隨著我國(guó)公路交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，尤其在東部發(fā)達(dá)省份高速公路和國(guó)省道干線路網(wǎng)已經(jīng)基本形成，而且許多公路陸續(xù)進(jìn)入大修期。但是長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)公路大修時(shí)存在方案設(shè)計(jì)單一，維修工藝較落后，施工成本高，社會(huì)效益差等弊病。因地制宜的選擇合理、科學(xué)的現(xiàn)代化維修方案和工藝技術(shù)成為目前公路管理和養(yǎng)護(hù)部門(mén)的迫切要求。
泡沫瀝青冷再生技術(shù)近年在國(guó)外日漸興起，并在各地得到廣泛應(yīng)用。這項(xiàng)技術(shù)是利用瀝青發(fā)泡技術(shù)將廢棄的路面銑刨材料重新再生利用，并在壓實(shí)力的作用下形成具有一定路用性能的路面結(jié)構(gòu)層。這項(xiàng)技術(shù)不僅可以將廢棄的路面銑刨材料再生使用，而且瀝青銑刨材料中的老化瀝青可以重新激活，可以變廢為寶，從而達(dá)到保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源的作用；同時(shí)利用泡沫瀝青再生技術(shù)可以將傳統(tǒng)的路面結(jié)構(gòu)改造成柔性基層路面結(jié)構(gòu)，從而優(yōu)化路面組合形式，延長(zhǎng)路面使用壽命。
為了探索和研究泡沫瀝青冷再生技術(shù)在公路大修中的應(yīng)用，在浙江省04省道2006年的路面專(zhuān)項(xiàng)整治工程中，采用泡沫瀝青冷再生技術(shù)的兩種工藝技術(shù)(廠拌法和就地法)進(jìn)行大修，并依托該工程項(xiàng)目，通過(guò)浙江省交通廳專(zhuān)項(xiàng)科研課題研究形成了系統(tǒng)成果。
1、泡沫瀝青冷再生(就地法與廠拌法)原理
就地再生施工一般由一組以再生機(jī)為核心的再生列車(chē)組成，包括再生機(jī)、瀝青罐車(chē)和水車(chē)。就地再生由一個(gè)專(zhuān)用再生機(jī)械實(shí)現(xiàn)，其核心是一個(gè)裝有若干個(gè)硬質(zhì)合金刀具的切削轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子向上旋轉(zhuǎn)銑刨原路面材料的同時(shí)，可以通過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的噴灑嘴將泡沫瀝青噴灑到拌和腔。熱瀝青、冷水和空氣在一排相互獨(dú)立的發(fā)泡腔里，使瀝青發(fā)泡，并通過(guò)噴嘴均勻地噴灑到刨松的舊路面材料中。
廠拌再生是將舊瀝青混凝土材料從原有路面挖除或通過(guò)專(zhuān)門(mén)的銑刨設(shè)備銑刨，并運(yùn)送至固定的場(chǎng)地。根據(jù)材料的情況破碎或不經(jīng)過(guò)破碎，通過(guò)固定的拌和設(shè)備加入泡沫瀝青，并根據(jù)需要添加新料進(jìn)行攪拌,形成新的再生混合料，然后運(yùn)送至道路施工現(xiàn)場(chǎng)，使用攤鋪設(shè)備進(jìn)行攤鋪，壓實(shí)成型后，成為路面一個(gè)結(jié)構(gòu)層次的整套工藝。
2、工程概況
04省道是浙江省北部重要通道之一，杭州市余杭區(qū)境內(nèi)為彭公至幽靈關(guān)，全長(zhǎng)24.09km。泡沫瀝青再生試驗(yàn)路段為3.020km，彭公至幽靈關(guān)方向基層采用15~18cm就地冷再生柔性基層。其中K10+980-K12+000再生層厚度為18cm，K12+000-K14+000再生層厚度為15cm，寬度11.3～12.7m。幽靈關(guān)至彭公方向基層采用廠拌冷再生柔性基層，厚度為15cm，寬度11.3～12.7m。同時(shí)在瀝青面層結(jié)構(gòu)上也做了兩種方案，一種為11cm兩層(7cm＋4cm)普通瀝青混凝土，長(zhǎng)度雙幅為2.5km；另一種為5cm單層普通瀝青混凝土，長(zhǎng)度雙幅為0.5km。
3、生產(chǎn)配合比的確定
集料級(jí)配是決定混合料路用性能重要因素，而再生材料的原材料主要來(lái)自于舊路面材料，而舊路面材料是通過(guò)銑刨機(jī)(廠拌法)或再生機(jī)(就地法)從舊路銑刨而來(lái)。因此控制銑刨機(jī)或再生機(jī)的銑刨方案是控制材料級(jí)配的重要因素?？刂沏娕贆C(jī)或再生機(jī)的速度是獲取理想再生材料的首要控制策略。在舊路面全面再生前，選擇了3種不同銑刨速度(4m/min，6m/min和8m/min)進(jìn)行試驗(yàn)，并通過(guò)對(duì)不同銑刨材料進(jìn)行篩分，來(lái)選擇適宜的銑刨速度。通過(guò)級(jí)配曲線的對(duì)比可以看出，各檔銑刨速度下的銑刨料的級(jí)配存在一定差別。而處于6m/min和8m/min時(shí)的銑刨速度，銑刨材料的級(jí)配差異性不大，材料的級(jí)配比較穩(wěn)定。因此最終要求銑刨或再生機(jī)速度控制在6～8m/min。
