泡沫沥青一体化再生技术在高等级公路养护中的应用
时间：2023-07-01 21:45:01 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
文／王红斌 中海鑫业（北京）建设有限公司 北京 100032
高等级公路沥青路面具有承载能力大、稳定性好、舒适性高、施工周期短等特点，在高等级公路施工中被广泛应用，随着交通压力的逐步加大，沥青路面出现了不同的病害，影响了高等级公路整体行车的舒适及安全性，传统的改造方法是对原沥青路面铣刨外弃，重新摊铺新沥青路面，若原沥青路面基层发生断板开裂等现象，需要将原基本进行整体铣刨挖除，再次摊铺新的水稳基层，同时对沥青混凝土面层进行加铺，但由于该技术施工周期长，需要暂时封闭高速公路，对周边城市交通影响较大，同时封闭期间严重影响高速公路的收费经济效益，对于原铣刨料不能再次使用。论文主要介绍了泡沫沥青一体化再生技术在高等级公路养护过程中的一种新工法，利用原沥青路面骨料再利用与3800CR 泡沫沥青就地冷再生设备相结合，达到高等级公路高速高效高质量养护通车的预期目标。
呼准高速公路原路面结构层：底面层采用8cm 的AT B-25，中面层采用6cm 的AC-20，上面层采用4cm SMA-16 受力结构模式，线路全长51.989km，采用全封闭、全立交、双向四车道高速公路标准设计，路基宽26m，计算行车速度100km/h。
2.1 原沥青基面的现场调查及分析
原有路面的路况调查按照（JTG D50-2006）《公路沥青路面设计规范》中关于改建路面设计的调查内容进行，需要注意的是调查各路段路面损坏的层位、各层顶面的强度及各层路面材料的性状。将原路面划分为若干路段，每个路段应分别开挖探坑。选择具有代表性的位置对探坑进行调查，完成探坑分析表，探坑分析表应包括：探坑的位置、探坑区域产生的病害、铣刨次数及深度、每层材料的形状分析（材料的类型、含水量、塑性指数、铣刨后级配、抽提后级配、沥青含量等）、每次铣刨后路面结构的描述、每次铣刨后路面结构的回弹模量等，最终通过多次、多阶段调查及试验室分析原路面真实技术等级，确定采用再生技术的方式及层厚。
2.1.1 原路段基础数据的收集
（1）收集待再生路段属性基础数据。
（2）收集待再生路段养护管理数据。
（3）收集待再生路段的建设条件数据。
（4）收集待再生路段交通状况信息，包括历年交通量、轴载组成情况等。
2.1.2 原路面技术状况检查和检测
（1）路面损坏，主要为各种路面损坏的形态及位置、严重程度等。
（2）路面内部结构状况，主要有病害层位和结构损坏类型、病害严重程度及层间连接状况、结构层材料性能指标等。可探坑开挖、钻芯取样等方式进行检查。
（3）路面各结构层厚度及结构层内部破损检测。通过3D 雷达进行检测和分析。
（4）原路面结构参数，包括路基顶面当量回弹模量、基层顶面当量回弹模量、路表当量回弹模量等。可通过承载板试验、动力贯入锥触探、弯沉盆反算等方法检测。
（5）原路面宏观技术指标，包括PCI、PSSI、RQI、SRI、RDI 等。
2.1.3 路面结构层设计
（1）沥青冷再生路面结构由沥青玛蹄脂SMA-16、沥青混凝土AC-20、沥青冷再生层、原路面沥青混凝土ATB-25 等多层结构组成。再生层主要起承重和抗疲劳的作用，其有足够的强度和稳定性，可为单或双层。
（2）沥青面层类型应与公路等级、使用要求、交通条件相适应，沥青面层宜选用密级配的材料或通过设置防水层起到隔水作用。
