【技术】废旧沥青路面冷再生技术研究
摘要：为了进一步应用并推广沥青路面冷再生技术，本文介绍了沥青路面冷再生技术的特点及适用范围，阐述了进行冷再生技术之前对旧路面调查及铣刨料性能研究的必要性，包括旧路状况、路面结构、病害类型、旧集料和沥青性质等，分析了冷再生层强度形成机理，以更好的指导冷再生沥青路面结构设计和施工。
关键词：废旧沥青路面，冷再生技术，旧料性能，强度形成机理
1 引言
我国早期修建的高等级沥青路面越来越多的进入大、中修阶段，由此将产生大量的废旧材料。若不加以有效利用，不仅占用宝贵的土地资源、引发二次环境污染，而且极大地浪费资源。通过重复利用旧沥青混合料，可以节约沥青和砂石材料，减少了对材料的需求量，缓解了我国优质沥青资源长期需要进口的数量，符合我国可持续发展战略中废物资源化的要求和节能减排的发展理念。
沥青路面冷再生是以原有沥青面层的铣刨碎料为骨料，通过掺加乳化沥青、泡沫沥青或水泥等外加剂拌合均匀后碾压，形成冷再生结构层等再生形式，它是一种常温施工方法，对环境的影响相对较小，具有巨大的社会经济效益和环境效益。然而，与发达国家相比，我国沥青路面冷再生技术，无论从再生利用方式、材料性能的研究到实用施工技术均处于摸索阶段，均尚未形成完整的设计方法、施工工艺和质量控制标准，仍有很多课题尚需进行研究。在前人研究的基础上，本文对沥青路面再生技术的特点，废旧铣刨料的性能进行评价，深入分析水泥作为稳定剂时再生沥青路面的强度形成机理。
2 沥青路面冷再生技术特点
沥青路面冷再生技术是指采用专用的就地冷再生设备，对废旧沥青路面进行现场冷铣刨，破碎和筛分（必要时），掺入一定数量的新集料、再生结合料、活性填料（水泥、石灰等）。水，经过常温拌和，摊铺、碾压等工序，一次性实现旧沥青路面再生的技术，它包括沥青层就地冷再生和全深式就地冷再生两种方式。沥青层就地冷再生是仅仅对沥青面层进行就地冷再生作基层或底基层利用；全深式就地冷再生指把所有的路面结构层进行再生利用，其中沥青含量较少，沥青作为黑色集料利用，主要用于基层承载力不足的升级改造工程，再生后可作为低等级公路的面层、基层和高等级公路基层。
目前，沥青路面冷再生技术主要适用于路面标高不受限制的道路，由于高等级公路和大部分城市道路的路面标高在新路建成后已基本确定，可增加幅度很小，再在冷再生基层之上摊铺新面层有一定局限性。尤其全深式就地冷再生后的再生层作为路面基层时，路面标高一般比旧路提高8～10cm，作为路面底基层时，路面标高一般比旧路提高23～28cm，另外，这种再生形式对路面结构强度的提高是有限度的，对于弯沉值和累计当量轴次均较大的路段，应考虑再生后加铺基层或采用其它补强方式。因此，沥青路面冷再生技术主要适用于一般公路、部分城市道路及其他维修改造工程，再生层主要作为道路的基层。
3 旧沥青路面铣刨料的性能评价
经过长期服役的沥青路面，当对其进行养护维修时，需对旧沥青路面进行回收；目前常用的回收方式为挖除和铣刨，挖除所获得的旧料能最大限度地保留旧料的各种性能，特别是对旧料原有级配的影响较小，但挖除时对路面标高及平整度的控制较难。目前大规模维修工程中，最常使用的旧料回收方式是铣刨，铣刨工艺可以较好的控制铣刨量和旧路标高。铣刨工艺虽然施工速度快，旧路标高控制精确，但由于铣刨过程中，铣刨机的机械切削对旧路中的集料会产生很大的冲击，因此铣刨后的混合料级配会与原路面的级配产生很大的变化。同时，公路等级、使用年限、最初使用的原材料性质、铣刨方式等均会影响残留的性能，因此在对旧料进行再生利用前，必须对旧料的基本性能进行研究。
3.1 原有路面调查
以本市的一条一级公路为调研对象，研究经过长期服役的半刚性基层沥青路面的性能衰变情况，调研的内容包括原路面结构及交通量，沥青路面弯沉测试，半刚性基层病害调查，调查的主要目的是分析旧材料性能，指导废旧沥青路面再生。
（1）原有路面结构及交通量
了解现有沥青路面交通状况，以便根据路面交通情况进行后续的结构计算。同时测定路面的结构厚度及承载力，路面的主要破坏类型及破坏程度，重点分析各种破坏类型对路面结构承载力的影响程度及影响范围。调查的路面结构如图1所示。
图1 旧路面结构
在进行轴载计算时需要进行标准轴载的换算，因此现有的交通量需要进行实际观测，根据观测的数据，将轴载分类标准分为六大类：小型货车、中型货车、大型货车、特大型货车、拖挂车（集装箱）、大型客车。根据实测数据其比例如表1所示。实际的日交通量根据监控设备统计为2.5万辆。