根據(jù)石屑、骨料、水泥和確定銑刨速度下銑刨料級(jí)配情況，參照目標(biāo)配合比的級(jí)配情況，最終確定兩種工藝的材料配合比方案為：78.5%的銑刨料＋10%的石屑(0～3mm)＋10%的骨料(15～25mm)＋1.5%水泥。
根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，泡沫瀝青發(fā)泡溫度為150～170℃，發(fā)泡用水量為2.0%。
4、生產(chǎn)工藝的研究
項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，課題組通過(guò)分析兩種工藝技術(shù)的特點(diǎn)，并輔助試驗(yàn)段的施工總結(jié)，最終確定了兩種工藝的基本流程。
通過(guò)兩種工藝的實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)兩種工藝具有一些特點(diǎn)：廠拌再生拌和質(zhì)量容易控制，拌和均勻；拌和料用攤鋪機(jī)施工，工藝成熟，平整度較好；可以較好的控制路面標(biāo)高；銑刨后可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)基層病害，并進(jìn)行相應(yīng)處理。同時(shí)存在增加銑刨運(yùn)輸環(huán)節(jié)及費(fèi)用；需要專(zhuān)門(mén)的拌和場(chǎng)地的問(wèn)題。就地再生施工簡(jiǎn)單，可以邊銑刨邊拌和邊攤鋪，成本較低；施工速度快，效率高，銑刨的廢料可以全部加以利用。同時(shí)存在攤鋪后還需用平地機(jī)整平，平整度較難控制；需要先在面層上鋪一層細(xì)集料和水泥，現(xiàn)場(chǎng)施工組織較繁瑣；不易對(duì)下承層的病害進(jìn)行進(jìn)一步處理等問(wèn)題。
5、現(xiàn)場(chǎng)材料的質(zhì)量評(píng)價(jià)與控制方法
馬歇爾穩(wěn)定度是一個(gè)應(yīng)用比較廣泛的指標(biāo)，該指標(biāo)可方便泡沫瀝青混合料與其他類(lèi)型的瀝青混合料之間的對(duì)比，而且設(shè)備簡(jiǎn)單，施工單位容易配備；另一方面，路面基層在行車(chē)荷載的反復(fù)作用下，主要承受豎向壓應(yīng)力及水平拉應(yīng)力作用。而且國(guó)外也廣泛采用該指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，有很好的可比性，此外劈裂試驗(yàn)只需在普通馬歇爾試驗(yàn)儀略加以改裝既可以實(shí)現(xiàn)，因此采用馬歇爾穩(wěn)定度和間接抗拉強(qiáng)度(ITS)作為泡沫瀝青混合料的強(qiáng)度關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)。
試驗(yàn)方法如下：從現(xiàn)場(chǎng)提取成品材料，并在3小時(shí)內(nèi)成型馬歇爾試件(兩面75次)，不少于9個(gè)試件。并按照以下方法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)：
(1)不脫模養(yǎng)生24小時(shí)；
(2)脫模后，40℃的通風(fēng)烘箱中進(jìn)一步養(yǎng)生72小時(shí)；
(3)養(yǎng)生完畢后，3個(gè)試件在60℃水浴中保溫45分鐘，測(cè)試馬歇爾穩(wěn)定度和流值；
(4)養(yǎng)生完畢后，其它6個(gè)試件十字對(duì)角量測(cè)試件高度；
(5) 3個(gè)試件在25℃空氣浴保溫4小時(shí)以上，然后測(cè)試試件的劈裂強(qiáng)度(干劈裂強(qiáng)度)；
(6)3個(gè)試件在25℃水浴保溫2小時(shí)，然后測(cè)試試件的劈裂強(qiáng)度(濕劈裂強(qiáng)度)。
根據(jù)材料室內(nèi)配合比試驗(yàn)結(jié)果，并輔助路面結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算分析，提出了現(xiàn)場(chǎng)材料性能要求，并作為施工過(guò)程中的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。
