王曉飛, 丁蘋(píng)蘋(píng), 張鴻斌, 魏 歡

(1.西烏珠穆沁旗交通運(yùn)輸事業(yè)發(fā)展中心,巴拉嘎?tīng)柛呃?026200; 2.錫林浩特市公路養(yǎng)護(hù)中心, 錫林浩特 026000;3.武理工大學(xué)硅酸鹽建筑材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢 430070)

泡沫瀝青就地冷再生技術(shù)是采用專(zhuān)用冷再生機(jī)組直接將基層銑刨料、新集料、泡沫瀝青、水、水泥按試驗(yàn)室設(shè)計(jì)配合比現(xiàn)場(chǎng)銑刨混和,再經(jīng)就地拌合、攤鋪、碾壓、養(yǎng)生等系列工藝形成新的半柔性再生基層結(jié)構(gòu)。該技術(shù)100%利用了舊路材料,且再生結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、承載力強(qiáng)、性能穩(wěn)定可靠,同時(shí)降低了養(yǎng)護(hù)工程成本,是道路養(yǎng)護(hù)工程常用的施工方案之一。國(guó)道307線(xiàn)西烏旗至白音華段養(yǎng)護(hù)工程全長(zhǎng)24.8 km,設(shè)計(jì)舊路基層補(bǔ)強(qiáng)處理段12.6 km,涉及舊路水穩(wěn)基層需挖除量約30 000 m3。如采用傳統(tǒng)的挖除重鋪水穩(wěn)層工藝,工程量大、工期長(zhǎng),且影響交通行車(chē)安全。同時(shí),舊水穩(wěn)挖除產(chǎn)生的廢棄料如不加以利用也是極大的浪費(fèi)。有鑒于此,項(xiàng)目決定采用泡沫瀝青就地冷再生技術(shù)對(duì)基層補(bǔ)強(qiáng)段進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。

1 原材料性能

1.1 基層銑刨料

項(xiàng)目采用維特根WR2500S型銑刨機(jī)對(duì)舊路路面結(jié)構(gòu)層進(jìn)行全厚度銑刨,一次銑刨深度25 cm。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)段的試銑刨工作,確定銑刨機(jī)的各項(xiàng)工作參數(shù),并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)銑刨料進(jìn)行取樣試驗(yàn),分析了基層水穩(wěn)銑刨料的顆粒級(jí)配,銑刨料的粒徑分布如表1所示。

表1結(jié)果表明,經(jīng)過(guò)銑刨機(jī)刀頭破碎的基層料整體偏細(xì),>19 mm以上粗集料含量約10%,含量偏少,<4.75 mm以下細(xì)集料部分約占銑刨料的50%以上,細(xì)料偏多,且混合料通過(guò)率不滿(mǎn)足《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG/T5521—2019)[1]無(wú)機(jī)結(jié)合料再生混合料I型級(jí)配要求,其19 mm、4.75 mm、2.36 mm、0.6 mm、0.075 mm篩孔已超出范圍上限,需要補(bǔ)充部分粗集料來(lái)改善合成級(jí)配。

表1 基層銑刨料粒徑分布結(jié)果

1.2 瀝青材料

1.2.1 基質(zhì)瀝青

制備泡沫瀝青的基質(zhì)瀝青選用盤(pán)錦90號(hào)道路石油瀝青,其主要性能為:針入度93(0.1 mm)、延度(15 ℃)>100 cm、軟化點(diǎn)46.5 ℃、旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化試驗(yàn)后質(zhì)量變化-0.09%、殘留針入度比78.4%、殘留延度(10 ℃)16.5 cm。

1.2.2 泡沫瀝青

采用WLB-10型發(fā)泡試驗(yàn)機(jī),在試驗(yàn)室進(jìn)行160 ℃、165 ℃、170 ℃下的發(fā)泡試驗(yàn),用水量按照1.5%、2.0%、2.5%、3.0%控制,確定瀝青的最佳發(fā)泡溫度、用水量、膨脹率、半衰期等參數(shù)?！豆こ淌┕U棄物再生利用技術(shù)規(guī)范》(GB T50743—2012)發(fā)泡瀝青技術(shù)指標(biāo)要求膨脹率>10倍、半衰期>8 s[2]。項(xiàng)目泡沫瀝青發(fā)泡特性試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 瀝青發(fā)泡試驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)表2瀝青發(fā)泡試驗(yàn)結(jié)果,采用內(nèi)插法分別計(jì)算出不同發(fā)泡溫度下膨脹率>10倍、半衰期>8 s時(shí)的用水量結(jié)果和該發(fā)泡溫度下的最佳用水量,再根據(jù)計(jì)算最佳用水量查找相對(duì)應(yīng)的發(fā)泡瀝青膨脹率和半衰期結(jié)果:

