泡沫瀝青冷再生技術(shù)的應(yīng)用研究

　　隨著我國公路交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，尤其在東部發(fā)達(dá)省份高速公路和國省道干線路網(wǎng)已經(jīng)基本形成，而且許多公路陸續(xù)進(jìn)入大修期。但是長期以來我國公路大修時(shí)存在方案設(shè)計(jì)單一，維修工藝較落后，施工成本高，社會效益差等弊病。因地制宜的選擇合理、科學(xué)的現(xiàn)代化維修方案和工藝技術(shù)成為目前公路管理和養(yǎng)護(hù)部門的迫切要求。

　　泡沫瀝青冷再生技術(shù)近年在國外日漸興起，并在各地得到廣泛應(yīng)用。這項(xiàng)技術(shù)是利用瀝青發(fā)泡技術(shù)將廢棄的路面銑刨材料重新再生利用，并在壓實(shí)力的作用下形成具有一定路用性能的路面結(jié)構(gòu)層。這項(xiàng)技術(shù)不僅可以將廢棄的路面銑刨材料再生使用，而且瀝青銑刨材料中的老化瀝青可以重新激活，可以變廢為寶，從而達(dá)到保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源的作用；同時(shí)利用泡沫瀝青再生技術(shù)可以將傳統(tǒng)的路面結(jié)構(gòu)改造成柔性基層路面結(jié)構(gòu)，從而優(yōu)化路面組合形式，延長路面使用壽命。

　　為了探索和研究泡沫瀝青冷再生技術(shù)在公路大修中的應(yīng)用，在浙江省04省道2006年的路面專項(xiàng)整治工程中，采用泡沫瀝青冷再生技術(shù)的兩種工藝技術(shù)（廠拌法和就地法）進(jìn)行大修，并依托該工程項(xiàng)目，通過浙江省交通廳專項(xiàng)科研課題研究形成了系統(tǒng)成果。

1　泡沫瀝青冷再生（就地法與廠拌法）原理

　　就地再生施工一般由一組以再生機(jī)為核心的再生列車組成，包括再生機(jī)、瀝青罐車和水車。就地再生由一個(gè)專用再生機(jī)械實(shí)現(xiàn)，其核心是一個(gè)裝有若干個(gè)硬質(zhì)合金刀具的切削轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子向上旋轉(zhuǎn)銑刨原路面材料的同時(shí)，可以通過專門設(shè)計(jì)的噴灑嘴將泡沫瀝青噴灑到拌和腔。熱瀝青、冷水和空氣在一排相互獨(dú)立的發(fā)泡腔里，使瀝青發(fā)泡，并通過噴嘴均勻地噴灑到刨松的舊路面材料中，泡沫瀝青就地法再生原理如圖1所示。

　　廠拌再生是將舊瀝青混凝土材料從原有路面挖除或通過專門的銑刨設(shè)備銑刨，并運(yùn)送至固定的場地。根據(jù)材料的情況破碎或不經(jīng)過破碎，通過固定的拌和設(shè)備加入泡沫瀝青，并根據(jù)需要添加新料進(jìn)行攪拌,形成新的再生混合料，然后運(yùn)送至道路施工現(xiàn)場，使用攤鋪設(shè)備進(jìn)行攤鋪，壓實(shí)成型后，成為路面一個(gè)結(jié)構(gòu)層次的整套工藝，泡沫瀝青廠拌法再生原理如圖2所示。

2　工程概況

　　04省道是浙江省北部重要通道之一，杭州市余杭區(qū)境內(nèi)為彭公至幽靈關(guān)，全長24.09km。泡沫瀝青再生試驗(yàn)路段為3.020km，左幅（彭公至幽靈關(guān)方向）基層采用15~18cm就地冷再生柔性基層。其中K10+980-K12+000再生層厚度為18cm，K12+000-K14+000再生層厚度為15 cm，寬度11.3～12.7m。結(jié)構(gòu)方案如圖3所示；右幅（幽靈關(guān)至彭公方向）基層采用廠拌冷再生柔性基層，厚度為15cm，寬度11.3～12.7m。同時(shí)在瀝青面層結(jié)構(gòu)上也做了兩種方案，一種為11cm兩層（7cm＋4cm）普通瀝青混凝土，長度雙幅為 2.5km；另一種為5cm單層普通瀝青混凝土，長度雙幅為0.5km，結(jié)構(gòu)方案如圖3所示。

3　生產(chǎn)配合比的確定

　　集料級配是決定混合料路用性能重要因素，而再生材料的原材料主要來自于舊路面材料，而舊路面材料是通過銑刨機(jī)（廠拌法）或再生機(jī)（就地法）從舊路銑刨而來。因此控制銑刨機(jī)或再生機(jī)的銑刨方案是控制材料級配的重要因素?？刂沏娕贆C(jī)或再生機(jī)的速度是獲取理想再生材料的首要控制策略。在舊路面全面再生前，選擇了3種不同銑刨速度（4m/min，6m/min和8m/min）進(jìn)行試驗(yàn)，并通過對不同銑刨材料進(jìn)行篩分，來選擇適宜的銑刨速度。通過級配曲線的對比可以看出，各檔銑刨速度下的銑刨料的級配存在一定差別。而處于6m/min和8m/min時(shí)的銑刨速度，銑刨材料的級配差異性不大，材料的級配比較穩(wěn)定。因此最終要求銑刨或再生機(jī)速度控制在6～8m/min。

　　根據(jù)石屑、骨料、水泥和確定銑刨速度下銑刨料級配情況，參照目標(biāo)配合比的級配情況，最終確定兩種工藝的材料配合比方案為：78.5%的銑刨料＋10%的石屑（0～3mm）＋10%的骨料（15～25mm）＋1.5%水泥。

