，

(武漢市公路勘察設(shè)計院，湖北 武漢 430015)

隨著日益增長的交通量以及天氣等原因，使得現(xiàn)有的瀝青路面出現(xiàn)了如車轍、裂縫、坑槽、松散等大量的病害，不能再滿足車輛交通運輸?shù)囊?，達不到其設(shè)計壽命，將會提前進入維修養(yǎng)護期，工作重點將從“新建”為主漸漸轉(zhuǎn)移到“維修養(yǎng)護”為重點[1]。而傳統(tǒng)的維修養(yǎng)護方式會產(chǎn)生大量的廢棄瀝青混合料及基層材料，可能會產(chǎn)生環(huán)境污染、資源浪費等不良現(xiàn)象，通過科研工作者和施工技術(shù)人員的探索，可以采用熱再生和冷再生技術(shù)，對這些廢料重復利用[2]。

由于海南地區(qū)面積小，石料資源匱乏，且作為國際旅游島，需要保護環(huán)境。而且海南地區(qū)經(jīng)常突然降雨，給施工帶來不便，會影響施工質(zhì)量，不適合采用就地冷再生。本文依托了海南G98高速東線大修工程(樁號為K155+152～K237+937.291，下面層為12 cm厚泡沫瀝青冷再生)，探討了泡沫瀝青廠拌冷再生混合料應(yīng)用于瀝青路面下面層的配合比設(shè)計，為試驗段的修筑提供了基礎(chǔ)。

1 原材料試驗

用于發(fā)泡的瀝青為廣東高富70#基質(zhì)瀝青，水泥采用華潤水泥(昌江)有限公司PC32.5，瀝青與水泥的技術(shù)指標如表1。銑刨料為原G98高速公路的路面面層廢料，新集料(0～3 mm)產(chǎn)地為蓬萊順達石場玄武巖。原瀝青路面銑刨料極少數(shù)粒徑大于26.5 mm的基本呈片狀且大多由細小顆粒粘結(jié)而成，不能作為真正的粗集料使用，必須篩除。分別對銑刨料、新集料(0～3 mm)及水泥進行篩分試驗，試驗結(jié)果如表2。

表1 瀝青與水泥的技術(shù)指標高富70#瀝青針入度(25℃，5s，100g)/(0 1mm)軟化點/℃15℃延度/cm62．048．0>100(60～80)(≥46)(≥100)水泥細度/%初凝時間/min終凝時間/min安定性3．6190376合格(≤10)(≥180)(≥360)(合格) 注：括號內(nèi)值為技術(shù)要求。

表2 銑刨料、水泥及新集料篩分結(jié)果類別通過篩孔(方孔篩，mm)百分率/%26 519 016 013 29 54 75RAP10096 890 579 361 231 7水泥100100100100100100集料100100100100100100通過篩孔(方孔篩，mm)百分率/%2 361 180 60 30 150 07514 57 13 51 70 50 210010010010010099 187 954 535 823 417 413 4

發(fā)泡試驗中，瀝青溫度和用水量是決定瀝青發(fā)泡質(zhì)量的重要條件[3]。本文在不同發(fā)泡溫度(155 ℃、165 ℃、175 ℃)下，加入不同用水量(2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%)，對瀝青進行室內(nèi)發(fā)泡特性試驗，得出試驗結(jié)果見表3。

表3 高富70#瀝青發(fā)泡性能試驗結(jié)果用水量/%155℃165℃175℃膨脹率/倍半衰期/s膨脹率/倍半衰期/s膨脹率/倍半衰期/s2 07696 57 542 597 512101063 0108141011 583 5118 513121284 096 5138107 5

根據(jù)表3高富70#瀝青在各個溫度(155 ℃、165 ℃、175 ℃)下，隨著用水量的增加，膨脹率與半衰期的變化情況，繪制成發(fā)泡特性曲線圖，如圖1、圖2所示。

圖1 各溫度下膨脹率隨用水量變化

圖2 各溫度下半衰期隨用水量變化關(guān)系

分析圖1、圖2所示的瀝青發(fā)泡性能曲線，確定高富70#瀝青最優(yōu)發(fā)泡條件為：發(fā)泡溫度165 ℃，3.5%用水量，膨脹率為13倍，半衰期為12 s。