1)發(fā)泡溫度160 ℃時(shí),膨脹率10倍時(shí)用水量w1=2.0%,半衰期8 s時(shí)用水量w2=2.75%,最佳用水量wopt=(w1+w2)/2=(2.0%+2.75%)/2=2.4%,計(jì)算得2.4%用水量對(duì)應(yīng)膨脹量為15倍,半衰期為11 s。

2)發(fā)泡溫度165 ℃時(shí),膨脹率10倍時(shí)用水量w1=1.75%,半衰期8 s時(shí)用水量w2=3.0%,最佳用水量wopt=(w1+w2)/2=(1.75%+3.0%)/2=2.4%,計(jì)算得2.4%發(fā)泡用水量時(shí)對(duì)應(yīng)膨脹量約為16倍,半衰期為12 s。

3)發(fā)泡溫度170 ℃時(shí),膨脹率10倍時(shí)用水量w1=1.4%,半衰期8 s時(shí)用水量w2=1.75%,最佳用水量wopt=(w1+w2)/2=(1.4%+1.75%)/2=1.6%,計(jì)算得1.6%用水量對(duì)應(yīng)的膨脹量約為11倍,半衰期為8 s。

根據(jù)瀝青發(fā)泡試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果,170 ℃發(fā)泡時(shí),最佳用水量1.6%,膨脹量11倍,半衰期8 s。165 ℃發(fā)泡時(shí),最佳用水量2.4%,膨脹量16倍,半衰期12 s。160 ℃發(fā)泡時(shí),最佳用水量2.4%,膨脹量15倍,半衰期11 s。表明在165 ℃下的發(fā)泡膨脹率和半衰期效果最好,該項(xiàng)目所用90號(hào)瀝青的發(fā)泡溫度確定為165 ℃,最佳發(fā)泡用水量為2.4%。

1.3 水泥

采用錫林浩特中聯(lián)PSA32.5級(jí)礦渣硅酸鹽水泥,初凝時(shí)間260 min,終凝時(shí)間330 min,其他指標(biāo)符合GB175—2007《通用硅酸鹽水泥》[3]相關(guān)技術(shù)要求。

1.4 新集料

根據(jù)項(xiàng)目實(shí)地碎石材料情況,摻用10～30 mm碎石,集料顆粒級(jí)配如表3所示。

左小龍雖然在每擰下一次油門(mén)的時(shí)候都會(huì)把大帥的摩托車(chē)和自己的西風(fēng)做比較，然后唏噓，但是他依然執(zhí)著的向著……不知道什么地方開(kāi)去。他只是在想，他熱愛(ài)自己的家園，但如果每天能做的只是發(fā)射鵝卵石，未免太過(guò)英雄氣短。但他轉(zhuǎn)念一想，每個(gè)人都有自己的報(bào)仇方式，有些人報(bào)仇為了報(bào)仇，有些人報(bào)仇為了悅己。況且這些不是仇恨，只是恨。

表3 新?lián)剿槭Y分試驗(yàn)結(jié)果

2 配合比設(shè)計(jì)

2.1 級(jí)配設(shè)計(jì)

以I型級(jí)配范圍為合成目標(biāo),結(jié)合表1、表3篩分結(jié)果進(jìn)行再生水穩(wěn)基層的級(jí)配合成。經(jīng)計(jì)算機(jī)擬合計(jì)算,新集料與銑刨料按照質(zhì)量比15%∶85%摻配時(shí),再生混合料曲線(xiàn)滿(mǎn)足級(jí)配范圍,合成通過(guò)率如表4所示。根據(jù)再生規(guī)范要求,選定外摻水泥用量為1.5%。

表4 再生基層合成通過(guò)率結(jié)果

2.2 最佳含水率和最佳瀝青用量

水泥用量1.5%,泡沫瀝青用量2.0%、2.5%、3.0%、3.5%,依照《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE51—2009)[4]分別進(jìn)行重型擊實(shí)試驗(yàn),確定混合料最大干密度和最佳含水率。并以最佳含水率的80%作為再生混合料拌合用水量,分別拌制不同瀝青用量下的再生混合料,依照J(rèn)TG/T5521—2019試驗(yàn)方法成型試件并養(yǎng)生,到期后測(cè)試試件15 ℃及浸水24 h后15 ℃劈裂強(qiáng)度,重?fù)魧?shí)試驗(yàn)及劈裂試驗(yàn)結(jié)果如表5、圖1所示。

