山區(qū)低等級公路泡沫瀝青冷再生技術應用研究

范虎彪,崔建壯,陳 瑩,郭 旭,胡世金

(1.北京市交通委員會路政局門頭溝公路分局，北京 102300；2.北京市政路橋管理養(yǎng)護集團有限公司，北京 102300)

?

山區(qū)低等級公路泡沫瀝青冷再生技術應用研究

范虎彪1,崔建壯1,陳 瑩1,郭 旭1,胡世金2

(1.北京市交通委員會路政局門頭溝公路分局，北京 102300；2.北京市政路橋管理養(yǎng)護集團有限公司，北京 102300)

結合百花山路大修工程案例，總結了山區(qū)低等級道路泡沫瀝青冷再生混合料的施工技術。從材料及配合比設計、施工應用、施工效果以及造價等方面對泡沫瀝青冷再生技術進行了研究。研究表明，通過在生產(chǎn)、攤鋪、碾壓工藝以及養(yǎng)生時間等方面的調(diào)整，該技術可以克服坡陡、彎多、攤鋪壓實困難、不能封閉交通等不利條件，為泡沫瀝青冷再生用于山區(qū)低等級道路提供了借鑒。

泡沫瀝青冷再生；山區(qū)低等級公路；應用研究；施工技術

0 引 言

泡沫瀝青冷再生技術是實現(xiàn)混合料循環(huán)利用、綠色低碳發(fā)展的有效方法，近年來這種技術在世界各地的路面維修養(yǎng)護中得到廣泛應用，而在山區(qū)低等級公路中應用相對較少。

山區(qū)低等級公路一般平曲線半徑小、縱坡坡度大、彎道多、路面結構層厚度設計偏薄、施工過程難在必須中斷交通且施工現(xiàn)場距集中拌和站較遠。門頭溝區(qū)山地面積占98.5%，全區(qū)內(nèi)僅G108、G109公路的部分路段的等級屬二級及以上，因此該區(qū)有大量的山區(qū)低等級公路維護任務。本文以在門頭溝區(qū)采用泡沫瀝青冷再生技術，克服山區(qū)低等級公路的坡陡、彎急、攤鋪壓實困難、不能封閉交通等不利條件的工程為例，研究了泡沫瀝青在山區(qū)低等級公路中應用的技術，可為同類施工提供借鑒。

1 工程概況

百花山路(X009)為縣級道路，道路起點位于109國道K98+200處，本次大修的路段(K8+000～K15+959)長7.959 km，為三級公路，設計速度30 km·h-1，最大縱坡8.9%，平曲線最小半徑15 m，路基寬7～7.5 m，路面寬6 m。路面主要病害為車轍、沉陷、龜裂、縱橫縫等。本次大修采用8 cm泡沫瀝青冷再生+5 cm溫拌瀝青混凝土WAC-16C結構，局部嚴重沉陷的路段采用兩層二灰碎石挖補處治，路面大修的主要結構如表1所示。本次施工工期處于秋季，屬旅游旺季，因此交通通行壓力較大。

表1 路面大修主要結構

2 材料及配合比設計

本工程使用泡沫瀝青冷再生混合料，采用河北倫特石油化工有限公司90#A級道路石油瀝青進行發(fā)泡，RAP全部來自石擔路大修工程中的路面銑刨料，摻配河北三河產(chǎn)石灰?guī)r機制砂，填加P.S.A32.5水泥。

2.1 瀝青

本項目采用的90#A級道路石油瀝青經(jīng)常規(guī)性能指標檢驗，滿足《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》(JTG E20—2011)的有關技術要求。發(fā)泡性能檢測數(shù)據(jù)見表2。由表2可知，隨發(fā)泡溫度變化，發(fā)泡性能有最佳峰值；隨發(fā)泡用水量增大，膨脹率增大，半衰期減小。確定最佳發(fā)泡用水量為(2.3±0.5)% ，最佳發(fā)泡溫度為160±5 ℃，滿足《公路瀝青路面再生技術規(guī)范》(JTG F41—2008)的要求。

