試析瀝青路面冷再生技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀
2015-07-15
冷再生技術(shù)不僅可以節(jié)約資源，100％利用舊瀝青混合料，還能夠延長(zhǎng)施工季節(jié)，改善施工條件，減少環(huán)境污染。與傳統(tǒng)方法相比，一般情況下冷再生可節(jié)省40％～50％左右的投資，還能有效解決原路面開(kāi)裂、車轍等病害。本文借鑒國(guó)際上已有成果，探討冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)方法，為完整的冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供借鑒。
一、瀝青路面冷再生技術(shù)
1、瀝青路面冷再生技術(shù)概論
瀝青路面再生技術(shù)將舊瀝青路面材料經(jīng)適當(dāng)加工，按比例加入一定量膠結(jié)材料或再生劑（如果需要，還可以加入部分新集料），制成混合料重復(fù)利用的一種路面養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)。按工藝不同，分熱再生技術(shù)和冷再生技術(shù)。熱再生技術(shù)用于恢復(fù)老化瀝青粘結(jié)性，重新發(fā)揮膠結(jié)料作用，再生利用瀝青資源，所以能夠用于熱再生的材料只能是瀝青面層材料。而冷再生技術(shù)主要是重復(fù)使用原有的路面材料（起骨料作用），因此冷再生路面材料可以是瀝青面層材料，也可是無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定的基層材料。自然溫度下，冷再生經(jīng)歷瀝青路面破碎、翻挖、新材料添加、拌和、攤鋪、壓實(shí)成型，從而重新形成路面結(jié)構(gòu)層，其主要作路面的基層或底基層，也可作低等級(jí)公路面層。
2、該技術(shù)研究現(xiàn)狀
廢舊瀝青路面材料再生利用研究最早從1915年在美國(guó)開(kāi)始，但由于之后大規(guī)模新路建設(shè)，加之再生瀝青混合料性價(jià)比與新拌瀝青混合料差距較大，施工關(guān)鍵設(shè)備無(wú)法滿足期望等原因，這項(xiàng)技術(shù)沒(méi)有引起足夠重視。
國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家瀝青路面再生已形成一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)。我國(guó)早期只將舊瀝青混合料用于輕交通道路、人行道或道路墊層，1982年山西省在大中型道路工程鋪筑瀝青再生試驗(yàn)80余公里。1983～1988年，云南省分別對(duì)昆碗、昆洛、貴昆路進(jìn)行再生瀝青路面試驗(yàn)。1998年10月邯鄲市引進(jìn)世界最先進(jìn)再生機(jī)――德國(guó)維特根公司W(wǎng)R2500，首次利用現(xiàn)場(chǎng)再生技術(shù)對(duì)境內(nèi)一段路進(jìn)行改造。2006年，江蘇省在滬寧高速改擴(kuò)建中采用瀝青路面廠拌冷再生作為柔性基礎(chǔ)，效果較好；江西昌九高速維修工程也將乳化瀝青廠拌冷再生對(duì)舊瀝青路面進(jìn)行再生處理，用于基層。
這些再生利用舊瀝青路面工作的成功為我國(guó)舊瀝青路面再生提供了經(jīng)驗(yàn)，為下一步工作奠定了基礎(chǔ)。但是，瀝青路面再生技術(shù)在國(guó)內(nèi)研究仍處開(kāi)始階段，雖有應(yīng)用但沒(méi)有大規(guī)模推廣，該項(xiàng)技術(shù)也未形成系統(tǒng)。冷再生瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還沒(méi)有一個(gè)完整方法，也未有相關(guān)資料文獻(xiàn)。
二、冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
冷再生瀝青混合料強(qiáng)度的實(shí)現(xiàn)是經(jīng)交通荷載與自然相互作用，通過(guò)水分蒸發(fā)和密度增加逐步發(fā)展起來(lái)。在路面鋪筑完1-2年或更長(zhǎng)時(shí)間后，冷再生瀝青混合料抗磨耗能力就會(huì)得到降低，會(huì)導(dǎo)致不可逆的松散破壞。所以，一般不直接在路表面應(yīng)用冷再生瀝青混合料。
