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城市道路大修过程中乳化沥青冷再生混合料的应用

2021-02-08 80 上传者：管理员

摘要：乳化沥青冷再生技术兼顾了安全性、舒适性、耐久性与经济性，符合我国可持续发展战略对生态环境保护、资源再生利用的要求。通过分析该技术在城市道路大修施工中遇到的问题，提出解决方法，并在施工中加以验证，符合预期效果。

关键词：
乳化沥青
冷再生
城市道路大修
城市道路施工
建筑材料
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常规半刚性基层材料施工中存在道路封闭时间长、资源消耗大的问题，乳化沥青冷再生技术具有比常规半刚性材料施工速度快、早期强度高、养生时间短、不易扬尘、开放交通快等优点。由于存在对冷再生强度机理认识不清、再生原材料控制不严、配合比设计方法单一、施工管理不规范、二次压实不重视等问题，导致乳化沥青冷再生混合料并未在城市道路大修施工中大量应用。

1、存在问题

1.1 乳化沥青冷再生混合料强度机理认识不清

再生沥青混合料组成结构复杂，不仅有旧集料、老化沥青、乳化剂、新沥青、新集料、水，还会掺加一定量的水泥，其组成材料的相态结构复杂。目前，对其强度机理认识尚不全面，设计、施工中对重点环节把控针对性不强。

1.2 沥青混合料回收料质量差异大

以往铣刨作业偏重追求施工效率，较少考虑旧料再生需求。在旧路面原始资料及养护修补材料不清楚的情况下，对不同路段无差别铣刨，且铣刨过程中参数控制不严格，造成沥青混合料回收料（RAP）变异性偏大。

1.3 设计方法不完整

当前沥青混合料的设计指标单一，没有体现不同路面结构层的功能要求，对基层缺乏良好的保护，未能形成功能上的互补。同时，对沥青面层材料性能要求多目标化，同一层位沥青混合料承担多种“角色”。从结构设计角度分析，路面结构不同层位受力不同，对材料性能要求也不同。从材料设计角度来看，则各层材料要求基本一致。各个沥青层厚度设置仅考虑厚度与公称粒径之间的关系具有局限性。

1.4 施工管理不规范

乳化沥青冷再生混合料属于新材料，缺乏施工经验，尤其城市道路大修施工中往往不具备封闭交通养生的条件，通常采用粗粒式沥青混合料作为上基层处理病害。少量的试验段应用中，也仅处于摸索阶段，对乳化沥青冷再生混合料的摊铺碾压控制没有形成一套完整的体系。

1.5 二次压实不重视

乳化沥青冷再生沥青混合料通常用作路面基层或下面层，底面层摊铺过程中往往忽视二次压实，碾压过程中过早或过多地采用大吨位胶轮压路机追求底面层的压实度，造成底层摊铺后平整度较差。摊铺结束后，未等冷再生层内部温度降低就过早地开放交通，使路面在重载车辆的作用下很快出现车辙。这也造成了对乳化沥青冷再生混合料基层施工难度过大的误解。

2、解决方法

2.1 进一步研究乳化沥青冷再生混合料强度影响的因素

影响乳化沥青冷再生强度的因素有施工性能和使用性能。其中，施工性能体现为拌和、摊铺、碾压，不发生离析、脱附、硬结状况表明性能良好；使用性能体现为密实性能、变形性能、强度等。应充分认识其强度形成机理，关注破乳过程。乳化沥青是1种液态胶黏剂，与集料拌和时，挥发水分，使分散的沥青颗粒聚集在一起，形成连续的沥青膜覆盖于集料表面上，使集料间相互黏结致密。如果水分不能较快地排出，乳化沥青就不能及时形成沥青膜黏附集料表面，进而影响沥青对集料的黏结作用，进而影响冷再生路面的早期性能，导致混合料的强度不高，在车载作用下易发生损坏。加入适量的水泥可以起到调整级配、减小孔隙率、增加强度、改善和易性、调整破乳与成型时间、吸收旧沥青材料中的含水、增强抗水能力等作用。寻找合适的施工时间、严格控制关键环节、养生过程中注意气温和风力的变化，才能保证乳化沥青冷再生混合料形成较好的强度。