2.2 水泥

對于泡沫瀝青而言，添加少量的活性填料可以顯著提高殘留強度，而且不會影響結構層的疲勞性能，活性填料發(fā)揮了分散催化劑的作用。增加水泥劑量可提高泡沫瀝青冷再生混合料的強度、剛度、高溫抗車轍性能與抗水損壞性能，但也會降低其低溫抗裂性能。有研究表明，在2%之內(nèi)增加水泥用量不會明顯影響材料的抗疲勞性能。本項目采用的水泥為P.S.A 32.5礦渣硅酸鹽水泥，摻加量為1.5%。經(jīng)檢驗水泥的各項指標均滿足《通用硅酸鹽水泥》(GB 175—2007)中相應的技術要求，其中，初凝時間為230 min，終凝時間為390 min。

表2 瀝青發(fā)泡性能檢測

2.3 RAP及集料

RAP一般作為“粗集料”使用，用于室內(nèi)試驗的RAP應具有代表性。本項目使用的RAP全部來自石擔路大修工程中的路面銑刨料，集中存放在拌和場，經(jīng)裝載機充分混合處理。RAP及細集料篩分結果見表3。依據(jù)《公路瀝青路面再生技術規(guī)范》(JTG F41—2008)，單一粗細集料質(zhì)量不能滿足要求，但集料混合料性能滿足要求時，可以使用。

表3 篩分及合成級配結果

2.4 合成級配

泡沫瀝青依賴細料來分散，因此要求有充足的細料，另外，水泥等活性填料外摻不計入礦料級配。由篩分結果知，RAP級配，尤其是0.075 mm通過率處于級配范圍下限，規(guī)范中級配范圍較寬，需要添加部分細集料。經(jīng)人機對話的方式合成較為合理的級配曲線，最終確定細集料與RAP摻配比例為25∶75，外摻1.5%水泥。施工過程中應隨時檢測RAP及細集料篩分，以免質(zhì)量波動造成冷再生混合料質(zhì)量變化。

2.5 確定最佳含水率和最佳泡沫瀝青用量

混合料合成級配確定后，暫定泡沫瀝青用量為3.0%，以5種含水量：4%、5%、6%、7%、8%，分別拌制冷再生混合料。通過重型擊實試驗，確定最佳含水量為6.3%。

設定5種泡沫瀝青用量：1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%，每種瀝青用量成型2組試件，水泥摻量統(tǒng)一為1.5%，混合料含水量統(tǒng)一為6.3%。試件成型后，連同試模一起側(cè)放在60 ℃烘箱中養(yǎng)生48 h，取出冷卻至室溫后即可進行其他試驗。每種瀝青含量的試件進行15 ℃劈裂試驗、浸水24 h的劈裂試驗，試驗結果如表4所示。綜合考慮混合料性能、實際工程效益，確定最佳泡沫瀝青為2.5%。

表4 不同泡沫瀝青用量ITS

2.6 性能驗證

根據(jù)最佳泡沫瀝青用量和最佳含水率制備泡沫瀝青冷再生混合料車轍試件，在60 ℃烘箱中養(yǎng)生48 h，冷卻至室溫后進行60 ℃高溫車轍試驗。動穩(wěn)定度平均值(DS)為1 755 mm·次-1，滿足《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》(JTG F40—2004)對下面層的技術要求。

成型試件在60 ℃烘箱中養(yǎng)生48 h，冷卻后在室溫進行穩(wěn)定度試驗，得到穩(wěn)定度為6.74 kN，殘留穩(wěn)定度為88.9%，滿足《公路瀝青路面再生技術規(guī)范》(JTG F41—2008)中相應的技術要求。

最終確定泡沫瀝青冷再生配合比為RAP∶集料∶水泥∶泡沫瀝青=75∶25∶1.5∶2.5，最佳含水量為6.3%，如表5所示。

表5 最終配合比方案

3 施工應用研究

根據(jù)實驗室提供的配合比設計報告，進行生產(chǎn)配合比調(diào)試、試拌、試鋪試驗段幾個階段，收集試驗數(shù)據(jù)，形成試驗段總結，以總結為指導展開大面積施工。

