【技术】泡沫沥青就地冷再生技术在重载干线公路上的试验应用
摘要：本文通过相关理论研究与室内试验，对河南省S244新野线进行配合比设计，并进行现场试验路的铺筑。介绍了泡沫沥青就地冷再生施工工艺与再生效果，其材料力学性能与承载力试验表明各项指标均达到相关的设计要求。泡沫沥青就地冷再生技术在S244新野线的成功应用，为今后河南省重载干线公路采用此工艺创造了条件。
关键词：泡沫沥青；就地冷再生；重载干线公路；施工工艺
1.引言
近年来，泡沫沥青就地冷再生技术在我国迅速发展并取得了一定的成功，该技术应用于公路大中修养护具有工期短、节能环保等特点，具有较好的经济效益与社会效益。为探索泡沫沥青就地冷再生技术在河南省道重载干线公路中的适应性，2014年在S244省道新野段上进行了泡沫沥青就地冷再生技术应用试验，以下为这次应用的主要技术成果。
2.工程概况
S244省道新野线位于河南省南阳市新野县，其地理位置优越，位于河南省西南部，南阳盆地中心，与湖北省襄阳市接壤。新野属北亚热带地区，具有明显的大陆性季风气候特征，温暖湿润，四季分明，光、热、水资源丰富。年平均气温15.1℃；年平均降水量721.0毫米，年平均相对湿度75%；夏季湿热冬季干冷。本项目依托于S244新野线道路改建工程，铺筑泡沫沥青就地冷再生试验段。
经现场勘察，结合相关检测报告，该路段技术状况评定为次等路。路面破损主要以纵横向裂缝为主，局部路段坑槽、沉陷、松散较为普遍，全路段路面横坡较差。本试验路采用泡沫沥青就地冷再生的施工方法进行大中修养护，试验路段全长2000m，再生层设计厚度14cm。
3.配合比设计
3.1原材料
泡沫沥青就地冷再生施工前，利用WR2500S就地冷再生机在原旧路上铣刨有代表性的样品。取样时，应避开铣刨调速段和结束段，在取料坑中间整个断面取料，并挖到材料底部，一般不少于100kg，取样示意图如图1所示。
图1现场铣刨取样示意图
3.2沥青发泡条件
沥青在25℃稳定材料时，要求用来发泡的基质沥青膨胀率和半率期最小值分别为10倍和8s。试验路施工前，应通过再生机上的测设喷嘴对沥青的发泡效果进行检测。本次试验
采用沥青（AH-70）进行发泡试验，获得沥青的最佳发泡条件如表1所示。
表1 沥青的最佳发泡条件
|
发泡温度（℃） |
发泡用水量（%） |
膨胀率（倍） |
半衰期（s） |
|
160 |
2.5 |
18 |
15 |
3.3级配组成设计
对级配不良的铣刨料，应通过掺加部分新料以改善其级配，对新加料应取料场中有代表性的样品并严格按照相关规范和规程进行试验。集料包括粗集料和细集料。粗细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质，并有颗粒级配，质量稳定。细集料包括机制砂、石屑。
根据泡沫沥青就地冷再生混合料的级配要求，考虑再生层的设计厚度，确定混合料的组成为：71.2%旧沥青路面铣刨料；18.3%石屑；8.5%碎石；2%水泥。合成后级配结果如表2所示。加入2%水泥以增加泡沫沥青冷再生料的早期强度、抗水损坏的能力和抗变形能力。
表2 原材料级配及合成级配
|
筛孔 矿料 |
通过筛孔（方孔筛，mm）百分率（%） |
||||||||||||
|
31.5 |
26.5 |
19.0 |
16.0 |
13.2 |
9.5 |
4.75 |
2.36 |
1.18 |
0.6 |
0.3 |
0.15 |
0.075 |
|
|
铣刨料 |
100 |
94.2 |
87.4 |
79.6 |
68.3 |
60.2 |
44.7 |
31.5 |
24.3 |
16.2 |
12.8 |
10.5 |
3.3 |
|
石屑 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
96.8 |
33.2 |
21.5 |
3.2 |
2.2 |
0.2 |
|
碎石 |
100.0 |
81.3 |
26.2 |
0.2 |
0.1 |
0.1 |
0.1 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
|
水泥 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
99.3 |
96.1 |
|
合成级配 |
100 |
94.3 |
84.8 |
77.0 |
68.9 |
63.2 |
52.1 |
42.1 |
25.4 |
17.5 |
11.7 |
9.9 |
4.4 |
|
配合比上限 |
100 |
100 |
95 |
90 |
85 |
75 |
60 |
50 |
40 |
28 |
22 |
15 |
12 |
|
配合比下限 |
100 |
78 |
70 |
65 |
60 |
50 |
40 |
30 |
20 |