2 泡沫瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計

2.1 級配設(shè)計

分析RAP、0～3 mm新集料及水泥篩分試驗結(jié)果(表2)，參考規(guī)范[4]，本次設(shè)計中粒式泡沫瀝青冷再生混合料級配范圍見表4。

表4 泡沫瀝青冷再生混合料(中粒式)設(shè)計級配范圍要求篩孔/mm級配范圍/%篩孔/mm級配范圍/%26．51004．7535～6519．090～1002．3630～5513．2/0．310～309．5 60～850．075 6～20

借鑒海南省G98環(huán)島高速(西線)八所到九所段改建工程中的泡沫瀝青冷再生工程實踐經(jīng)驗[5]以及科研工作者的成果[6,7]，且規(guī)范規(guī)定水泥的摻入量不宜大于1.5。擬提出2種初選級配，如表5所示。

表5 2種級配的礦料比例級配礦料比例/%銑刨料新集料(0～3mm)水泥級配175 023 51 5級配268 530 01 5

2種級配合成級配通過率如表6所示，初選級配曲線圖如圖3。

對2種級配按照工程實踐經(jīng)驗，摻入最佳含水率5.0%和泡沫瀝青用量2.5%、2.8%(外摻)，擊實成型馬歇爾試件，進行15 ℃劈裂試驗以及浸水劈裂試驗，結(jié)果如表7所示。

表6 一工區(qū)2種級配的合成級配通過率級配類型通過下列篩孔(方孔篩，mm)的質(zhì)量百分率/%26 519 09 5級配1100 097 670 9級配2100 097 873 4級配范圍100 90～10060～85通過下列篩孔(方孔篩，mm)的質(zhì)量百分率/%4 752 360 30 07548 833 810 15 253 238 712 06 035～6530～5510～303～20

圖3 一工區(qū)級配曲線圖

表7 不同泡沫瀝青用量下的劈裂強度試驗結(jié)果級配瀝青用量/%干劈裂強度/MPa濕劈裂強度/MPa干濕劈裂強度比/%級配12 50 68120 613690 12 80 68030 582885 7級配22 50 65390 526180 52 80 69240 519075 0(≥0 50)(≥75) 注：括號內(nèi)值為設(shè)計要求。

從表中可以看出，級配1與級配2相比，在同樣的泡沫瀝青用量下劈裂強度和干濕劈裂強度比均有所提高，因此選擇級配1作為設(shè)計級配。

2.2 確定最大干密度及最佳含水率

按照《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》(JTGE51-2009)T0804的方法[8]，對選定的合成級配分別預摻水量3.0%、4.0%、5.0%、6.0%、7.0%進行擊實試驗，結(jié)果見表8和圖4。

表8 重型擊實試驗結(jié)果擊實成型法含水率/%擊實成型法干密度/(g·cm-3)擊實成型法含水率/%擊實成型法干密度/(g·cm-3)32 11762 11742 12972 11052 136

圖4 重型擊實法確定最佳含水率

依據(jù)重型擊實法試驗結(jié)果繪制出的圖表，分別確定一工區(qū)的級配1最佳含水率為4.8%，最大干密度為2.137 g/cm3。

2.3 最佳泡沫瀝青用量確定

按設(shè)計好的合成級配，將銑刨料、水泥、新集料(0～3 mm)、水等拌合均勻，分別摻入1.9%、2.2%、2.5%、2.8%、3.1%的泡沫瀝青，攪拌成泡沫瀝青混合料，按馬歇爾擊實法成型試件，雙面各75次。試件冷卻脫模后，分為2組，其中的一組放于15 ℃水浴中浸泡1 h，測量干劈裂強度；另一組試件放于25 ℃恒溫水浴中，養(yǎng)護23 h后，再放入15 ℃的水浴箱中，浸泡1 h，然后測量其濕劈裂強度。試驗結(jié)果見表9、圖5、圖6。

表9 劈裂強度試驗結(jié)果泡沫瀝青用量/%干劈裂強度/MPa濕劈裂強度/MPa殘留強度比/%1 90 65700 524579 82 20 67920 565883 32 50 68120 613690 12 80 68030 582885 73 10 71910 604684 1(≥0 50)(≥75) 注：括號內(nèi)值為設(shè)計要求。

圖5 泡沫瀝青用量-干濕劈裂強度曲線

圖6 泡沫瀝青用量-干濕劈裂強度比曲線

分析表9、圖5、圖6可以得出隨著泡沫瀝青用量的增加，干、濕劈裂強度值及強度比在一定范圍里會有所提高，而超過一定泡沫瀝青用量則會有所降低。綜合比較海南省內(nèi)已有泡沫瀝青冷再生工程經(jīng)驗，初步確定設(shè)計級配對應(yīng)的最佳泡沫瀝青用量為2.5%，且在此泡沫瀝青用量下的干劈裂強度、濕劈裂強度以及殘留強度比均能滿足設(shè)計要求。