總體施工工藝流程見圖2。

3.1 下承層處理

(1) 按設計要求，完成路面銑刨拉毛1 cm，對局部嚴重沉陷的路段進行兩層二灰碎石挖補處治。處治應到位，檢測彎沉確保承載力滿足要求，檢測高程確保泡沫瀝青冷再生平整度、厚度質(zhì)量達標。

(2) 清除下基層表面的石塊、垃圾等雜物，清除積水。

(3) 灑布改性乳化瀝青層。改性乳化瀝青透層施工前將已完成的路緣石妥善加以苫蓋，嚴防污染?，F(xiàn)場統(tǒng)一指揮，使瀝青灑布車勻速行駛，乳化瀝青噴灑均勻，噴灑量為0.8 L·m-2。

3.2 生產(chǎn)與運輸

(1) 考慮到施工現(xiàn)場位置距集中拌和站較遠(運距大于100 km)，因此在工地附近臨建拌和站進行生產(chǎn)(運距20 km)。由冷料倉料口大小、皮帶轉(zhuǎn)速控制RAP和新集料的用量和速度。施工前應進行調(diào)試，并在冷料輸送帶上取樣，在室內(nèi)篩分，并檢驗混合料的級配。施工前應對設備上的泡沫瀝青和注水的精確計量裝置以及水泥填加設備進行標定。

(2) 開始拌和前，試驗人員檢查場內(nèi)各種集料的含水量，計算當天的配合比。應根據(jù)集料和混合料含水量的大小，及時調(diào)整拌和用水量，并隨時觀察混合料的質(zhì)量變化。結合季節(jié)、運距、日照情況等因素，可知混合料在施工過程中的含水量實際損失很小，且鋪筑厚度僅為8 cm，壓實機具有較大的壓實功，由此確定泡沫瀝青冷再生混合料含水量生產(chǎn)采用最佳含水率6.3%，實際成活后的含水量略低于最佳含水量(約0.5%～1%)。

(3) 將RAP和新加料按比例投放到拌和鍋中拌和，按設計要求噴入水和泡沫瀝青，拌和后的冷再生混合料應均勻一致，保證瀝青無拉絲，混合料無結團成塊現(xiàn)象。臨近最佳含水量下的泡沫瀝青混合料用手抓握，應滿足“輕握成團，輕抖松散”的狀態(tài)。

(4) 保證產(chǎn)量與運輸攤鋪速度匹配，避免存料料堆過大，減小混合料存放時間。裝車前，采用裝載機翻拌料堆以減小離析，料車應保持裝載高度均勻。運輸配備綠色達標車輛，無遺灑、揚塵，嚴禁使用12輪重載車。每天開工前要檢驗運輸車輛的完好情況，裝料前要將車廂清洗干凈，不得有水積聚在車廂底部。運料車應用篷布覆蓋，用以保濕和防止污染，直至卸料時方可取下覆蓋篷布。

3.3 攤鋪

(1) 施工過程中攤鋪機前方應有2～3輛運料車等候卸料。運料車應在攤鋪機前10～30 cm處停住，空擋等候，不得撞擊攤鋪機。攤鋪機速度控制在2～4 m·min-1，攤鋪中不得隨意變換速度或中途停頓。

(2) 依據(jù)攤鋪寬度，合理加裝布料葉片，確保螺旋布料器端部與物料擋板的間距在10～30 cm之間，且在布料器前與側(cè)板間用橡膠板加長，防止粒料離析。攤鋪過程中應在攤鋪機后面設專人觀察攤鋪情況，發(fā)現(xiàn)異常時及時分析原因并予以消除。

(3) 通過試驗段確定松鋪系數(shù)。經(jīng)在試驗段布點檢測，松鋪厚度為10.2 cm，壓實后為8.0 cm，確定松鋪系數(shù)為1.275，以路緣石為基準進行高程厚度控制攤鋪。攤鋪過程中應隨時檢查攤鋪層厚及路拱、橫坡，每天核算攤鋪混合料總量，并與攤鋪面積進行厚度校驗，不符要求時應根據(jù)鋪筑情況及時調(diào)整。

