改性乳化沥青冷再生技术及设备改进分析

2024-01-08刘少军

科技创新与应用 2024年1期

刘少军

（山东华邦建设集团有限公司，山东潍坊 262500）

我国绝大多数的公路路面为沥青路面，依据沥青路面的实际应用情况和使用生命周期，需定期对沥青路面进行翻修维护，旧沥青路面有着较大的废弃量，若采取直接抛弃处理的方法，易造成环境污染与资源浪费。通过采取改性乳化沥青冷再生技术及设备则可以合理利用路面废料，且改性乳化沥青冷再生混合料属于柔性路面结构，具有强大稳定的力学功能。

1 改性乳化沥青冷再生技术概述

1.1 技术简介

改性乳化沥青冷再生技术与普通的乳化沥青材料有着较大区别，其抗低温、抗列表、高温稳定性与耐疲劳性能都在原有的基础上得到了进一步改进，主要应用了聚合物改性剂。采取直接喷洒改性乳化沥青以及级配集料材料相拌合在微表位置使用的方式，可以对路面性能加以改善。冷再生技术就是将旧沥青路面材料经过铣刨、破碎、回收和筛分处理，在其中加入一定比例的改性乳化沥青、石灰与水泥等添加剂，再加入适当的冷再生混合料。最后，拌合、摊铺新材料最终压实成型方式得到崭新的路面结构层。

1.2 技术特点

改性乳化沥青冷再生技术中应用的添加剂为改性乳化沥青材料，其具有很强的高温稳定性和耐久性，接近于石灰稳定粒强度特征，将其应用在路面的半刚性基层材料铺筑基层中，可以使得温度裂缝有所减少，对反射裂缝做到有效防范，且改善了早期强度，增强抗车辙能力。拌好改性乳化沥青冷再生混合料，可以迅速将其用于摊铺和压实操作，在完成施工操作2 h 后就可以恢复交通，该技术应用优势较为明显[1]。再加上可以在湿、冷的环境下集料也可以拌合改性乳化沥青，大大减少了能源投入，是一种绿色环保的道路材料。改性乳化沥青冷再生技术通过合理利用旧料，相应地减少新材料开采，而且其属于封闭形式下的控制添加系统，借助于现代化的机械设备，可以获得高度精确的配比，切实把控粉尘飞扬情况，很好地保护了周边环境。

2 改性乳化沥青冷再生技术工艺类型与设备类别

2.1 改性乳化沥青冷再生技术工艺

2.1.1 厂拌冷再生工艺

改性乳化沥青冷再生技术工艺中的首要工艺为厂拌冷再生工艺，是将旧沥青路面旧料铣刨，采取集中运输的方式至拌合厂，对大块旧材料进行二次破碎与级配分析操作，以各种路面的材料特点为依据对再生材料搭配比例加以适当选择，并定好添加剂配比。在拌制机内，按照规定的配比充分搅拌改性乳化沥青、新集料和旧料，获得崭新的混合料，均匀地铺筑在路面上，生成再生沥青路面。该工艺特点是，能够依据不同沥青层的对应要求合理设计沥青混合料配合比，摊铺和铣刨都可以采取分层处理，合乎沥青路面技术指标要求。

2.1.2 就地冷再生工艺

改性乳化沥青冷再生技术工艺的就地冷再生工艺，是需要先对旧沥青基层与路面进行取样，在经过强度和级配实验后，对再生料配比进行合理设计，得到明确的新骨料与改性乳化沥青添加比例，在此基础上制定相匹配的施工方案。在该工艺应用的施工过程中，由于旧路面铣刨和再生料拌合环节都是就地完成，节省了传统模式下的旧料与再生料运输过程，由此使得施工成本大大减少。就地冷再生工艺的特点是，对再生料设计的过程中需更加全面地衡量旧路面具体情况以及对旧路面的级配加以分析。而且该工艺是一次性完成施工作业，缩减了施工工序，加快了整体的施工进程，并且施工过程还具有半开放的特点，不会严重影响交通。

2.2 改性乳化沥青冷再生设备

改性乳化沥青冷再生技术所应用的设备会直接影响施工质量与最终成效，所以在该技术应用的过程中需确保所使用的设备具有十分优越的性能。现阶段，改性乳化沥青冷再生设备主要为冷再生列车和冷再生单机，可以根据实际的施工要求对各配套机进行合理的优化组合[2]。为提高施工效率与质量提供条件基础，从提高冷再生单机设备来看，因其具有改性沥青喷洒系统及自动洒水系统，有助于提升工程施工安全可靠系数。改性乳化沥青冷再生设备如图1 所示。

