7）对大型机具无法压实的局部部位，应选用小型振动压路机或者振动夯板配合碾压。

7 安全、环保措施

7.1 安全措施

开工前进行系统安全教育，开工后抓好安全教育和定期培训。通过安全竞赛、现场安全标语、图片等宣传形式增强职工的安全意识和安全生产的自觉性。同时做好施工期间的保通措施，尤其是加强施工现场机械设备及车辆安全管理。

7.2 环保措施

依据国家相关的法律法规，对全体参建人员进行环境保护教育，行驶在既有公路上的运料车必须装载适量，严禁沿途漏洒和污染路面。运送混合料时进行必要的覆盖，以免污染既有道路。

施工现场设置足够的临时卫生设施， 做好施工现场的卫生管理工作，生活垃圾堆放在指定地点， 按规定及时清理或处理。为了防止噪音，靠近居民区的工点选择低噪音的机械设备，合理安排施工时间，减少对居民的干扰。

8 结论

本文通过研究乳化沥青厂拌冷再生混合料的配合比设计及施工工艺，得出以下结论：

（1）乳化沥青冷再生混合料配合比设计包括原材料分析、配合比（乳化沥青及水泥用量）设计和检验，用改性乳化沥青和水泥作为再生剂对废旧沥青混合料再生，无需加热，施工简便，易于控制。

（2）乳化沥青厂拌冷再生基层施工工艺易于控制，可全部回收利用原路面铣刨的沥青混合料，能够保证工程质量并大大降低路面的维修周期，改善了施工条件，延长了可施工时间。乳化沥青厂拌冷再生混合料可用于高速公路的中下面层基层或低一级的沥青混凝土路面的面层，从技术创新、降低能耗和保护环境角度讲，乳化沥青厂拌冷再生技术在我国公路改扩建及养护工程中具有广阔的应用前景。