1、最小表面層厚度
初期，冷再生瀝青混合料抗磨耗能力相對(duì)比較低，經(jīng)交通荷載與自然的作用，往往會(huì)出現(xiàn)松散損壞，為此，冷再生瀝青混合料結(jié)構(gòu)層上一般要設(shè)一層高質(zhì)量的表面層。而如何確定冷再生瀝青混合料上表面層最小厚度，更多是依靠積累經(jīng)驗(yàn)，還難從理論計(jì)算上根本解決。
美國(guó)瀝青協(xié)會(huì)在冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法中對(duì)冷再生瀝青混合料上面層最小厚度提供了重要的參考數(shù)據(jù)，如表1所示。其中，以80-kN ESAL表示交通荷載，與我國(guó)現(xiàn)行JTG D50規(guī)范100-kN BZZ-100不同，但是對(duì)于兩者之間是可以采取恰當(dāng)?shù)墓竭M(jìn)行轉(zhuǎn)化的。
注：a：80-kN當(dāng)量軸載；c：瀝青混凝土或Ⅰ型乳化瀝青罩面處理
2、冷再生瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)
進(jìn)行冷再生瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)操作包括：確定混合料級(jí)配、原材料試驗(yàn)、試件制作及養(yǎng)生、確定最佳油石比和最佳含水量等。設(shè)計(jì)混合料配合比是瀝青路面冷再生的重要內(nèi)容，是進(jìn)行相關(guān)室內(nèi)試驗(yàn)來(lái)確定冷再生瀝青混合料性能的基礎(chǔ)。
2.2.1原材料試驗(yàn)
冷再生瀝青路面材料由之前破碎的舊瀝青路面材料、低粘度瀝青、少量新集料、少量再生劑、泡沫瀝青或乳化瀝青、少量水泥組成，典型的是在常溫下乳化瀝青加破碎的舊瀝青路面材料拌制的混合料。材料組成的多樣性決定了冷再生混合材料具有復(fù)的雜性質(zhì)。為此，需要對(duì)冷再生瀝青混合料各組成成分進(jìn)行原材料試驗(yàn)分析，確定其滿足各項(xiàng)技術(shù)要求。
2.2.2級(jí)配確定
美國(guó)瀝青協(xié)會(huì)把冷再生瀝青混合料分為兩大類，A類和B類。A類是集料級(jí)配能夠滿足表2中A、B、C、D的混合料（簡(jiǎn)單處理、軋制碎石、天然料場(chǎng)或河岸料場(chǎng)），B類是集料級(jí)配滿足表２中E、F、G的混合料（砂或粉砂）。
表2美國(guó)瀝青協(xié)會(huì)冷再生混合料集料級(jí)配
2.2.3試件成型方法
在試驗(yàn)室中進(jìn)行乳化瀝青冷再生混合料試件試驗(yàn)可以參照J(rèn)TJ 052規(guī)程T 0702“瀝青混合料試件制作方法（擊實(shí)法）”，在室溫（22±5℃）中操作。首先加適量水在礦物集料中，拌和均勻，完全濕潤(rùn)集料表面；再注入適量乳化瀝青，在1min時(shí)間內(nèi)均勻攪拌，讓混合料變成褐色；最后把混合料裝入試模，擊實(shí)成型。需注意，要在乳化瀝青破乳前做好混合料的擊實(shí)工作，兩面各擊50次后，連同試模橫放24ｈ，之后再兩面各擊25次，進(jìn)行脫模處理；最后將試件放在60℃通風(fēng)烘箱中72ｈ進(jìn)行養(yǎng)生，但在養(yǎng)生中要注意確保其中沒(méi)有水分，完全干燥。
2.2.4確定最佳含水量和油石比
最終再生瀝青混合料強(qiáng)度與壓實(shí)后密度有直接關(guān)聯(lián)，密度越大，強(qiáng)度越高。適量的水讓乳化瀝青裹覆在集料表面均勻分散，同時(shí)潤(rùn)滑集料有利于混合料壓實(shí)。在混合料壓實(shí)過(guò)程中，如果水分過(guò)少，乳化瀝青就難以分散、集料顆粒之間的潤(rùn)滑就不充分，混合料難以壓實(shí)。而如果水分過(guò)多，動(dòng)水壓力會(huì)在擊實(shí)過(guò)程中增加，也難以壓實(shí)混合料，同時(shí)還可能導(dǎo)致乳化瀝青流失、養(yǎng)生時(shí)間過(guò)長(zhǎng)降低強(qiáng)度。因此，在進(jìn)行冷再生瀝青混合料壓實(shí)工作時(shí)，其處理方法要和土的壓實(shí)相似，達(dá)到最佳含水量，讓混合料干密度實(shí)現(xiàn)最大值。