表5 不同瀝青用量下混合料重?fù)魧?shí)試驗(yàn)及劈裂試驗(yàn)結(jié)果

由表5重?fù)魧?shí)試驗(yàn)結(jié)果可知,再生混合料最大干密度隨著瀝青用量的增加先變大后減小,在瀝青用量3.0%時(shí)干密度出現(xiàn)峰值為2.162,最佳含水率5.4%。 圖1劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果可知:混合料干、濕劈裂強(qiáng)度峰值對(duì)應(yīng)瀝青用量均為3.0%,隨著瀝青用量增加,劈裂強(qiáng)度先增大后減小,在3.0%附近時(shí)達(dá)到最大值,說(shuō)明適宜的泡沫瀝青用量能增加再生混合料的強(qiáng)度,過(guò)少或過(guò)多的泡沫瀝青會(huì)影響混合料的路用性能。試驗(yàn)確定該項(xiàng)目再生基層混合料最佳含水量5.4%,最大干密度2.162,最佳瀝青用量3.0%。

3 施工工藝與質(zhì)量控制要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

泡沫瀝青就地冷再生基層施工流程如圖2所示。

3.2 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

1)施工準(zhǔn)備階段

施工人員進(jìn)場(chǎng)后,組織技術(shù)人員編制詳細(xì)的施工組織方案,并進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)和施工技術(shù)交底。人員做到定崗定責(zé),各司其職。試驗(yàn)室做好前期配合比設(shè)計(jì)工作,確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)施工材料用量和質(zhì)量控制參數(shù),如泡沫瀝青最佳發(fā)泡溫度、最佳用水量、再生混合料最大干密度、最佳用水量、最佳瀝青用量、每平米新碎石攤鋪量、水泥灑布量等,并把控好原材料質(zhì)量關(guān)[5]。

2)現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備階段

確定基層補(bǔ)強(qiáng)段封閉段長(zhǎng)度,一個(gè)封閉段按0.5～1.0 km控制。做好測(cè)量放樣及作業(yè)面清理工作,在施工區(qū)域兩端設(shè)置顯著減速標(biāo)識(shí)及專(zhuān)職安全員引導(dǎo)社會(huì)交通。

3)鋪面材料用量計(jì)算

通過(guò)舊路基層鉆芯取樣,測(cè)得舊路基層平均芯樣密度ρ=2.08 t/m3,平均芯樣厚度h=19.0 cm,按照新碎石∶銑刨料=15%∶85%的比例,外加水泥1.5%,補(bǔ)強(qiáng)段每m2碎石和水泥鋪布量分別為

M碎石= 2.08×0.19×1×1 000×15/85=69.74 kg/m2

(1)

M水泥=(2.08×0.19×1×1 000+69.74)×1.5/98.5=7.08 kg/m2

(2)

根據(jù)計(jì)算的補(bǔ)強(qiáng)段每m2碎石和水泥用量,采用專(zhuān)門(mén)的碎石布料車(chē)和水泥布料車(chē)分層將碎石和水泥逐層平鋪在作業(yè)面上,先鋪碎石層,再鋪水泥層,使水泥均勻地分布在新碎石間隙中。

4)設(shè)備就位

WR2500S冷再生機(jī)最大工作深度50 cm、最大工作寬度250 cm。養(yǎng)護(hù)路段平均施工深度23 cm、半幅施工寬度450 cm。冷再生機(jī)縱向分兩幅施工,銑刨深度一次到位,相鄰兩幅重疊20～30 cm,拌和機(jī)行進(jìn)速度3～6 m/min控制,瀝青冷再生機(jī)與瀝青罐車(chē)、灑水車(chē)縱向串聯(lián)在一起停在養(yǎng)護(hù)路段起點(diǎn)待命。

5)銑刨施工

施工時(shí)應(yīng)確保每一封閉路段從加水銑刨到壓實(shí)結(jié)束的時(shí)間,應(yīng)保證在水泥初凝前完成。根據(jù)再生機(jī)組工作速度、半幅施工所分幅數(shù)以及誤工損耗,將施工現(xiàn)場(chǎng)每150～200 m劃為一個(gè)施工段落。再生機(jī)對(duì)基層銑刨料、新碎石、水泥、泡沫瀝青、水進(jìn)行充分拌和。泡沫瀝青由專(zhuān)用瀝青發(fā)泡機(jī)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡后通過(guò)管道連續(xù)輸送到再生機(jī)噴灑系統(tǒng),由噴灑系統(tǒng)噴在拌和罩內(nèi)的再生混合料中。拌和水由水罐車(chē)通過(guò)軟管輸送給再生機(jī)拌合系統(tǒng),供水量由電腦按施工用水量自動(dòng)計(jì)量,現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員可根據(jù)實(shí)際拌合效果及時(shí)調(diào)整拌合用水。

