冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方法研究

收稿日期：2024-01-18

作者簡介：韓璐玉（1990—），女，本科，工程師，從事路橋設(shè)計工作。

摘要 文章從冷再生瀝青混凝土施工和生產(chǎn)過程出發(fā)，提出了冷再生瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，主要從冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計、路面破損狀況評定、瀝青混合料配合比設(shè)計等方面出發(fā)，對材料選擇、配比設(shè)計、結(jié)構(gòu)層設(shè)計等進(jìn)行了詳細(xì)探討，重點介紹了冷再生瀝青路面的設(shè)計方法和設(shè)計原則，最后通過工程實例翔實介紹了冷再生瀝青混合料的集料、乳化瀝青、水設(shè)計配合比，為冷再生瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)，有助于推動該技術(shù)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展。

關(guān)鍵詞 冷再生瀝青路面；結(jié)構(gòu)設(shè)計；方法研究；性能優(yōu)化

中圖分類號 U416.217文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）09-0071-03

0 引言

隨著路面使用壽命的延長和交通量荷載的反復(fù)作用，瀝青路面的老化損壞問題無法避免。傳統(tǒng)瀝青路面新建施工需耗費(fèi)大量的瀝青混凝土材料，不僅浪費(fèi)人力和資源，瀝青路面挖除廢料還對環(huán)境造成污染。為了更好地利用現(xiàn)有資源，減少浪費(fèi)，冷再生瀝青混凝土成為一種高效、環(huán)保的瀝青路面修復(fù)方式。該文通過對冷再生瀝青混凝土修復(fù)技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，采用冷再生瀝青進(jìn)行全過程設(shè)計施工，得出冷再生瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法[1]。

1 冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計

冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括路面狀況評估、設(shè)計參數(shù)確定、材料選擇與配比設(shè)計、結(jié)構(gòu)組合設(shè)計與優(yōu)化等方面。這些方面相互關(guān)聯(lián)，共同決定了路面結(jié)構(gòu)的性能和使用壽命。冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方法研究需要綜合考慮諸多因素，主要包括路面結(jié)構(gòu)的破損程度、交通量多少、材料力學(xué)性能、環(huán)保要求等。

1.1 冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法和步驟

（1）路面病害情況調(diào)查和分析對于路面養(yǎng)護(hù)修復(fù)方案的制定非常重要，原有路面破壞情況調(diào)查主要聚焦在路面的損壞程度、材料性能、交通量等方面。這些評價信息對于確定合適的設(shè)計參數(shù)和選擇適當(dāng)?shù)穆访娼Y(jié)構(gòu)再生技術(shù)起著決定性作用。

（2）瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)和混合料設(shè)計參數(shù)的確定需要考慮調(diào)查結(jié)果。冷再生瀝青混合料路面的設(shè)計參數(shù)主要包括路面銑刨厚度、冷再生路面厚度、路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、路面穩(wěn)定性等。這些參數(shù)需要滿足道路的相關(guān)設(shè)計規(guī)范和使用要求。

（3）冷再生瀝青混合料根據(jù)所用瀝青再生料的性能進(jìn)行配合比設(shè)計。根據(jù)路面性能要求選擇摻配比例和適合的骨料及添加劑，最重要的是選擇合適的乳化瀝青材料和摻配比例，進(jìn)行配比設(shè)計中需要綜合考慮材料的性能、成本和環(huán)境因素等。

（4）結(jié)合瀝青銑刨料特點和性能，設(shè)計確定冷再生瀝青混合料的參數(shù)和材料配比，完成結(jié)構(gòu)組合設(shè)計需要重點確定各層的壓實厚度、材料參數(shù)和施工工藝。

（5）瀝青混合料設(shè)計配比確定后需要對混合料進(jìn)行驗證和優(yōu)化。通過混合料的實驗室試驗和現(xiàn)場試驗，驗證設(shè)計混合料的整體性能及優(yōu)化設(shè)計的重要性，這可以確保設(shè)計方案在實際應(yīng)用中的有效性和經(jīng)濟(jì)性。

1.2 冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計注意事項

（1）路面設(shè)計滿足排水設(shè)計要求，優(yōu)化路面排水方案，以便在提高路面結(jié)構(gòu)的耐久性和承載能力的同時優(yōu)化路面排水性能。通常情況下可以通過合理設(shè)置排水邊溝設(shè)施和增加路面坡度實現(xiàn)。

（2）路面結(jié)構(gòu)層的功能性設(shè)計應(yīng)重點考慮。在設(shè)計瀝青路面的結(jié)構(gòu)層時應(yīng)充分考慮其功能性要求，如瀝青路面性能要求抗滑性、耐磨性、抗剪性和抗拉能力等。通過選擇合適的路面結(jié)構(gòu)材料、優(yōu)化材料結(jié)構(gòu)配比實現(xiàn)。