確定最佳油石比是冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室主要試驗(yàn)?zāi)康闹?。目前，冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的步驟，各相關(guān)機(jī)構(gòu)更多的是依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及之前的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)建立設(shè)計(jì)指導(dǎo)方法。與采用60℃馬歇爾試驗(yàn)的熱拌瀝青混合料設(shè)計(jì)不同，冷再生混合料最佳油石比的確定試驗(yàn)呈多樣化，有劈裂試驗(yàn)、馬歇爾試驗(yàn)、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)及其他方法，試驗(yàn)溫度也不局限在60℃，也可是25℃或其他；試件狀態(tài)可是養(yǎng)護(hù)后干燥，也可是再浸水后濕潤(rùn)。此外，也有不進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)而只依據(jù)集料級(jí)配計(jì)算最佳油石比，如美國(guó)瀝青協(xié)會(huì) MS-21手冊(cè)中的方法。相比熱拌瀝青混合料，通常冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)步驟要更簡(jiǎn)單粗略些。
三、冷再生瀝青混合料應(yīng)用中存在的問(wèn)題
1、壓實(shí)度
通常最大干密度在試驗(yàn)室與實(shí)際施工有較大差距，主要是：
3.1.1再生材料變異性大
冷再生尤其是就地冷再生技術(shù)有個(gè)固有特征：銑刨材料級(jí)配有較大變異性。原路面大量修補(bǔ)也會(huì)有一些變異性。而再生材料最大干密度甚至?xí)霈F(xiàn)最大變異超過(guò)5％的情況。因此，多數(shù)工程在測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)密度的地方測(cè)定最大干密度，每一路段使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)密度，施工時(shí)增加室內(nèi)土工擊實(shí)試驗(yàn)的頻率，盡量消除這種變異性。
3.1.2現(xiàn)場(chǎng)材料含水量影響
再生后的材料現(xiàn)場(chǎng)密度受材料含水量影響大。如果材料含水量低于最佳含水量，可增加壓實(shí)功來(lái)滿足壓實(shí)度要求；而如果含水量超過(guò)最佳含水量，再生層壓實(shí)度就會(huì)難達(dá)到壓實(shí)度要求，這就需要在施工中加強(qiáng)對(duì)含水量的監(jiān)控，原路面含水量超過(guò)最佳含水量的，需要在銑刨后進(jìn)行晾曬，再進(jìn)行再生施工。
3.1.3壓實(shí)設(shè)備與工藝
冷再生混合料膠結(jié)料黏度較大，對(duì)冷再生材料壓實(shí)要求比一般材料高，因此須選大噸位壓路機(jī)充分壓實(shí)，提高壓實(shí)度水平，減小壓實(shí)度變異性。
2、使用性能
再生材料變異性、壓實(shí)不均勻性也讓再生瀝青混合料的性能有較大差異。冷再生瀝青混合料強(qiáng)度隨水分蒸發(fā)、車輛荷載壓實(shí)逐漸發(fā)展，如何對(duì)變化的使用性能進(jìn)行評(píng)價(jià)并將其融入路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是一難題。
四、結(jié)束語(yǔ)
冷再生瀝青路面能夠大幅度降低路面維修成本，提高維修質(zhì)量，保持路面完整，縮短施工工序。同時(shí)，再生利用舊料從而減少了新筑路料的開(kāi)采料，而且現(xiàn)場(chǎng)冷再生也沒(méi)有舊料運(yùn)輸與存放問(wèn)題，所以這是一項(xiàng)綠色環(huán)保技術(shù)。