(4) 在陡坡、急彎路段施工時應降低攤鋪機行車速度至1～2 m·min-1，緩慢攤鋪過彎；急彎轉(zhuǎn)角較小時，由人工在攤鋪機履帶軌跡單側(cè)預撒冷再生混合料，并對應調(diào)整攤鋪機左右兩側(cè)攤鋪厚度。

3.4 碾壓

(1) 初擬雙鋼輪壓路機靜壓1遍→振動2遍→單鋼輪壓路機強振4遍→膠輪壓路機8遍，2 t小鋼輪壓路機壓邊，嚴格控制碾壓速度。碾壓過程中發(fā)現(xiàn)雙鋼輪壓路機對碾壓貢獻較小，且由于縱坡較大、彎急，雙鋼輪壓路機振動2遍后混合料有明顯橫向裂紋產(chǎn)生，有較大推擁現(xiàn)象；單鋼輪壓路機振動4遍后，裂紋較為明顯，檢測壓實度為97.2%；膠輪壓路機終壓后表面細部仍有微小裂紋，且膠輪壓路機碾壓5遍后，灌砂法測定的路面壓實度僅為98.3%?，F(xiàn)場觀察并分析認為，這是由于雙鋼輪壓路機主要是穩(wěn)定碾壓面，單鋼輪壓路機振動碾壓4遍貢獻較大，但表面紋理裂紋、輪跡需膠輪改善、消除，且膠輪壓路機有較好追密效果。最終增加1臺膠輪壓路機，調(diào)整碾壓工藝為：雙鋼輪壓路機靜壓1遍→單鋼輪壓路機強振4遍→膠輪壓路機12遍(2臺)，終壓后檢測壓實度為99.5%，滿足設計及規(guī)范要求。

(2) 山路彎道多、縱坡較大，為防止產(chǎn)生橫縱向擠壓、推移，壓路機應以慢而均勻的速度碾壓，下坡碾壓時必須關閉振動，膠輪壓路機碾壓遍數(shù)增加2～4遍。在直線段，壓路機從道路兩側(cè)向路中心碾壓；在超高的平曲線段，壓路機從道路較低一側(cè)向較高一側(cè)碾壓。

(3) 碾壓路線及碾壓方向不應突然改變，否則會導致混合料產(chǎn)生推移。壓路機啟動、停止必須緩慢進行。嚴禁在已完成或正在碾壓的路段上“調(diào)頭”或急剎車。

(4) 泡沫瀝青冷再生混合料必須盡快碾壓成活，堅持“隨拌隨用”原則，因為混合料中填加了水泥，攤鋪和碾壓宜在水泥初凝時間內(nèi)完成，最長不超過終凝時間。由水泥凝結時間指標，并經(jīng)試驗段驗證得知，混合料生產(chǎn)至攤鋪完成時間不得超過6 h。

3.5 養(yǎng)生及保護

(1) 養(yǎng)生時間。試驗段自然養(yǎng)生3 d后不能取出完整芯樣，養(yǎng)生7 d后在陽光照射較好的位置取出的芯樣較為完整，而背陰處的芯樣有邊角缺失?？梢?，山區(qū)公路氣溫、地溫低，冷再生層水分蒸發(fā)困難，強度增長緩慢，因此養(yǎng)生時間一般不少于7 d，氣溫低、陽光照射不到路段應適當延長養(yǎng)生時間。

(2) 正在進行泡沫瀝青冷再生施工的路段禁止車輛通行，當天不得開放交通，如遇雨，須用彩條布覆蓋。養(yǎng)生期內(nèi)不能中斷交通時，應限制重載車輛通過，并采取撒石屑、灑乳化瀝青等措施保護面層。

4 效果與造價

本次泡沫瀝青冷再生施工用時12 d，每天主要進行含水量、壓實度控制，進行泡沫瀝青混合料抽檢，并在成型養(yǎng)生結束后進行鉆芯。

(1) 施工控制。每天測定混合料的含水量，基本控制在最佳含水量0～1%的范圍以內(nèi)。

根據(jù)碾壓工藝，膠輪壓路機碾壓12遍后，以灌砂法檢測的壓實度及碾壓成活的層厚，壓實度全部合格。路緣石、邊角等位置適當增加碾壓遍數(shù)。含水率、壓實度、厚度等檢測數(shù)據(jù)見表6。