施工時(shí)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)員應(yīng)全程跟蹤,對(duì)再生混合料拌合效果、拌合深度以及泡沫瀝青分散情況實(shí)時(shí)觀(guān)測(cè),并將混合料按抽檢頻率取樣送后方檢測(cè)室,對(duì)混合料含水量、水泥劑量、瀝青含量等進(jìn)行取樣試驗(yàn)以指導(dǎo)后續(xù)施工。

6)整平及初壓

拌和完成,輔助人員緊跟再生機(jī)后,對(duì)局部坑洞、離析等缺陷進(jìn)行修補(bǔ)或挖除。先用單鋼輪壓路機(jī)靜壓一遍,后由平地機(jī)緊跟進(jìn)行一次初平,再靜壓一遍,再整平一遍,一般通過(guò) 2～3 遍整平即可以滿(mǎn)足平整度要求。在整平過(guò)程中應(yīng)遵循“寧刮勿補(bǔ)”的原則,嚴(yán)禁薄層貼補(bǔ),確保整平碾壓不起皮、不松散、不離析[6]。

7)壓實(shí)成型

由于摻加了泡沫瀝青,初壓結(jié)束后,先用膠輪壓路機(jī)碾壓2～3遍。通過(guò)膠輪壓路機(jī)的搓揉作用使柔性基層骨架結(jié)構(gòu)達(dá)到二次就位,瀝青膠漿充盈于混合料間隙中。膠輪壓實(shí)完成后,灑水車(chē)霧狀灑水潤(rùn)濕表面,再用單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)先強(qiáng)振1遍、弱振2～3遍,以確保施工壓實(shí)度,再用輪胎壓路機(jī)搓揉1遍,保證在水泥初凝之前完成壓實(shí)過(guò)程,碾壓完成及時(shí)檢測(cè)壓實(shí)度。

8)接縫處理

再生機(jī)分幅銑刨產(chǎn)生的縱向接縫,在拌和時(shí)相鄰下一幅時(shí),兩幅重疊30～40 cm,防止幅與幅之間有拌和不均勻現(xiàn)象。對(duì)于段落與段落之間的橫向搭接縫,若是連續(xù)作業(yè),搭接長(zhǎng)度50～100 cm;若中間停頓超過(guò)4 h或隔天施工,搭接長(zhǎng)度應(yīng)在100 cm 以上,同時(shí)要在搭接處摻水泥,并要求接縫平整、密實(shí)。

9)養(yǎng)生及交通管制

壓實(shí)結(jié)束的基層經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè),各項(xiàng)指標(biāo)合格,根據(jù)表面干濕狀況確定是否補(bǔ)水,再覆膜養(yǎng)生。養(yǎng)生膜采用一布一膜型土工布,既保濕還能保溫,有利于基層強(qiáng)度增長(zhǎng),縮短養(yǎng)生時(shí)間。養(yǎng)生期間禁止一切車(chē)輛上路行駛,待基層取芯強(qiáng)度滿(mǎn)足要求、鋪完瀝青面層方可開(kāi)放交通。

4 結(jié) 語(yǔ)

國(guó)道307線(xiàn)西烏旗至白音華段大中修養(yǎng)護(hù)工程歷時(shí)50 d,舊路補(bǔ)強(qiáng)再生基層12.6 km全部采用泡沫瀝青就地冷再生技術(shù)。基層補(bǔ)強(qiáng)工期凈用時(shí)20 d,平均每天處理再生基層630 m,補(bǔ)強(qiáng)段基層養(yǎng)生5 d即能取出完整、密實(shí)的芯樣,芯樣無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。項(xiàng)目銑刨舊料利用率達(dá)100%,節(jié)約工程材料直接費(fèi)150余萬(wàn)元,充分說(shuō)明了泡沫瀝青冷再生基層技術(shù)的環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)也表明在瀝青冷再生混合料的質(zhì)量控制方面已經(jīng)有一套比較成熟的控制方法,可以在錫盟地區(qū)大規(guī)模推廣應(yīng)用。