蘇 舉，張振武，羅澤文，黃治湘，李 杰，羅元春

0 引言

目前，瀝青路面冷再生技術(shù)根據(jù)再生場地的不同分為廠拌再生和現(xiàn)場再生。乳化瀝青廠拌冷再生技術(shù)的優(yōu)點是設(shè)備簡單、成本低，施工質(zhì)量易于控制，所以十分具有推廣潛力［1］。中國在2008年出臺了《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41—2008)，規(guī)定了乳化瀝青冷再生混合料的配合比設(shè)計方法，明確了其礦料級配、最佳含水量和最佳乳化瀝青用量。但是，通過試驗發(fā)現(xiàn)，規(guī)范中規(guī)定的一些試驗方法有時并不能得到預(yù)期的試驗結(jié)果［2］，對復(fù)雜施工現(xiàn)場的指導(dǎo)性不是很強(qiáng)，如在實驗室設(shè)計出的乳化瀝青冷再生混合料檢測效果較好，但應(yīng)用到實際工程后卻總是出現(xiàn)問題［3］。

為研究乳化冷再生室內(nèi)試驗與現(xiàn)場應(yīng)用情況的匹配性，筆者針對潭邵高速乳化瀝青冷再生試驗段的多個情況，在實驗室通過針對性的試驗探索解決方案，并運用到現(xiàn)場，判斷解決方案的可靠性，同時對原材料的特性、拌合方式、施工環(huán)境特性、路面壓實工藝等方面進(jìn)行針對性研究，形成完善的乳化瀝青配方設(shè)計與現(xiàn)場解決方案體系，總結(jié)出乳化冷再生施工過程中的控制要點，以更科學(xué)的方法指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

1 原材料

1.1 RAP 料

乳化瀝青冷再生的一個技術(shù)優(yōu)勢是能夠大比例利用舊瀝青路面材料(RAP)［4］，潭邵高速項目RAP材料利用率達(dá)90%以上，因而RAP的性質(zhì)變化對于混合料的性能有至關(guān)重要的影響。

1.1.1 水穩(wěn)料含量的影響

潭邵高速項目由于原路面瀝青層薄厚不均，因而在銑刨過程中不可避免地造成RAP中含有水穩(wěn)料，為考察水穩(wěn)料含量對乳化瀝青冷再生混合料性能的影響，筆者進(jìn)行了相關(guān)試驗，試驗結(jié)果如表1所示。

由表1可知:隨著水穩(wěn)料的摻入，試件的空隙率增大，劈裂強(qiáng)度降低，水穩(wěn)定性也隨之降低。水穩(wěn)料摻量為 10%時，劈裂強(qiáng)度降低了 0.17 MPa，約20%，同時代表水穩(wěn)定性的凍融劈裂強(qiáng)度比(TSR)也降低了10%左右，且水穩(wěn)料摻量越大，性能降低越明顯。從混合料拌合完的裹覆狀態(tài)也能夠明顯看出，水穩(wěn)料的摻入使花白料出現(xiàn)的幾率增大，且花白料主要以水穩(wěn)料為主，說明水穩(wěn)料與乳化瀝青的裹覆性較差。

表1 水穩(wěn)料含量對乳化瀝青冷再生混合料性能的影響

1.1.2 RAP 含水率的影響

RAP與新集料的不同之處是，RAP的吸水能力特別強(qiáng)，釋放水的能力特別弱，尤其是粒徑較小的RAP［5］。最初在進(jìn)行乳化冷再生項目時，由于現(xiàn)場條件限制或重視程度不夠，RAP往往沒有明顯的覆蓋措施，這就導(dǎo)致下雨后RAP大都處于飽水狀態(tài)。對于不同飽水狀況的RAP，筆者進(jìn)行了相同級配、相同乳化瀝青用量(3.8%)、相同水泥摻量(1.5%)及相同混合料含水率(4.4%)條件下的乳化瀝青冷再生混合料性能試驗，結(jié)果如表2所示。