經(jīng)以上試驗分析：選擇級配1為設(shè)計級配，配合比為RAP∶新集料∶水泥=75.0%∶23.5%∶1.5%，最佳泡沫瀝青用量為2.5%，最佳含水率為4.8%(泡沫瀝青和水均為外摻)。根據(jù)設(shè)計級配進行15 ℃劈裂強度試驗和浸水劈裂強度試驗，試驗結(jié)果見表10。

表10 劈裂試驗結(jié)果類別最佳油石比/%最佳含水率/%干劈裂強度/MPa濕劈裂強度/MPa殘留強度比/%泡沫瀝青冷再生混合料2．54．80 68120 613690 10 67960 606289 20 68350 624091 3(≥0 50)(≥75) 注：括號內(nèi)值為設(shè)計要求。

2.4 配合比設(shè)計驗證

我國高速公路瀝青混凝土路面最常見的病害之一就是水損害，尤其在海南地區(qū)，空氣潮濕，降水量較大，水損害問題更為嚴重。因此泡沫瀝青冷再生混合料的水穩(wěn)定性是否滿足設(shè)計要求，是需要格外關(guān)注的一個問題[9]。

按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTG E20-2011)凍融劈裂試驗方法，對選擇的設(shè)計級配、最佳泡沫瀝青用量和最佳含水率成型的混合料試件進行凍融劈裂試驗，結(jié)果如表11。

分析表11的試驗結(jié)果，所設(shè)計的泡沫瀝青冷再生混合料的抗水損害性能滿足設(shè)計要求，設(shè)計配合比可用于生產(chǎn)配合比的調(diào)試。

2.5 目標配合比確定

結(jié)合前文的試驗結(jié)果，確定泡沫瀝青廠拌冷再生的目標配合比，見表12。在實際施工中，可以借此目標配合比根據(jù)再生料實際的含水率進行適當?shù)恼{(diào)整。

表11 凍融劈裂試驗結(jié)果劈裂強度/MPa凍融劈裂強度/MPa凍融劈裂強度比TSR/%設(shè)計要求/%0．46310．357377．20．45980．347675．6≥700．46150．346175．0(0．4615)(0．3503)(75．9) 注：括號內(nèi)值為均值。

表12 泡沫瀝青冷再生混合料目標配合比設(shè)計結(jié)果RAP/%新集料/%水泥/%最佳油石比/%最佳含水率/%最大干密度/(g·cm-3)75 023 51 52 54 82 137

3 結(jié)語

本文依托海南省G98環(huán)島高速東線石梅灣至三亞段大修工程，分析了工程特點，選定了廠拌冷再生技術(shù)，確定了泡沫瀝青的最佳發(fā)泡條件，并以此為基礎(chǔ)進行了泡沫瀝青廠拌冷再生混合料的配合比設(shè)計以及性能驗證試驗，相關(guān)成果和經(jīng)驗可以為實際工程中的應(yīng)用提供參考。

[1] 沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及預防[M].北京:人民交通出版社,2008.

[2] 拾方治,馬衛(wèi)民.瀝青路面再生技術(shù)手冊[M].北京:人民交通出版社,2006.

[3] 何桂平，曹翠星，韓海峰.路面冷再生用瀝青的發(fā)泡性能影響因素研究[J].公路交通科技,2004,2l(10):9-13.

[4] JTG F41-2008,公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范[S].

[5] 王效杰.泡沫瀝青冷再生技術(shù)在海南G98環(huán)島高速改建工程中的應(yīng)用研究[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版),2015(6):100-101.

[6] 栗關(guān)裔，李力寒，賈曉陽.泡沫瀝青再生工藝的級配設(shè)計原則[J].公路工程,2007，32(5): 78-82.

[7] 拾方治，李秀君，孫大權(quán),等.冷再生瀝青混合料設(shè)計方法概述[J].公路，2004(11):102-107.

[8] JTGE51-2009,公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程[S].

[9] 王志斌，石勇，羅蘇平,等.海南省典型瀝青路面結(jié)構(gòu)早期損壞原因分析[J].鐵道科學與工程學報，2012，10(5)：77-82.