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裂、車轍等病害。本文借鑒國際上已有成果，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，也可是無機結(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年在美國開始，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比與新拌瀝青混合料差距較大，施工關(guān)鍵設(shè)備無法滿足期望等原因，這項技術(shù)沒有引起足夠重視。
國外發(fā)達國家瀝青路面再生已形成一個技術(shù)系統(tǒng)。我國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80余公里。1983～1988年，云南省分別對昆碗、昆洛、貴昆路進行再生瀝青路面試驗。1998年10月邯鄲市引進世界最先進再生機――德國維特根公司W(wǎng)R2500，首次利用現(xiàn)場再生技術(shù)對境內(nèi)一段路進行改造。2006年，江蘇省在滬寧高速改擴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舊瀝青路面進行再生處理，用于基層。
這些再生利用舊瀝青路面工作的成功為我國舊瀝青路面再生提供了經(jīng)驗，為下一步工作奠定了基礎(chǔ)。但是，瀝青路面再生技術(shù)在國內(nèi)研究仍處開始階段，雖有應(yīng)用但沒有大規(guī)模推廣，該項技術(shù)也未形成系統(tǒng)。冷再生瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計還沒有一個完整方法，也未有相關(guān)資料文獻。
二、冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計
冷再生瀝青混合料強度的實現(xiàn)是經(jīng)交通荷載與自然相互作用，通過水分蒸發(fā)和密度增加逐步發(fā)展起來。在路面鋪筑完1-2年或更長時間后，冷再生瀝青混合料抗磨耗能力就會得到降低，會導(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比較低，經(jīng)交通荷載與自然的作用，往往會出現(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，還難從理論計算上根本解決。
美國瀝青協(xié)會在冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方法中對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，與我國現(xiàn)行JTG D50規(guī)范100-kN BZZ-100不同，但是對于兩者之間是可以采取恰當(dāng)?shù)墓竭M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
進行冷再生瀝青混合料配合比設(shè)計操作包括：確定混合料級配、原材料試驗、試件制作及養(yǎng)生、確定最佳油石比和最佳含水量等。設(shè)計混合料配合比是瀝青路面冷再生的重要內(nèi)容，是進行相關(guān)室內(nèi)試驗來確定冷再生瀝青混合料性能的基礎(chǔ)。
2.2.1原材料試驗
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，需要對冷再生瀝青混合料各組成成分進行原材料試驗分析，確定其滿足各項技術(shù)要求。
2.2.2級配確定
美國瀝青協(xié)會把冷再生瀝青混合料分為兩大類，A類和B類。A類是集料級配能夠滿足表2中A、B、C、D的混合料（簡單處理、軋制碎石、天然料場或河岸料場），B類是集料級配滿足表２中E、F、G的混合料（砂或粉砂）。
表2美國瀝青協(xié)會冷再生混合料集料級配
2.2.3試件成型方法
在試驗室中進行乳化瀝青冷再生混合料試件試驗可以參照JTJ 052規(guī)程T 0702“瀝青混合料試件制作方法（擊實法）”，在室溫（22±5℃）中操作。首先加適量水在礦物集料中，拌和均勻，完全濕潤集料表面；再注入適量乳化瀝青，在1min時間內(nèi)均勻攪拌，讓混合料變成褐色；最后把混合料裝入試模，擊實成型。需注意，要在乳化瀝青破乳前做好混合料的擊實工作，兩面各擊50次后，連同試模橫放24ｈ，之后再兩面各擊25次，進行脫模處理；最后將試件放在60℃通風(fēng)烘箱中72ｈ進行養(yǎng)生，但在養(yǎng)生中要注意確保其中沒有水分，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度與壓實后密度有直接關(guān)聯(lián)，密度越大，強度越高。適量的水讓乳化瀝青裹覆在集料表面均勻分散，同時潤滑集料有利于混合料壓實。在混合料壓實過程中，如果水分過少，乳化瀝青就難以分散、集料顆粒之間的潤滑就不充分，混合料難以壓實。而如果水分過多，動水壓力會在擊實過程中增加，也難以壓實混合料，同時還可能導(dǎo)致乳化瀝青流失、養(yǎng)生時間過長降低強度。因此，在進行冷再生瀝青混合料壓實工作時，其處理方法要和土的壓實相似，達到最佳含水量，讓混合料干密度實現(xiàn)最大值。
確定最佳油石比是冷再生混合料配合比設(shè)計實驗室主要試驗?zāi)康闹弧Ｄ壳?，冷再生混合料配合比設(shè)計在國內(nèi)外還沒有一個統(tǒng)一的步驟，各相關(guān)機構(gòu)更多的是依據(jù)試驗結(jié)果及之前的實踐經(jīng)驗來建立設(shè)計指導(dǎo)方法。與采用60℃馬歇爾試驗的熱拌瀝青混合料設(shè)計不同，冷再生混合料最佳油石比的確定試驗呈多樣化，有劈裂試驗、馬歇爾試驗、無側(cè)限抗壓強度試驗及其他方法，試驗溫度也不局限在60℃，也可是25℃或其他；試件狀態(tài)可是養(yǎng)護后干燥，也可是再浸水后濕潤。此外，也有不進行實驗室試驗而只依據(jù)集料級配計算最佳油石比，如美國瀝青協(xié)會 MS-21手冊中的方法。相比熱拌瀝青混合料，通常冷再生混合料配合比設(shè)計步驟要更簡單粗略些。
三、冷再生瀝青混合料應(yīng)用中存在的問題
1、壓實度
通常最大干密度在試驗室與實際施工有較大差距，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)有個固有特征：銑刨材料級配有較大變異性。原路面大量修補也會有一些變異性。而再生材料最大干密度甚至?xí)霈F(xiàn)最大變異超過5％的情況。因此，多數(shù)工程在測定現(xiàn)場密度的地方測定最大干密度，每一路段使用一個標(biāo)準密度，施工時增加室內(nèi)土工擊實試驗的頻率，盡量消除這種變異性。
3.1.2現(xiàn)場材料含水量影響
再生后的材料現(xiàn)場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，可增加壓實功來滿足壓實度要求；而如果含水量超過最佳含水量，再生層壓實度就會難達到壓實度要求，這就需要在施工中加強對含水量的監(jiān)控，原路面含水量超過最佳含水量的，需要在銑刨后進行晾曬，再進行再生施工。
3.1.3壓實設(shè)備與工藝
冷再生混合料膠結(jié)料黏度較大，對冷再生材料壓實要求比一般材料高，因此須選大噸位壓路機充分壓實，提高壓實度水平，減小壓實度變異性。
2、使用性能
再生材料變異性、壓實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度隨水分蒸發(fā)、車輛荷載壓實逐漸發(fā)展，如何對變化的使用性能進行評價并將其融入路面結(jié)構(gòu)設(shè)計也是一難題。
四、結(jié)束語
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，再生利用舊料從而減少了新筑路料的開采料，而且現(xiàn)場冷再生也沒有舊料運輸與存放問題，所以這是一項綠色環(huán)保技術(shù)。