表2 RAP不同飽水狀況條件下乳化瀝青冷再生混合料的性能試驗結(jié)果

肉眼觀察來看，相同含水率條件下，飽水RAP拌合的混合料要比未飽水拌合的混合料明顯偏干，且粗RAP存在較多花白料，表明RAP在不同飽水狀況下，乳化瀝青冷再生混合料的最佳含水率并不完全相同。由表2可知，RAP飽水后，混合料的試件空隙率相比未飽水狀況的明顯偏大，更難以壓實。其主要原因在于，飽水后的RAP中大部分水分在RAP內(nèi)部，在壓實過程中并不能起到充分潤滑作用，混合料的壓實和易性較差，而未飽水的RAP主要通過添加外加水，使RAP表面充分潤濕，因而更容易壓實。RAP飽水后，混合料的劈裂強(qiáng)度和干濕劈裂強(qiáng)度比均有較大程度衰減，這是因為RAP飽水后粗、細(xì)RAP含水率不均勻，外加水摻量低，粗集料得不到充分裹覆，因而與乳化瀝青黏附性差，使混合料強(qiáng)度和水穩(wěn)定性要差一些［6-8］。

1.2 乳化瀝青的溫度

眾所周知，乳化瀝青的溫度對其破乳速度有非常大的影響。有研究表明，乳化瀝青的溫度每升高6益，其破乳速度就增加一倍，因此控制好乳化瀝青的溫度對混合料的施工和易性有較大幫助。但在乳化冷再生施工現(xiàn)場，往往由于施工工期緊，當(dāng)天生產(chǎn)好的乳化瀝青還未冷卻到合適的溫度就運到現(xiàn)場進(jìn)行施工，導(dǎo)致乳化瀝青在拌合過程中就開始大量破乳，拌合電流明顯增大。同時，拌合后的混合料施工和易性較差，易發(fā)生卸車?yán)щy、黏車嚴(yán)重、碾壓粘輪、壓實度不足等多種問題。鑒于此，筆者采用潭邵高速RAP對不同乳化瀝青溫度的混合料的施工和易性進(jìn)行試驗。其中乳化瀝青用量為3.8%，混合料最佳含水率為4.4%，試驗結(jié)果如表3所示。

表3 不同溫度乳化瀝青的工作性能試驗結(jié)果

從表3可以明顯看出，隨著乳化瀝青溫度的升高，其可工作時間大幅度減少，可壓實性能也大幅降低，隨之帶來的是混合料性能的嚴(yán)重衰減。

1.3 水泥摻量

關(guān)于乳化瀝青冷再生混合料的性能，規(guī)范僅僅規(guī)定了其空隙率、15益劈裂強(qiáng)度和浸水劈裂強(qiáng)度比、凍融劈裂強(qiáng)度比，對于乳化瀝青冷再生混合料的高溫性能以及低溫抗開裂性能等沒有提出明確的要求。為研究這一點，筆者進(jìn)行了不同水泥摻量的混合料性能試驗，結(jié)果見表4。

表4 不同水泥摻量的混合料性能試驗結(jié)果

從試驗結(jié)果可以看出，乳化冷再生混合料的劈裂強(qiáng)度、水穩(wěn)定性、高溫性能均隨水泥摻量的增加有所提高，但其低溫彎曲應(yīng)變卻逐漸降低，尤其是當(dāng)水泥摻量超過1.5%后，下降程度更為劇烈，因而建議水泥摻量不宜超過1.5%。

2 拌合方式比較

乳化瀝青冷再生混合料的拌合成型主要經(jīng)歷的是化學(xué)過程。因為瀝青舊料的表面化學(xué)活性千差萬別，且氣候條件和施工條件存在差異，所以乳化瀝青配方的差異直接影響冷再生混合料拌合、攤鋪、碾壓狀態(tài)和強(qiáng)度形成速度，以及最終的路用性能［9］。