　　根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，泡沫瀝青發(fā)泡溫度為150～170℃，發(fā)泡用水量為2.0%。

4　生產(chǎn)工藝的研究

　　項(xiàng)目實(shí)施過程中，課題組通過分析兩種工藝技術(shù)的特點(diǎn)，并輔助試驗(yàn)段的施工總結(jié)，最終確定了兩種工藝的基本流程，如下圖4和5所示。

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　　通過兩種工藝的實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)兩種工藝具有一些特點(diǎn)：廠拌再生拌和質(zhì)量容易控制，拌和均勻；拌和料用攤鋪機(jī)施工，工藝成熟，平整度較好；可以較好的控制路面標(biāo)高；銑刨后可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)基層病害，并進(jìn)行相應(yīng)處理。同時(shí)存在增加銑刨運(yùn)輸環(huán)節(jié)及費(fèi)用；需要專門的拌和場地的問題。就地再生施工簡單，可以邊銑刨邊拌和邊攤鋪，成本較低；施工速度快，效率高，銑刨的廢料可以全部加以利用。同時(shí)存在攤鋪后還需用平地機(jī)整平，平整度較難控制；需要先在面層上鋪一層細(xì)集料和水泥，現(xiàn)場施工組織較繁瑣；不易對下承層的病害進(jìn)行進(jìn)一步處理等問題。

5　現(xiàn)場材料的質(zhì)量評價(jià)與控制方法

　　馬歇爾穩(wěn)定度是一個(gè)應(yīng)用比較廣泛的指標(biāo)，該指標(biāo)可方便泡沫瀝青混合料與其他類型的瀝青混合料之間的對比，而且設(shè)備簡單，施工單位容易配備；另一方面，路面基層在行車荷載的反復(fù)作用下，主要承受豎向壓應(yīng)力及水平拉應(yīng)力作用。而且國外也廣泛采用該指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)，有很好的可比性，此外劈裂試驗(yàn)只需在普通馬歇爾試驗(yàn)儀略加以改裝既可以實(shí)現(xiàn)，因此采用馬歇爾穩(wěn)定度和間接抗拉強(qiáng)度（ITS）作為泡沫瀝青混合料的強(qiáng)度關(guān)鍵評價(jià)指標(biāo)。

　　試驗(yàn)方法如下：從現(xiàn)場提取成品材料，并在3小時(shí)內(nèi)成型馬歇爾試件（兩面75次），不少于9個(gè)試件。并按照以下方法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)：

　　（1）不脫模養(yǎng)生24小時(shí)；
　　（2）脫模后，40℃的通風(fēng)烘箱中進(jìn)一步養(yǎng)生72小時(shí)；
　　（3）養(yǎng)生完畢后，3個(gè)試件在60℃水浴中保溫45分鐘，測試馬歇爾穩(wěn)定度和流值；
　?。?）養(yǎng)生完畢后，其它6個(gè)試件十字對角量測試件高度；
　?。?） 3個(gè)試件在25℃空氣浴保溫4小時(shí)以上，然后測試試件的劈裂強(qiáng)度（干劈裂強(qiáng)度）；
　?。?）3個(gè)試件在25℃水浴保溫2小時(shí)，然后測試試件的劈裂強(qiáng)度（濕劈裂強(qiáng)度）。

　　根據(jù)材料室內(nèi)配合比試驗(yàn)結(jié)果，并輔助路面結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算分析，提出了現(xiàn)場材料性能要求，并作為施工過程中的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

　　現(xiàn)場材料的試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)如下表1、2和3所示。從試驗(yàn)結(jié)果來看，材料的性能標(biāo)準(zhǔn)基本上能夠滿足設(shè)計(jì)要求。這說明采用就地再生，現(xiàn)場材料的拌和效果能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)室的要求，材料的性能參數(shù)也能夠滿足路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。但是和廠拌再生材料的性能指標(biāo)相比，材料的強(qiáng)度略微偏低，尤其濕劈裂強(qiáng)度，從而導(dǎo)致材料的水穩(wěn)性降低。這主要與施工工藝等因素有關(guān)，就地再生在細(xì)集料的分散（尤其是水泥等填料）效果上不如廠拌再生，因此導(dǎo)致水穩(wěn)性能偏低。但是，就地再生工藝較廠拌再生費(fèi)用上略少，進(jìn)度上稍快。

6結(jié)　語

　　通過泡沫瀝青冷再生技術(shù)在浙江省04省道的應(yīng)用實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)銑刨材料級配較大的變異性是再生技術(shù)的固有性質(zhì)，加強(qiáng)對再生施工關(guān)鍵設(shè)備的控制是保證獲得較為均勻材料的重要途徑。選擇合適的生產(chǎn)配合比和現(xiàn)場材料的性能要求參數(shù)是獲得高質(zhì)量再生混合料的重要工具。同時(shí)這些指標(biāo)和數(shù)據(jù)的提出及獲得為今后的應(yīng)用提供了寶貴的參考依據(jù)。

　　本文通過實(shí)際應(yīng)用，總結(jié)了泡沫瀝青廠拌和就地再生工藝相關(guān)的使用經(jīng)驗(yàn)，提出了2種工藝的基本流程，比較和分析了2種工藝技術(shù)的特點(diǎn)，為日后的工藝選擇和施工提供參考。

　　參考文獻(xiàn)

　　1. 張永平、方銳. 泡沫瀝青冷再生技術(shù)的應(yīng)用探討. 浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào).2006.（2）:20～22