表1 车辆分布比例
（2）沥青路面弯沉测试及病害调查
路面回弹弯沉值可以反映路基和路面的综合承载能力，它是标准后轴载双轮组轮隙中心处的最大回弹弯沉值，它广泛应用于路面结构设计中，施工控制及施工验收中，旧路补强中，是公路工程建设和养护的一个重要参数。回弹弯沉值越大，承载能力越小，反之则越大。
目前在路面检测中广泛使用的是贝克曼梁弯沉仪，本次调查也采用此方法。测试标准见表2。调查表格里应记录的项目为测定桩号，左轮、右轮的初读数和终读数，相应路段的病害类型等。通过计算公式得出测得数据的路面弯沉和修正后的路面实际平均弯沉值，以此判断路基路面整体承载能力。
表2 旧路弯沉检测标准
3.2旧料性能评价
采用沥青路面冷再生技术，首先需要对铣刨破碎的旧混合料进行原始状态的分析，经过铣刨破碎的旧混合料成分比较复杂，包括粗集料、细集料和老化的沥青块等，其中集料是被沥青裹覆而成块状。在实际冷再生应用中，旧沥青是作为黑集料，和原有材料作为整体考虑，忽略其沥青的含量及性质。
（1）旧集料
铣刨破碎的旧混合料最大粒径一般在30mm以下，对于未彻底粉碎的混合料，应该人工粉碎或剔除。由于旧料中旧沥青的存在，因此不能在高温下对沥青进行烘干，高温会使旧料中的沥青软化，松散而影响其级配。为了将RAP的级配变异性控制到最小，首先将RAP筛分为三档，以16mm和2.36mm筛孔为界，将筛分好的三档RAP按照4分法取样，在40℃通风烘箱内烘干至横重，按照规范要求筛分对其进行评价。
（2）铣刨料沥青性能分析
取自然晾晒干状态下的铣刨料，将旧混合料放入60℃士5℃的烘箱烘干，待旧混合料软化后将铣刨料破碎，在室内使用沥青混合料自动抽提仪进行铣刨料抽提试验，试验采用的溶剂为常规的三氯乙烯。铣刨料的抽提试验分为两步：一是铣刨料在溶剂三氯乙烯的冲刷下，旧料与沥青分离，各档粗细的集料留在振动筛上继续进行筛分试验。同时进行矿粉质量的测定。二是旧沥青与三氯乙烯的混合溶液进行蒸馏实验，通过高温蒸馏和冷凝回收三氯乙烯同时到旧沥青。
（3）铣刨料含水率及残余强度
含水量采用《公路工程集料试验规程JTJ 058-2000》中T0305“粗集料含水率试验”测定。工程经验表明，含水量的增加对于沥青路面的再生利用，会产生较明显的负面影响。主要原因是大量水分的存在会使乳化沥青冷再生时，导致实际加水量增加，影响再生路面的碾压效果；另一方面过大的含水量将导致旧料在堆放时，不同层位的含水量不一致，从而增加再生施工中的变异性。因此，为降低旧料的含水量，沥青路面的铣刨工作不应在雨天或刚刚雨过的天气；而对于旧料的存放，也应进行必要的遮盖，以减少雨水的影响。
旧料来源于原路面的铣刨料，虽然经过了铣刨破碎，但旧料中仍存在大量的沥青和集料，特别是旧料中的颗粒团，其内部状态仍然是由沥青起着胶结作用。所以在旧料中仍保留着部分来源于旧路面的残余强度，这部分强度的大小及构成特点，直接影响着再生后的混合料性能，因此有三轴试验得到混合料的抗剪参数、应力应变特性、抗压强度、破坏能量等。
4 水泥稳定剂冷再生沥青混合料强度机理
从微观上看水泥稳定沥青路面冷再生材料是由水、空气、水泥的水化产物、未水化颗粒等组成多相复合体。故水泥稳定冷再生材料强度的形成不仅取决于水泥自身特有的性质，同时也取决于水泥与废旧沥青路面材料以及基层材料之间的相互作用。包括如下过程：
（1）物理过程：经铣刨后的旧沥青路面材料经过拌合、压实后形成嵌挤和粘结结构，并在水泥类稳定剂的粘结作用下，在合适的温度和湿度养生环境下强度逐渐形成；
（2）化学过程：水泥通过不断水化与水解作用，有机物质的聚合作用，以及与许多化学成分复杂的新生成物有关的其他化学过程，产生大量的水化产物，从而对铣刨材料产生粘结作用。目前有些新的外加剂诞生，它们的加入能够产生大量的粘结产物，从而改善水泥稳定再生材料的性能。
（3）物理—化学过程：水泥稳定冷再生材料中，铣刨材料中的微小颗粒与水泥化学产物中个别组分之间相互交换吸附产生化学反应，颗粒的凝聚作用，从而产生新的物质和结构。
5 小结
沥青路面冷再生技术的应用，首先要对旧沥青路面材料各组成级配进行深入分析，选择稳定剂时需对多种稳定剂作性能对比分析，选出再生沥青混合料路用性能最优所对应的稳定剂及最佳掺量，依据再生混合料的强度形成机理，在施工中需严格控制含水率及施工工艺。
参考文献：
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