2.2 回收沥青路面材料RAP 配比设计
2.2.1 沥青材料技术要求
（1）使用70#或者90#的冷再生混合料道路石油沥青，其中沥青技术指标要符合实际的设计要求及（JTG F40-2004）《公路沥青路面施工技术规范》。
（2）沥青应进行发泡试验，沥青发泡的膨胀率、半衰期应不少于8s 且≥10 倍。
（3）沥青还需进行拌合试验。基于上面确定的沥青膨胀率、半衰期选择合适的发泡参数，在25℃的条件下进行泡沫沥青的拌合试验，要求泡沫沥青混合料无絮状物和无团状物，选择沥青在集料中分散均匀的沥青品牌。
（4）施工应采用冷再生混合料配合比设计时使用的沥青。沥青来源发生变化时，得进行发泡试验确定合理的发泡参数，必要时重新进行混合料配合比设计。
2.2.2 水泥材料技术要求
（1）采用普通硅酸盐、矿渣硅酸盐或火山灰硅酸盐水泥，水泥标号可以是32.5 或42.5。
（2）对水泥的要求是疏松、干燥，无聚团和结块，受潮变质的水泥不得使用。施工应采用冷再生混合料配合比设计时使用的水泥品种和标号。当水泥有变化时，需进行试验段验证其适用性，否则需要重新进行冷再生混合料配合比设计。
2.2.3 集料材料技术要求
（1）关于不良的铣刨旧料，可掺加部分新料来改善。对新加料应严格按照相关要求进行试验：级配分析、塑性指数、相对密度、碎石或砾石的压碎值、水量；
使用的集料必须满足（JTG F40-2004）《公路沥青路面施工技术规范》的规定，在泡沫沥青稳定再生层施工前，要注意用再生机对原路面进行取样，不仅为试验室配合比设计提供了样品，同时也掌握了实际结构层厚度及材料类型。
（2）RAP 料选取的铣刨料样品应严格按照相关规范和规程进行试验，见下表1。
表1 泡沫冷再生旧料RAP 检测项目
（3）细集料
3800CR 再生机对水稳基层进行泡沫沥青冷再生时，通常粗集料级配都满足要求，所以不用添加。泡沫沥青混合料对其强度有成型要求，需要添加细集料。
2.2.4 再生混合料级配设计
（1）测得旧料、新集料等各组成材料的级配
合成级配范围见下表2。绘制级配曲线，使其在相应的级配范围值内。设计的合成级配要接近级配范围的中值。泡沫沥青稳定再生层单个颗粒的粒径不超过37.5mm。水泥稳定碎石基层的就地泡沫沥青冷再生应选择下表中的粗粒式或者中粒式范围。
表2 泡沫沥青稳定再生基层与底基层混合料的颗粒组成范围
（2）干密度及含水量的确定
在泡沫沥青稳定基层的时候，需添加少量的水泥或石灰与泡沫沥青配合一起使用。在配制试样时，水泥剂量为1.5%。水泥剂量以水泥质量占全部材料干质量的百分率表示，即水泥剂量=水泥质量/（水泥质量+待稳定旧料干质量）。按照（JTG E51-2009)T0804-94《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》 方法确定混合料的最大干密度和最佳含水量。
2.2.5 确定最佳沥青用量
各组油石比试件分别做15℃劈裂及浸水24h 的劈裂试验。其中浸水24h 劈裂试验是指，先把试件全部浸泡在恒温水浴中23h（其中水温在25℃）。接着要在恒温水浴中完全浸泡1h 此时水温要求在15℃，最后取出试件立即做15℃的劈裂试验[1]。
依据以上实验结果，并结合表3 和工程经验，得出最佳泡沫沥青用量OAC。
表3 泡沫沥青配比范围
3.1 泡沫沥青一体化再生工艺流程(如图1)
图1 泡沫沥青一体化再生技术施工工艺流程