(2) 室內(nèi)檢測結果。本次施工中，第三方獨立抽檢共計4次，除第1天因混合料未及時成型，受水分散失、水泥終凝影響，試驗結果不滿足要求外，其他3次均滿足要求。檢測結果如表7所示。

表6 施工檢測數(shù)據(jù)

表7 泡沫瀝青混合料室內(nèi)檢測結果

(3) 芯樣檢測。養(yǎng)生結束后，觀察泡沫瀝青冷再生混合料基面的外觀情況，并鉆取芯樣。由于受彎道、坡度變化的影響，不同路段同斷面橫向厚度有一定波動，但基本滿足《公路瀝青路面再生技術規(guī)范》(JTG F41—2008)中的驗收要求，檢測結果見圖3與表8。

表8 芯樣檢測結果

樁號施工日期基面外觀完整性備注K15+720右9．10平整、密實邊角缺失背陰、陽光不足K15+540右9．10平整、密實較完整陽面K14+740右9．11平整、密實較完整陽面K13+200右9．17平整、密實較完整陽面K13+160右9．17平整、密實部分缺失背陰、陽光不足K11+840左9．22平整、密實邊角缺失陽面K10+400右9．26平整、密實部分缺失陽面

通過控制數(shù)據(jù)、材料抽檢報告、成品鉆芯檢測發(fā)現(xiàn)，依試驗段確定的工藝進行泡沫瀝青冷再生混合料的生產(chǎn)、攤鋪、碾壓，并控制好養(yǎng)生環(huán)節(jié)，能保證最終整體效果較好，取出較為完整的芯樣。

(4) 造價。泡沫瀝青冷再生混合料的單價為360 元·t-1，比中、下面層的熱拌瀝青混合料低10%，較為經(jīng)濟。

5 結 語

本工程共鋪筑泡沫瀝青冷再生混合料56 648.8 m2，回收利用銑刨料超過6 000 t，節(jié)約了石料，減少了銑刨料回收的占地及污染，低碳環(huán)保。由檢測結果可知，除局部受季節(jié)氣溫低、養(yǎng)生條件不足導致芯樣邊角缺失外，其他常規(guī)指標均滿足要求。實踐證明，在山區(qū)低等級公路應用泡沫瀝青冷再生技術是可行的，但長期的路用效果及耐久性仍需進一步的觀察與驗證。

[1] 呂偉民，拾方冶.瀝青路面再生技術手冊[M].北京：人民交通出版社，2006.

[2] 徐金枝，郝培文，劉 麗.泡沫瀝青冷再生混合料力學特性試驗研究[J].公路交通科技，2011,28(12):10-15.

[3] 郭寅川,申愛琴，張名城，等.瀝青路面復合式冷再生基層混合料路用性能影響因素研究[J].公路交通科技，2014,31(7):32-38.

[4] 潘學政，拾方治.泡沫瀝青冷再生混合料疲勞性能的探討[J].公路交通科技，2007,24(8):19-22.

[責任編輯:杜衛(wèi)華]

Research on Application of Cold Recycling with Foamed Asphalt in Low-graded Highway in Mountain Area

FAN Hu-biao1, CUI Jian-zhuang1, CHEN Ying1, GUO Xu1, HU Shi-jin2

(1. Road Administration Mentougou Road branch of Beijing Municipal Commission of Transport, Beijing 102300, China;2. Beijing Municipal Bridge Maintenance Management Group Co. Ltd., Beijing 102308, China)

Combined with the overhaul of highway in Baihua Mountain, the construction technology of cold recycling with foamed asphalt for low-graded highway in mountain area was summarized and expounded in aspects of materials, mix proportion design, application in projects, construction effect and the cost. Results of the research show that by adjusting the production, paving, compacting and maintenance time, unfavourable conditions mainly caused by the terrain can be overcome, which provides reference for the construction of low-graded highway in mountain area.

cold recycling with foamed asphalt; low-graded highway in mountain area; application research; construction technology

1000-033X(2015)04-0058-05

2014-11-24

U414

B