生產(chǎn)混合料時將RAP、乳化瀝青、水按比例投放到拌合鍋中拌合。一般來說冷再生混合料的拌合時間應(yīng)短于熱拌瀝青混合料的拌合時間，由于現(xiàn)場拌合功較大，拌合時間應(yīng)在30 s以內(nèi)［10-13］。乳化瀝青混合料若過度拌合，則粗集料表面的乳化瀝青容易剝落，還會導(dǎo)致乳化瀝青提前破乳，使混合料勁度過大;而拌合不充分則可導(dǎo)致集料不能充分被乳化瀝青裹覆。

實驗室拌合時，由于拌合鍋的功率與大生產(chǎn)時有較大差異，因此拌合時間稍長一些，在3 min左右。

為比較2種拌合方式下混合料性能的差異，在潭邵高速項目工地實驗室進(jìn)行試驗對比。實驗室采用小拌鍋拌合，現(xiàn)場則直接從二級拌鍋出料口或料車取料。2種拌合方式采用的乳化瀝青都是同一批生產(chǎn)的，用量、級配也相同，小拌鍋因功率小，拌合用水量稍大0.3%左右，試驗結(jié)果對比見表5。

表5 不同拌合方式下實驗室與現(xiàn)場混合料性能對比

由表5可知，實驗室拌合的混合料更容易壓實，試件的劈裂強(qiáng)度更大，主要原因有:實驗室RAP料都是晾干后進(jìn)行拌合試驗，外加水主要使RAP表面潤濕，而現(xiàn)場拌合時RAP料往往含水率較高，外加水少，部分粗RAP料表面未能完全潤濕;實驗室配料更均勻，離析情況少，而拌合樓的拌合均勻性取決于RAP銑刨過程中級配是否均勻;實驗室總拌合時間長，為3 min，而現(xiàn)場拌合時間不到30 s;實驗室拌合時加料順序較為合理，且有一定時間間隔，拌合樓由于拌合時間短，不同材料的加料時間間隔很短，往往集料表面未充分被外加水潤濕就開始與乳化瀝青拌合，因而均勻性稍差。

3 混合料成型溫度比較

在潭邵高速乳化瀝青冷再生現(xiàn)場施工過程中發(fā)現(xiàn)，施工天氣較好、氣溫較高時，乳化冷再生混合料更容易被壓實，碾壓破乳現(xiàn)象更容易出現(xiàn)，同時路面的壓實度更高，更容易取出完整芯樣。因此在實驗室采用粗、細(xì)2種級配，并將RAP料、水泥、乳化瀝青分別保溫在15益、25益、35益的恒溫恒濕箱中24 h，乳化瀝青用量均為3.8%，水泥摻量為1.5%，并通過拌合試驗確定各自的最佳拌合用水量分別為2.2%、2.4%和2.8%，試驗結(jié)果如圖 1、2 所示。

圖1、2表明:乳化瀝青冷再生混合料的成型溫度對其空隙率和15益劈裂強(qiáng)度有重要影響，在一定的溫度范圍內(nèi)基本呈線性關(guān)系;成型溫度越高，混合料越容易壓實，劈裂強(qiáng)度也越高;另外，針對粗級配和細(xì)級配而言，粗級配混合料的試件空隙率和劈裂強(qiáng)度與成型溫度的線性關(guān)系斜率均大于細(xì)級配，表明成型溫度對粗級配的影響更大。

圖1 混合料的馬歇爾試件空隙率與成型溫度的關(guān)系

圖2 混合料的馬歇爾試件劈裂強(qiáng)度與成型溫度的關(guān)系

施工現(xiàn)場選取同一天出料、同一級配的混合料，分別對其在上午6:00攤鋪(氣溫21.3益)、上午11.00攤鋪(氣溫28.2益)、下午14:00(氣溫34.8益)攤鋪的乳化瀝青冷再生路面進(jìn)行鉆芯取樣，檢測芯樣壓實度分別為89.5%、90.8%和92.4%，與實驗室馬歇爾擊實試件空隙率和成型溫度的關(guān)系結(jié)論一致。