3.2 泡沫沥青一体化再生施工工作面准备
本项目使用的机械设备包括：维特根高性能就地冷再生3800CR 1 台、碎石洒布车1 台、水泥洒布车1 台、水车3辆、保温沥青罐车1辆、福格勒摊铺机超级1880L 1台、悍马HD 138 双钢轮压路机1 台、HC228D 单钢轮1 台、胶轮压路机HP280 1 台、50 装载机1 辆、20t 自卸车1辆[2]。
3.3 泡沫沥青一体化再生施工过程控制
（1）在项目施工前，施工方提前调试好再生机的各项参数。碎石洒布车将新添加的集料按照设计掺量均应洒布在老路面上，接着由水泥撒布车按照设计的水泥用量均匀撒布在新集料表面。
（2）采用福格勒超级1880L 进行摊铺，摊铺宽度设定3.8 米，摊铺机夯锤初定4.5 级，摊铺速度控制在3～4 m/min，松铺系数约1.45。
（3）在施工阶段中，初压采用单钢轮压路机进行前静后振压实1 遍，再往复弱震一遍；
复压采用双钢轮压路机振动压实两遍；
终压采用轮胎压路机压实5 遍，碾压时无混合料推移现象[3]。
3.4 施工质量检测及性能评价
为了保证施工质量，对试验段现场泡沫沥青冷再生混合料、再生层的压实度、成型情况和承载能力进行了检测。
3.4.1 现场混合料的技术性能
按照（JTG/T5521-2019）《公路沥青路面再生技术规范》的要求，将现场取回的泡沫沥青冷再生混合料成型马歇尔试件，经养生后实行干湿劈裂强度试验[4]，试验数据见下表4 所示。
表4 泡沫沥青混凝土劈裂强度试验结果
从试验数据中可以发现，现场的混合料劈裂强度完全符合设计要求，说明现场混合料质量较好。此外，试验数据也表明，现场混合料的抗车辙能力完全符合设计要求，能够满足重载交通下面层的技术要求。
3.4.2 现场混合料的成型压实度
泡沫沥青混合料最大干密度为2.048 g/cm3，最佳含水量为5.7%，试验段现场检测3 处压实度，检测结果如表5 所示。从检测数据来看，现场压实度均满足设计要求，表明现有压实工艺能够满足要求[5]。
表5 泡沫沥青混凝土现场压实度检测结果
3.4.3 现场混合料成型路面取芯
施工3d 后现场取芯，芯样外观完整密实，说明再生层成型效果较好。
3.5 开放交通
泡沫沥青冷再生层封闭自然养生2d后直接开放交通，下图为开放交通2 周后泡沫沥青冷再生层表面情况。从开放交通效果来看，高性能泡沫沥青冷再生层经受住了交通荷载的持续作用，表面更加密实，没有出现集料剥落和车辙变形的情况。
呼准高速提升工程的同步摊铺泡沫沥青就地冷再生工程应用，主要依托于原沥青路面结构层铣刨工法、回收料再生工法、新旧料融合的技术要点、施工工艺流程、质量控制措施和经济环保优势结论，从技术、经济和社会效益的层面，体现了泡沫沥青一体化再生工法的显著特点，与传统维修方法相比，泡沫沥青就地冷再生具有以下优点：利用旧路面材料（100%利用）可以节约大量的沥青和砂石原料，节省项目投资，保护自然资源和节约成本[6]，具有显著的经济和社会效益；
由于省去了旧路面结构层的挖除、清理、运输和回填等工序，直接就地冷再生施工便捷、缩短工期；
当仅对面层进行改造时，可保持路面结构的完整性，不损坏基层，有效地保护了基层承载力。3800CR再生宽度可达为3.8m，一次性无缝再生一个车道，保证一个车道的连续施工，施工效率提高了50%以上[7]；
沥青旧料铣刨后集中输送到摊铺机，材料的不均匀性得以消除，再生层的厚度控制更加精确，平整度更优，能够满足高等级公路下面层的技术要求。