图1 改性乳化沥青冷再生设备

3 改性乳化沥青冷再生技术及设备改进方法

3.1 合理设计配合比

改性乳化沥青冷再生技术的改进，需依据施工流程来进行改进，这样才有助于将技术的优势最大化发挥出来。首先要做到合理设计配合比。由于现阶段在国际领域尚未制定出统一的冷再生混合料配合比设计方法，对于最佳沥青用量的计算方法，各个国家有所差异，我国对于配合比设计所应用的方法为马歇尔击实法。改性乳化沥青冷再生混合料包含石屑、水泥、RAP铣刨料及改性乳化沥青，要基于路面结构层，对混合料的级配调整可以采取加大粗集料的方式，对细用料的具体使用量严格把控，水泥中的掺泥量不能高于1.5%。改性乳化沥青配合比见表1。

表1 改性乳化沥青配合比

按照拟定的掺加比例混合处于风干状态的旧沥青路面铣刨料、水泥与石屑，采取重型击实实验的方式明确再生混合料的最优含水量和最大干密度。依据各沥青量制作试件，测量评定其残留稳定度与干湿劈裂强度，对其进行全面化比较，以此获得最优沥青用量。以4%改性乳化沥青用量、控制劈裂强度在0.7 MPa，干湿劈裂强度比是95.7%，马歇尔稳定度是6.5 kN，残留稳定度是88.6%最为优良。

3.2 改进设备与技术流程

当明确改性乳化沥青配合比后，就要开展拌合乳化沥青再生混合料作业，改性乳化沥青拌合施工原理等同于传统模式下的路面施工拌合原理，在该拌合环节所使用的机械设备为改进后的WDB 稳定土拌合机，能够较改进前节约近78%的拌合费用。在拌合过程中，WDB 稳定土拌合设备的改进，是在其中加入变频沥青泵和变频流量计，同时变频流量计的一侧要和路基稳定土搅拌设备的搅拌装置在钢管的作用下连接在一起，另一侧也是借助钢管和变频沥青泵相连。改性乳化沥青冷再生技术改进流程如图2 所示。

图2 改性乳化沥青冷再生技术改进流程

3.3 科学应用WDB 稳定土搅拌设备

对改性乳化沥青冷再生设备的应用，需严格把控多方面内容[3]。第一，以传统的路基稳定土搅拌设备为基础，通过应用钢管的方式来将变频沥青泵与变频流量计紧密联系在一起。第二，在变频流量计的作用下来对变频沥青泵加以严格把控，同时将变频流量计的流量作出清晰标定。第三，在进行正式的改性乳化沥青冷再生混合料拌合作业之前，需提前计算好每小时应用到的乳化沥青量，并且将其转化成与变频流量计相一致的频率。第四，对变频沥青泵要采取预热处理，同时由专门的工作人员负责实时监控乳化沥青冷再生混合料参数，及时与前场进行沟通。参数具体包含混合料的实际含水量、改性乳化沥青分布均匀性程度以及混料级配等。改进的WDB 稳定土搅拌设备，利用变频沥青泵和流量计拌合乳化沥青混合料，与应用国外垄断拌合设备的对比来说，有助于节省施工成本，提高施工效率，更加适合路面维护。

3.4 做好运输与摊铺工作

改进改性乳化沥青冷再生技术，也要从运输与摊铺环节入手。从运输层面来看，进行装料作业时，要严格遵守顺序要求，车辆的装料顺序为前、后、中。在运输过程中，要在改性乳化沥青冷再生混合料上方覆盖一层保护膜，以此防止出现水分流失的情况。每一辆负责混合料运输作业的车辆从装料到卸料的整个过程都要确保帆布保持在严密的覆盖状态下，对其采取牢固的绑扎措施。在进行混合料卸料作业时，要由专门的工作人员负责卸料指挥工作，和运输司机做好技术交底。同时要对散落在路面下层位置的混合料及时清理，避免对履带的接地标高造成不良影响，进而对摊铺层的横坡和平整度把控产生不利干扰。