（3）道路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)均需要考慮環(huán)保和可持續(xù)性設(shè)計要求。在路面材料選擇和施工工藝控制過程中，應(yīng)充分考慮環(huán)境保護(hù)的要求。選擇環(huán)保材料、減少廢棄物排放、降低能耗等都是實現(xiàn)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)的有效措施。

2 路面損壞程度評估

路面狀況評估對于冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計起著決定性作用。舊瀝青路面評估內(nèi)容包括路面的損壞程度、材料性能、交通量等影響道路壽命的指標(biāo)。通過深入分析這些因素，有助于根據(jù)路面狀況確定路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求和限制條件[2]。

2.1 評估路面的損壞程度

根據(jù)路面不同情況選擇適用不同路面的檢查方法。路面可直觀判斷損壞的，如損壞類型為裂縫、坑槽、車轍、泛油等，可以采用外觀檢查。通過測量路面彎沉值檢測評估路面的承載力和變形情況，路面彎沉越大，變形越大，承載能力越低。采用摩擦系數(shù)檢測評估路面的抗滑性能，摩擦系數(shù)越小，說明路面的抗滑性能越差。路面內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整性，是否有空洞等情況可以采用雷達(dá)探測，雷達(dá)探測是一種無損檢測方法，能夠很好保護(hù)現(xiàn)狀路面不受破壞。

2.2 評估路面的材料性能

評估路面材料性能是冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要方面之一。路面結(jié)構(gòu)設(shè)計依據(jù)可以根據(jù)對路面材料性能的評估結(jié)果確定。評估結(jié)果對于指導(dǎo)路面結(jié)構(gòu)的選用和配合比優(yōu)化非常重要，有助于提高路面的使用壽命和行車安全性[3]。常用的路面的材料性能評估方法主要有實驗室檢測、現(xiàn)場檢測、老化試驗等。

2.3 評估路面的交通量

根據(jù)路面交通量的評估，為路面結(jié)構(gòu)設(shè)計提供可靠依據(jù)。評估結(jié)果也可以指導(dǎo)路面養(yǎng)護(hù)和維修工作，提高路面的使用壽命和安全性[4]。交通量的評估方法主要包括交通量調(diào)查、交通量預(yù)測、路面應(yīng)力分析、交通量仿真模擬等。通過調(diào)查路面的交通量，了解該路段的車輛數(shù)量、車型、車速等參數(shù)，對比歷史交通量數(shù)據(jù)和未來交通規(guī)劃，可以預(yù)測未來一定時期的交通量。

3 材料選擇與配比設(shè)計

3.1 瀝青、骨料和添加劑的選擇

選擇瀝青拌和料應(yīng)符合針入度、延度、軟化點等相關(guān)要求，確保瀝青混合料滿足設(shè)計壽命?？梢赃x擇添加適量的抗剝落劑或再生劑，確保冷再生瀝青混合料的穩(wěn)定性滿足要求。冷再生瀝青路面的性能受混合料中骨料的質(zhì)地、粒徑、級配等參數(shù)的影響。因此骨料選擇應(yīng)滿足質(zhì)地堅硬、表面粗糙、耐磨性等相關(guān)要求，同時需要嚴(yán)格控制骨料的含泥量。提高路面表面的抗車轍、抗裂、耐久等性能一般需要增加添加劑，這能夠有效改善冷再生瀝青混合料的性能。添加劑的選擇要首先考慮質(zhì)量穩(wěn)定、性能可靠，應(yīng)嚴(yán)格控制其添加劑的摻入量，以避免對瀝青混合料的性能產(chǎn)生不良影響[5]。

3.2 最佳配比設(shè)計與優(yōu)化

按照具有代表性水平的配合比試驗，選擇正交試驗并快速確定各影響因素之間的主次關(guān)系，通過試驗得出最佳配合比稱為正交試驗設(shè)計。通過建立數(shù)學(xué)模型，根據(jù)混合料之間各參數(shù)分析對比各響應(yīng)值之間的主次關(guān)系，通過不斷優(yōu)化主次影響配比建立響應(yīng)曲線，找到各因素之間的最佳配合比點，這種方法可以基于多因素、多水平進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，其設(shè)計精準(zhǔn)度、可靠性較高。基于生物進(jìn)化原理，用于求解復(fù)雜的非線性優(yōu)化問題的方法稱為遺傳算法，遺傳算法是可以模擬生物進(jìn)化和變異的一種計算方法，通過這種模擬方法能夠在大規(guī)?？臻g中獲得最優(yōu)解值，不斷計算和優(yōu)化搜索最優(yōu)解，最終找到最合適的配合比。