4 混合料壓實工藝比較

目前全球范圍內(nèi)還沒有統(tǒng)一的、得到普遍認(rèn)可的乳化瀝青冷再生混合料設(shè)計方法和技術(shù)要求。中國現(xiàn)行規(guī)范主要采用馬歇爾擊實法成型試件，但也鼓勵采用旋轉(zhuǎn)壓實進(jìn)行乳化瀝青冷再生混合料的檢驗，美國各個州對旋轉(zhuǎn)壓實遍數(shù)的規(guī)定也不相同，蒙大拿州規(guī)定旋轉(zhuǎn)壓實次數(shù)為30次，而德克薩斯州則規(guī)定為40次。為研究乳化瀝青冷再生室內(nèi)設(shè)計方法與現(xiàn)場壓實之間的關(guān)系，本文針對潭邵高速乳化瀝青冷再生項目，采用相同配合比，在氣溫28益條件下，選擇2種現(xiàn)場施工碾壓方案、4種室內(nèi)成型方法進(jìn)行比較，具體如表6所示。最后分別對現(xiàn)場碾壓方案取芯，比較各壓實方案混合料的壓實度，結(jié)果如圖3所示。

由上述的試驗結(jié)果，可以得到如下結(jié)論。

表6 現(xiàn)場和室內(nèi)壓實方案

圖3 各壓實方案乳化瀝青冷再生混合料壓實度

(1)單鋼輪的振壓遍數(shù)對乳化瀝青冷再生路面的壓實度有重要貢獻(xiàn)，振壓遍數(shù)越多，壓實度越高。從現(xiàn)場結(jié)果來看，單鋼輪振壓對路面的平整度影響較大，方案B振壓遍數(shù)過多，路面出現(xiàn)了少量橫突。

(2)室內(nèi)壓實方案D、E對于指導(dǎo)乳化瀝青冷再生施工工藝是合理的，若要對路面壓實度有更高要求，可采用方案F的設(shè)計方法，但在增加單鋼輪振壓遍數(shù)時，需注意考慮其對路面平整度的影響。

5 結(jié)語

針對潭邵高速乳化瀝青冷再生項目，分別從原材料特性、拌合方式、混合料成型溫度以及壓實工藝等多方面進(jìn)行室內(nèi)設(shè)計與現(xiàn)場施工的匹配性研究。結(jié)果證明，要保證乳化瀝青冷再生的施工質(zhì)量，除了按規(guī)范要求對乳化瀝青混合料進(jìn)行配合比設(shè)計且須達(dá)到各項規(guī)范指標(biāo)外，還應(yīng)分析施工現(xiàn)場的各項影響因素(如銑刨厚度、氣溫、拌合設(shè)備、壓實工藝等)，根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況調(diào)整試驗方法，保證試驗數(shù)據(jù)反映真實的施工情況，從而加強(qiáng)對施工現(xiàn)場各影響因素的控制，更好地指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

另外，建議在路面銑刨過程中，杜絕銑刨至水穩(wěn)層，并在RAP篩分后搭棚存放，避免露天堆放;冷再生混合料拌合時，乳化瀝青溫度越高，破乳速度越快，故應(yīng)在乳化瀝青冷再生路面施工前2、3 d提前生產(chǎn)乳化瀝青，待乳化瀝青降到合適的溫度后再進(jìn)行施工;水泥可提高乳化瀝青冷再生混合料的早期強(qiáng)度、水穩(wěn)定性及高溫性能，但水泥量達(dá)到一定值后，路面的抗裂性能會降低，建議乳化瀝青冷再生混合料中水泥摻量不高于1.5%;再生混合料拌合時間越短，裹覆均勻性越不好，所以乳化瀝青冷再生拌合樓的拌鍋應(yīng)足夠長，盡量采用二級拌合方式，或?qū)π铝线M(jìn)行預(yù)裹覆，以保證混合料的均勻性;盡量選擇在氣溫較高的天氣條件下施工，以保證路面壓實度;單鋼輪的振壓遍數(shù)對路面壓實度有重要影響，施工時為保證路面壓實度，可適當(dāng)增加單鋼輪振壓遍數(shù)，但要注意其對路面平整度的不利影響。

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