2.2 严控沥青混合料回收料质量

回收料是采用铣刨机铣刨旧沥青混合料路面而得，与道路修建时的级配有很大不同。沥青路面在使用中长期承受行车载荷，集料在压应力作用下会发生破碎。旧路铣刨时，铣刨机刀头旋转也会破坏部分粗集料，使回收料规格不等，以细集料居多。旧料中的老化沥青往往存在结块现象。其中，大部分是由沥青裹附细集料形成的团块，或是细集料黏附在粗集料表面形成超粒径团块；有一部分可能是因为施工过程中拌和不均匀导致细集料被沥青聚集成团；另一部分则可能是因为旧料在料堆中长期受高温、有水，在重力作用下导致成团。这些成团的假集料，力学性能不足，极易破碎。结块集料如充当骨料用于冷再生路面中，将使混合料路用性能受到严重影响。

回收的沥青混合料旧料，会因铣刨过程中加水、空气潮湿、雨水淋湿等各种因素导致含水量过大。冷再生混合料设计时，应考虑旧料的含水量。沥青混合料回收料运至沥青厂时要严格检验，不得混入杂物，堆放在平整坚实、排水良好的硬化路面上备用，并用苫布苫盖防止雨淋。堆放时，运输车辆应从料堆的不同方向卸料，严格控制堆放高度，以防下方旧料结块。

2.3 配合比设计考虑结构功能

冷再生混合料通常用做上基层，在设计中不仅要考虑满足裹覆性、黏聚力、拌合工作性、压实性、力学特性等，还应考虑其在沥青路面整体结构中承担的功能要求，分析不同层次应力状态，根据实际需求同步设计与其相连接的底基层保留厚度，是否需要添加防水层来隔离毛细水，面层沥青混合料层数及厚度，防水排水效果如何等。

设计方法、过程控制、力学分析、响应监测是一个循环闭合的整体。只有充分考虑了材料性质（再生料特性、新加集料特性、老化沥青特性），环境因素（温度、湿度），荷载条件（荷载类型、分布形式、时程变化），路面结构（基层类型、面层结构、层间黏结）才能设计出切实满足结构层需要的材料性能。

各个沥青层厚度设置仅考虑厚度与公称粒径之间的关系具有局限性，应认真研究竖向压应力极值沿深度方向分布、竖向剪应力极值随深度变化的规律，分析出竖向压力、剪应力最大值位。

2.4 规范施工全过程管理

只有经过严格规范的施工，并进行各环节的质量控制，才能实现设计的目标，保证道路的使用寿命。实施全面质量管理包括：原材料和沥青混合料的定期抽检，性能指标变化动态分析并绘制动态质量管理图；对混合料生产实行在线监测、过程控制；采用逐日控制、总量检验等控制方法。摊铺过程中控制摊铺机型号、摊铺的速度，压路机的数量、组合（初压、复压和终压）温度、速度及遍数，胶轮压路机的使用时机等关键环节。

2.5 重视二次压实

冷再生层养生结束后，铺筑热沥青混凝土底面层时，150～170℃的摊铺高温会传递至冷再生层。根据检测，当摊铺底层热沥青混合料时，冷再生层4cm深处温度可达60～70℃左右。在如此高的温度下已完全破乳的沥青会被软化，旧料中的老化沥青也可能在加热的情况下发生作用。由于乳化沥青混合料中含水量较高，在养生时基本已经蒸发，留下了很多空隙，使得乳化沥青混合料中的空隙率远大于热拌沥青混合料。在热拌沥青混合料压实的过程中，冷再生混合料必定会被进一步压实，以达到设计要求。

3、工程实例

为验证应对措施有效性，在稻香湖路道路大修工程中设置了厂拌冷再生沥青混合料试验段。试验段长度585m，平均宽度16m，总面积10454m2。

3.1 从铣刨开始控制回收料质量

在回收过程中，充分调查旧路面状况、收集旧路面原始资料及修补养护记录，对不同路况路段分段铣刨。保持铣刨速度、深度等工艺参数稳定，并记录不同RAP信息，严格控制RAP的变异性。