从摊铺层面来说，改性乳化沥青冷再生技术摊铺作业需要使用摊铺机，这是拌冷再生施工的关键因素，机械设备的性能和操作能力会直接影响路面的平整度，若摊铺机操作不够规范，出现路面波浪和“搓板”的概率会大大增加，因此需对摊铺环节进行改进，遵循操作规程进行施工作业。第一，在开展正式的摊铺作业之前，需全面检查摊铺机中的振捣器与夯锤皮带性能，尤其要关注皮带的松弛程度、振捣器频率和夯实次数快慢，避免产生初始夯实差异，进而不利于平整度。需对摊铺机的熨平板光洁情况进行检查，若熨平板的底部区域以及表面均不光洁的话，将极易产生混合料摊铺的拉痕现象，在纵横方向的部分位置产生轻微波浪。第二，要确保摊铺机和运料车良好配合，可以自动调平系统工作仰角，确保不会对路面平整度造成干扰。坚决杜绝出现运料车和摊铺机相撞情况，要由专门的工作人员负责倒车指挥。第三，不可随意更换摊铺机的行驶速度，中途停顿也尽可能避免，防止改性乳化沥青冷再生混合料摊铺的摊铺密实度受到影响[4]。

3.5 保证碾压与养生质量

当改性乳化沥青冷再生混合料的摊铺有所保证时，碾压作业质量与最终的路面平整度成效存在决定性的关系，对碾压机具的组合与速度加以改进，则有助于提升技术应用质量。相关人员要提前制定碾压手段与最佳的碾压设备组合方案，以此加强沥青路面的平整度和碾压密实度。碾压作业要分为初压、复压和终压3 个步骤，分别使用双钢轮压路机、胶轮压路机和钢轮压路机。在碾压过程中还需严格把控具体量，防止改性乳化沥青冷再生混合料的细料出现上浮情况，生成软弱夹层。同时对养生环节的改进也是必不可少的，改性乳化沥青冷再生养生不依赖于传统的覆盖方式，而是靠自然养生。在铺筑中面层之前，应养生改性乳化沥青冷再生沥青过渡层一定时间，促使混合料水分得以散失。当气候条件良好时，养生时间控制在3 d 左右，并且还要定时检测路面的含水量，在开展养生工作时，改性乳化沥青冷再生路面要保持封闭。

4 改性乳化沥青冷再生技术及改进设备的适用范围与经济效益

4.1 适用范围

做好改性乳化沥青冷再生技术与设备改进工作可以在原有的基础上进一步拓展其使用范围。改性乳化沥青冷再生技术可以利用各个等级公路的旧沥青路面材料实现再生利用再生沥青混合料（RAP），再生之后的混合料考虑到其具有的性能特征和公路工程具体情况，可以被应用在一、二级公路沥青路面的下面层和基层，三、四级公路的面层，具有十分良好的适应性。

4.2 应用前景

应用改性乳化沥青冷再生技术及相关设备改进，有助于大大提升再生混合料路面的整体路用性能表现，且通过了全面验证要求，各指标都能够满足公路路面标准规范要求，没有产生过往常见的裂缝、坑槽及推挤等不良病害问题，表现出了稳定的路面质量，所以该技术具有广阔的推广和应用前景。

4.3 经济效益

改性乳化沥青冷再生技术与设备改进在我国仍处于初步探索阶段，还没有充足的经验，所应用的冷再生拌合机主要为国外进口，不仅具有很高的设备单价，同时拌和能力表现较差，以国产WDB 型连续式拌合机开展设备改进工作，其设备单价为50 万元，每小时可以拌合500 t 再生混合料，促使施工进度大大提升。再加上应用改性乳化沥青冷再生技术，沥青路面所需的燃油和其他原材料投入量大大减少，可以获得巨大的经济收益。将改性乳化沥青冷再生技术用于公路沥青路面的扩建工程中，能够做到可持续利用路用材料和相关资源，维修成本大幅下降，并且还可以有效解决传统模式下因废弃材料未有效处理所引发的环境污染问题，全面提升了原沥青路面的路用性能，兼顾经济效益和环保效益。改性乳化沥青冷再生技术的有效应用，降低了旧沥青路面随意废弃的铣刨材料总量，同时再生利用旧沥青路面材料，对于石料和沥青类不可再生资源的使用总量下降，无需进行过量的新石料开采，进而保护了生态环境。再加上改性乳化沥青冷再生技术处于常温条件下生产的混合料，有害物质的排放总量大大下降。