乳化沥青厂拌冷再生技术在旧路改建项目中的应用研究

2022-12-15牟翰

工程建设与设计 2022年22期

牟翰

（宁夏公路勘察设计院有限责任公司，银川 750001）

1 引言

乳化沥青厂拌冷再生技术是指在拌和厂将沥青混合料回收料（RAP）进行破碎、筛分，掺入一定比例的新矿料，与再生结合料（如水、乳化沥青和水泥）在室温下混合成混合物，然后铺筑在路面结构的基层或下面层再次形成沥青路面。其主要目的是使旧料材料得以重复利用，显著特点是节省资源、经济环保、施工过程易控等。本文依托西部某国道改建工程，从材料要求、配合比设计、施工工艺、效益分析等方面系统地介绍乳化沥青厂拌冷再生技术，为同类工程提供参考。

2 工程概况

某国道改建设计项目，其旧路于2002年建成，技术标准为山区重丘二级公路，设计时速40 km，地形限制路段设计时速30 km，路基宽度8.5 m。拟采用二级公路标准进行改造，设计速度60 km/h，路基宽10.0 m。改建过程中，对旧路的沥青混凝土面层全部铣刨后，采用乳化沥青冷再生加以利用，作为新建路面的上基层[1-2]。

3 工程设计

3.1 材料要求

乳化沥青的基质沥青要根据公路等级、交通状况、气候条件、路面类型、受力特点、施工方法、当地的使用经验等综合考虑确定。此项目采用慢裂型阳离子乳化沥青，经检测，各项指标满足技术要求。

为加快乳化沥青破乳和颗粒间的凝结速度、减小混合料孔隙率、增加强度和抗水能力、改善和易性，在混合料拌和时宜加入水泥，水泥应疏松、干燥、无结块，其强度、安定性、初凝时间达到技术要求[3]。

本项目工程用水采用自来水。加水用于调整混合料的和易性和均匀性，避免过早破乳，延长工作时间。

3.2 级配设计

将原路面回收料分别用9.5 mm、4.75 mm方孔筛分成10～20 mm、5～10 mm、0～5 mm三档。筛分后三档料所占比例分别为32.6%、29.7%、37.7%。根据RAP料的筛分结果，结合工程需要，确定采用粗粒式级配。由于原路面沥青面层回收料粒径较小，缺少粗骨料，RAP料中也缺少细集料。因此，本次设计在原有RAP料中添加20～30 mm及0～5 mm两档料。冷再生掺配比例：20～30 mm新料∶10～20 mm RAP料∶5～10 mm RAP料∶0～5 mm RAP料∶0～5 mm新料=18%∶20%∶20%∶27%∶15%。乳化沥青冷再生中水泥用量不宜大于1.5%，本次水泥用量采用1.0%。为满足筛分需求及提高混合料的黏结，应加入4.0%的矿粉。筛分结果及合成级配见表1。

表1 冷再生混合料筛分结果及合成级配

3.3 配合比设计

将RAP料、新集料、矿粉、水泥等按以上比例混合进行击实试验，通过击实试验确定液体用量。按规范要求采用乳化沥青用量为3.5%，进行重型击实试验，确定最佳含水量。本工程通过击实试验，确定混合料的最佳含水率为5.8%。

按照合成级配中RAP料、新集料、矿粉、水泥等的掺配比例，将各组分混合均匀，再以重型击实试验确定的最佳含水率5.8%为基准，然后分别按照3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%这5个乳化沥青用量制作试件。养生后进行15℃劈裂强度试验、24 h浸水劈裂试验、冻融劈裂试验和车辙试验。试验数据见表2。

表2 冷再生乳化沥青混合料性能检测

通过试验得出，乳化沥青最佳用量为4.5%。确定集料设计配合比为：20～30 mm新料∶10～20 mm RAP料∶5～10 mm RAP料∶0～5 mm RAP料∶0～5 mm新料=18%∶20%∶20%∶27%∶15%。水泥掺量为1.0%，最佳乳化沥青用量为4.5%，矿粉掺量4.0%，外掺加水3.8%。按照该配合比进行车辙试验，最终检测指标为6 382次/mm。

4 施工重点工艺要求

4.1 拌和

冷再生沥青混合料应搅拌均匀，无花白色材料，无液流现象，无结块，和易性好。

4.2 运输

拌和后冷再生混合料应及时送到施工现场。为防止混合料在运输中途见光破乳、污染或雨淋，在运输和等待铺筑过程中，混合料应严密覆盖。为避免运输时混合料黏结车辆面板，宜在车辆侧板和底板上喷涂一些隔离剂。

4.3 摊铺

摊铺前，熨平板需涂少量防黏剂（柴油∶水=1∶3），其他小型工具可用水洁净；为提高冷再生沥青混合料的初始压实度，推荐采用夯锤振动频率大于熨平板振幅的方式；冷再生沥青混合料的松铺系数由试验段测得，后续施工中可进行必要的校正（本项目松铺系数为1.3）。摊铺机起步速度要慢，前进时要尽量平稳，摊铺速度根据拌和站产能进行控制，一般宜为2～4 m/min。

4.4 碾压

至少应配备2台13 t双钢轮振动式压路机、2台20 t单钢轮振动式压路机、2台30 t以上轮胎式压路机。碾压过程分为初压、复压和终压，初压采用双钢轮振动压路机，静压1次，振动压1次，压路机速度1.5～3 km/h；复压采用单钢轮振动压路机和轮胎压路机各碾压4次，压路机速度2～4 km/h；终压采用双钢轮振动式压路机静压1次，压路机速度3～4 km/h。大型机具无法压实的部位，应选用小型振动压路机或振动夯板配合碾压[4]。

4.5 养生

乳化沥青冷再生层压实结束后应及时进行养生。养生时宜封闭交通，养生期一般为4～7 d。当再生层含水率小于2%或能取出完整芯样时，可以铺上上层结构层。

5 质量检测

5.1 施工前及施工过程中的质量管理和检查验收

施工前和施工过程中，材料来源或性能发生变化时，应按规范要求检查材料质量、数量等。施工过程中，乳化沥青厂拌冷再生混合料的质量控制项目、检查频率和质量标准应符合规范的相关规定。

5.2 施工完成后质量检查验收

施工完成后，应对乳化沥青冷再生层的外观、厚度、压实度、空隙率、平整度等按规范的相关要求进行检测评定。

本项目施工完成后，经现场质量检测，乳化沥青冷再生层压实度不小于理论最大相对密度的90%，较规范要求的指标提高了3%；其他指标也均满足设计要求，表明本项目乳化沥青冷再生层施工质量良好，达到较为理想的效果。

6 效益分析

6.1 经济效益分析

本项目上基层采用的12 cm厚乳化沥青厂拌冷再生结构，其单价为65.613元/m2；同等厚度的沥青稳定碎石，其单价为106.323元/m2。乳化沥青厂拌冷再生混合料单价仅为传统沥青稳定碎石的62%。以本项目为例，可节约投资386 745元/km。

6.2 社会效益分析

冷再生技术充分利用了铣刨出的旧沥青混合料，解决了废料随意弃放的问题，减少了对地面的永久占有和对地下水的污染；减少了不可再生资源的开发率，节约资源的同时也减少了因开采石料等造成的生态环境破坏等；由于冷再生技术采用的是就地取材，冷拌施工的工艺，不仅节省了加热能源，同时也降低了二氧化碳、二氧化硫的排放体量。综上所述，乳化沥青厂拌冷再生技术社会效益是非常显著的，值得大力推广。