该试验段所用回收料由稻香湖路选取未经中小修养护加铺过的沥青材料，面层结构为：4cm密级配中粒式沥青混凝土AC-16I+5cm密级配粗粒式沥青混凝土AC-25I+7cm密级配粗粒式沥青混凝土AC-30I，面层总厚度16cm，铣刨厚度4～10cm，分2层铣刨回收，铣刨速度控制在3～4m/min。该路段未经修补，沥青混合料回收料基本一致，铣刨过程中合理控制扬尘，控制喷水量，铣刨后旧料运回厂家单独存放。

沥青混合料回收后在沥青厂进行破碎、混合、筛分等预处理工作。处理时按照料源、品种、规格分开进行。对粒径超过26.5mm的RAP、聚团的RAP使用剪切式破碎机进行2级破碎。再根据混合料的最大公称粒径选择0～10mm和10～20mm筛网，将处理后的回收沥青路面材料筛分成2档材料。

3.2 基于路面调查、检测分析进行结构设计

试验路段主要病害类型为网裂，占道路总面积的20.7%，其次为车辙、沉陷，分别占道路总面积的5.5%、5.0%，取芯结果表明：芯样面层层间黏结较好，线裂、网裂病害仅发生在上面层，碎裂病害贯穿面层，车辙病害主要发生在中面层，局部沉陷段基层松散，结构强度差。根据弯沉值检测结果，全线整体路面结构强度评价为足够，仅局部段落弯沉值较大，说明路面强度整体较好。

路面结构方案应在分析现况交通量、车型组成、道路等级等因素基础上，结合现况道路承载力及现况路面破损等情况综合确定，同时还应充分考虑路面的抗滑、抗水损坏、高温稳定性、低温抗裂性、耐久性能等因素，在满足使用功能的同时，本着经济、实用、环护等多项综合指标进行设计。

对强度不足的沉陷路段进行基层结构补强，验证厂拌冷再生沥青混合料结构性能。再生混合料配比见表1。

3.3 规范施工过程管理

施工工序：下封层撒布—摊铺设备就位—摊铺—初压—复压—终压—清理现场—养生—开放交通。

下封层采用同步封层车撒布，乳化沥青洒布量1.2L/m2,S12型集料，8m3/1000m2，边角采用人工补洒，及时清除浮料。根据测设好的高程控制网，布设导轨支架并安装铝合金导轨，控制摊铺高程。

冷再生混合料采用2级拌合，第1级预拌水拌和8s，实现充分预湿RAP料和新石料，满足乳化沥青良好裹附的化学需求；第2级乳化沥青拌和20s。乳化沥青冷再生混合料的破乳时间直接影响压实质量，提前规划好运输路线，行驶时间约为45min。装料时，前后移动3次分别从车厢前部、后部、中部装料，以减少混合料离析现象。装料完成后用不透光的厚帆布严密覆盖住车厢，防止混合料水分过快蒸发及受到污染。

经试验室测定乳化沥青冷再生混合料的允许施工时间是6h，所有拌合完成的混合料需要在破乳前摊铺完成。

初压采用2台12t双钢轮压路机静压1遍，振压1遍，速度控制在1.5～3km/h。复压采用1台22t单钢轮压路机震碾压6遍，1台30t胶轮压路碾压6遍，速度控制在2～4km/h。终压采用1台12t双钢轮压路机静压2遍，以消除轮迹。

3.4 利用二次压实增加密实度

采用大吨位光轮压路机进行二次压实，以保证在热拌沥青混合料压实过程中，压实功对冷再生层的传导均匀，不造成破坏的同时进一步增加压实度。摊铺结束后，适当延长降温时间，当内部温度降至大气温度后再开放交通，以免汽车车轮碾压路面形成早期车辙。

4、结语

笔者分析了目前乳化沥青冷再生混合料未被广泛应用的原因，提出了解决办法，并通过试验段的施工，验证了乳化沥青冷再生混合料从拌和完成到现场摊铺、压实的可工作时间；通过准确计算运输距离，有序组织人员设备，精确各工序开始时间，可有效避免提前破乳现象的发生；总结了压实机具组合及碾压顺序、次数，得出了能够保证施工质量的精确数据；通过加铺上层热沥青混合料，分析了二次压实对再生基层的影响，采取相应措施避免早期车辙的产生。

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