12 |
7 |
5 |
3 |
泡沫沥青就地冷再生混合料为满足较好的拌和效果与压实效果，在混合料进行拌和与压实过程中需加入适量的水。然而，过多或过少的拌和用水量均将影响混合料的拌和效果与压实效果，影响混合料的整体强度。本试验采用3种泡沫沥青用量，以间接抗拉强度为指标进行比较试验，以此确定最佳材料组成条件下的最佳沥青用量及混合料的基本性能参数。
在室温25℃左右将集料倒入拌和锅，缓慢注入所需用水量，然后喷射泡沫沥青，拌和完毕后立即成型马歇尔标准试件。自然条件下养生24h后进行脱模，在将试件放入40±2℃通风箱内养生72小时，取出试件后分别进行干劈裂强度试验、湿劈裂强度试验和马歇尔稳定度试验。其试验结果均满足于相应的规范要求。
表3 泡沫沥青冷再生混合料的组成设计结果
|
项目 |
设计结果 |
|
|
沥青最佳发泡条件 |
发泡温度（℃） |
160 |
|
发泡用水量（%） |
2.5 |
|
|
材料配合比设计结果 |
材料组成 |
71.2%旧沥青路面铣刨料+18.3%石屑+8.5%碎石+2%水泥 |
|
沥青用量（%） |
2.5 |
|
|
拌和用水量（%） |
4.6 |
|
|
最大干密度（g/cm3） |
2.120 |
4.试验路施工
4.1病害处理
就地再生设计阶段，应对原路面进行详细的病害调查。对泡沫沥青再生铣刨不能处理的病害，或考虑到路面仅再生施工其强度等尚不能满足设计要求的区域应进行病害或补强处理设计；就地再生施工前对应路表面必须清扫，保持路表层表面干净、平整。如果再生层表面不规则，应采取适当的整型方式，以达到线形要求，并保证最终压实后再生层的厚度满足要求。
4.2水泥撒布
进行泡沫沥青就地冷再生路面铺筑，先将石屑和水泥按照设计比例事先拌和均匀，然后在撒布到路面上。本项目采用人工撒布，并事先在路面上用石灰粉打格，按照每200m2的面积进行总量控制，并确保撒布厚度均匀。
水泥采用人工撒布的方法。通过计算确定每袋水泥的按撒布面积，水泥撒布必须均匀。水泥撒布一旦完成，除了再生机以外其他车辆一律不得进入施工区域。
4.3整平与压实
静压结束后，平地机进行整平工作，消除再生机轮迹印，切削深度应由深至浅。在直线和不设超高的平曲线段，平地机应由路肩向路中心刮平；在设超高的平曲线段，平地机应由内侧向外侧刮平。刮平后多余的混合料予以废弃。
整平结束后，及时压实再生材料，并依据经试验路段确定具体压实工艺。压路机的工作速度按照规范要求进行，碾压时应重叠1/3轮宽，后轮压完路面全宽时，即为1遍。具体施工流程为：单钢轮压路机静压1遍-平地机整平-钢轮压路机低频高幅压实2遍-钢轮压路机高频低幅压实2遍-视表面干燥情况决定是否洒水-轮胎压路机压实5遍。
4.4再生层数据检测
泡沫沥青就地冷再生施工过程中进行了相关技术指标的检测，具体检测结果见表4所示。
表4试验段混合料质量检查的项目结果
|
项目 |
检测结果（平均值） |
试验方法 |
|
混合料外观 |
均匀 |
目测 |
|
含水率（%） |
5.8 |
T0305 |
|
压实度 |
99.96 |
T0711 |
|
马歇尔稳定度（60℃，KN） |
13.49 |
T0709 |
|
劈裂强度ITS（25℃，MPa） |
0.68 |
T0716 |
|
水稳性（干湿劈裂强度比，%） |
91.2 |
T0716 |
|
车辙试验 |
5846 |
T0719 |
压实度对路基质量起到一定的控制作用，经压路机碾压密实后采用灌砂法检测压实度。其最大值为100.26%，最小值为98.96%，其压实度均满足要求。
封闭交通自然风干养生3天，然后开放交通7天后采用贝克曼量法测其弯沉值，其结果均满足设计要求。
6.结语
通过泡沫沥青就地冷再生技术在河南南阳重载干线公路上的首次应用试验，取得了以下主要技术成果。
（1）结合相关理论研究与室内试验，提出了泡沫沥青就地冷再生混合料的工程配合比设计方法。
（2）通过具体工程应用，总结了泡沫沥青就地冷再生施工过程关键质量控制及再生层质量检测的方法。
（3）通过对泡沫沥青就地冷再生施工过程中压实度、力学性能等数据分析，初步得出影响泡沫沥青就地冷再生施工质量的关键因素。
（4）泡沫沥青就地冷再生在河南省S244新野线的成功应用，为探索泡沫沥青冷再生技术在河南省的推广与应用提供了参考。
参考文献：
[1]栗关裔,李立寒. 沥青发泡效果与泡沫沥青混合料性能的相关性[J]. 建筑材料学报,2008,11(5):555-560.
[2]李秀君,拾方治,张永平.拌和用水量对泡沫沥青再生混合料性能的影响分析[J].建筑材料学报,2008,11(1):64-69.
[3]拾方治,赫振华,吕伟民等.泡沫沥青冷再生混合料设计方法的试验研究[J].公路交通科技。2004,21(10):1-4.
[4] 拾方治,马卫民.沥青路面再生技术手册[M].北京：人民交通出版社,2006.6.