3.3 材料的經(jīng)濟(jì)性與環(huán)境影響分析

冷再生技術(shù)與傳統(tǒng)的路面修復(fù)方法相比，材料和運(yùn)輸成本得到降低，進(jìn)而顯著節(jié)省成本。由于舊瀝青路面銑刨料、石料等材料在再生過程中被重復(fù)使用，可以節(jié)約新增加購買材料和運(yùn)輸成本，極大程度減少工程造價，從而降低了成本，一般可以節(jié)約30%～50%的成本。冷再生技術(shù)只需要通過銑刨機(jī)械將路面銑刨后重新拌和使用，既可以很大程度節(jié)約施工時間，也可以減少阻斷交通時間。

4 案例分析與實踐

該項目依托某地方公路路面維修工程進(jìn)行研究。近年來，隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，由于氣候等多方面原因?qū)е虏糠致范纬霈F(xiàn)輕微車轍、網(wǎng)裂、縱縫、橫縫等病害，路面總體平整度良好，須對路段路面病害進(jìn)行處治。該項目采用冷再生瀝青路面工藝進(jìn)行病害修復(fù)。

4.1 維修方案

通過現(xiàn)場調(diào)查、路面取芯、使用專業(yè)設(shè)備評估路面結(jié)果，確定具體的維修方案，對路面的損壞程度、破損類型、破損位置等進(jìn)行評估。結(jié)合路面損壞情況制定合適的修復(fù)方案，若路面破損嚴(yán)重應(yīng)選擇將現(xiàn)有結(jié)構(gòu)層挖除后新建路面結(jié)構(gòu)層，即重新鋪筑路面結(jié)構(gòu)層；若路面局部破損嚴(yán)重，通常采用局部挖除重鋪方法進(jìn)行修復(fù)，可減少資源浪費(fèi)，比如坑槽修補(bǔ)、裂縫填縫等。

4.2 混合料配合比設(shè)計

項目根據(jù)委托單位所送道路銑刨料進(jìn)行了冷再生混合料乳化瀝青的目標(biāo)配合比設(shè)計，設(shè)計完成后對冷再生瀝青混合料相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行實驗室檢測，選取該項目中銑刨料進(jìn)行配合比試驗研究。該試驗選取的為網(wǎng)裂瀝青面銑刨后瀝青混合料級配曲線，如圖1所示。

根據(jù)舊瀝青的配合比設(shè)計冷再生瀝青混凝土，經(jīng)過對主要材料乳化瀝青摻量不同配比進(jìn)行擊實實驗確定最佳含水率范圍，采用土工擊實試驗確定最佳函數(shù)論曲線。經(jīng)過對比乳化瀝青摻量3%和4%中的含水率，確定最大干密度對應(yīng)的最佳含水率，最佳含水率曲線如圖2所示。

通過驗證試驗進(jìn)行配比，獲得表1中的設(shè)計配合比，均滿足乳化瀝青冷再生混合料的抗水損害性能和高溫性能等設(shè)計要求，室內(nèi)目標(biāo)配合比設(shè)計的所得結(jié)果可用于生產(chǎn)配合比的調(diào)試。冷再生瀝青混合料礦料、乳化瀝青、用水量設(shè)計配合比如表1所示。

根據(jù)工程實例中瀝青再生混合料研究，為保證施工過程中的配合比滿足不同的銑刨料要求，可對現(xiàn)場實際的混合料施工提出以下建議：

（1）施工時用水量應(yīng)根據(jù)銑刨料含水率進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到根據(jù)不同瀝青廢料產(chǎn)生最佳裹附和最佳工作性。

（2）銑刨料級配應(yīng)在施工時提高檢測頻率，提高瀝青混合料生產(chǎn)質(zhì)量。

（3）施工氣溫的高低會影響乳化瀝青混合料的破乳速度，施工時應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的試驗。

5 結(jié)語

該文深入研究了冷再生瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原理和主要設(shè)計方法，從冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方法、路面破損程度評估及恢復(fù)、冷再生瀝青混合料配合比設(shè)計等方面，綜合系統(tǒng)地分析了冷再生瀝青路面設(shè)計全過程，同時還根據(jù)相關(guān)研究提出了設(shè)計步驟和原則。最后，選用工程實例為研究對象，通過對冷再生瀝青混凝土中主要添加劑乳化瀝青含量和含水率進(jìn)行研究，確定了最佳配合比，可對冷再生瀝青路面的推廣和應(yīng)用具有重要意義。

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