從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，材料的性能標(biāo)準(zhǔn)基本上能夠滿足設(shè)計(jì)要求。這說(shuō)明采用就地再生，現(xiàn)場(chǎng)材料的拌和效果能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)室的要求，材料的性能參數(shù)也能夠滿足路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。但是和廠拌再生材料的性能指標(biāo)相比，材料的強(qiáng)度略微偏低，尤其濕劈裂強(qiáng)度，從而導(dǎo)致材料的水穩(wěn)性降低。這主要與施工工藝等因素有關(guān)，就地再生在細(xì)集料的分散(尤其是水泥等填料)效果上不如廠拌再生，因此導(dǎo)致水穩(wěn)性能偏低。但是，就地再生工藝較廠拌再生費(fèi)用上略少，進(jìn)度上稍快。
7、結(jié)語(yǔ)
通過(guò)泡沫瀝青冷再生技術(shù)在浙江省04省道的應(yīng)用實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)銑刨材料級(jí)配較大的變異性是再生技術(shù)的固有性質(zhì)，加強(qiáng)對(duì)再生施工關(guān)鍵設(shè)備的控制是保證獲得較為均勻材料的重要途徑。選擇合適的生產(chǎn)配合比和現(xiàn)場(chǎng)材料的性能要求參數(shù)是獲得高質(zhì)量再生混合料的重要工具。同時(shí)這些指標(biāo)和數(shù)據(jù)的提出及獲得為今后的應(yīng)用提供了寶貴的參考依據(jù)。
本文通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，總結(jié)了泡沫瀝青廠拌和就地再生工藝相關(guān)的使用經(jīng)驗(yàn)，提出了2種工藝的基本流程，比較和分析了2種工藝技術(shù)的特點(diǎn)，為日后的工藝選擇和施工提供參考。
泡沫瀝青冷再生技術(shù)近年在國(guó)外日漸興起，并在各地得到廣泛應(yīng)用。這項(xiàng)技術(shù)是利用瀝青發(fā)泡技術(shù)將廢棄的路面銑刨材料重新再生利用，并在壓實(shí)力的作用下形成具有一定路用性能的路面結(jié)構(gòu)層。這項(xiàng)技術(shù)不僅可以將廢棄的路面銑刨材料再生使用，而且瀝青銑刨材料中的老化瀝青可以重新激活，可以變廢為寶，從而達(dá)到保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源的作用；同時(shí)利用泡沫瀝青再生技術(shù)可以將傳統(tǒng)的路面結(jié)構(gòu)改造成柔性基層路面結(jié)構(gòu)，從而優(yōu)化路面組合形式，延長(zhǎng)路面使用壽命。
為了探索和研究泡沫瀝青冷再生技術(shù)在公路大修中的應(yīng)用，在浙江省04省道2006年的路面專(zhuān)項(xiàng)整治工程中，采用泡沫瀝青冷再生技術(shù)的兩種工藝技術(shù)(廠拌法和就地法)進(jìn)行大修，并依托該工程項(xiàng)目，通過(guò)浙江省交通廳專(zhuān)項(xiàng)科研課題研究形成了系統(tǒng)成果。
1、泡沫瀝青冷再生(就地法與廠拌法)原理
就地再生施工一般由一組以再生機(jī)為核心的再生列車(chē)組成，包括再生機(jī)、瀝青罐車(chē)和水車(chē)。就地再生由一個(gè)專(zhuān)用再生機(jī)械實(shí)現(xiàn)，其核心是一個(gè)裝有若干個(gè)硬質(zhì)合金刀具的切削轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子向上旋轉(zhuǎn)銑刨原路面材料的同時(shí)，可以通過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的噴灑嘴將泡沫瀝青噴灑到拌和腔。熱瀝青、冷水和空氣在一排相互獨(dú)立的發(fā)泡腔里，使瀝青發(fā)泡，并通過(guò)噴嘴均勻地噴灑到刨松的舊路面材料中。
廠拌再生是將舊瀝青混凝土材料從原有路面挖除或通過(guò)專(zhuān)門(mén)的銑刨設(shè)備銑刨，并運(yùn)送至固定的場(chǎng)地。根據(jù)材料的情況破碎或不經(jīng)過(guò)破碎，通過(guò)固定的拌和設(shè)備加入泡沫瀝青，并根據(jù)需要添加新料進(jìn)行攪拌,形成新的再生混合料，然后運(yùn)送至道路施工現(xiàn)場(chǎng)，使用攤鋪設(shè)備進(jìn)行攤鋪，壓實(shí)成型后，成為路面一個(gè)結(jié)構(gòu)層次的整套工藝。
2、工程概況
04省道是浙江省北部重要通道之一，杭州市余杭區(qū)境內(nèi)為彭公至幽靈關(guān)，全長(zhǎng)24.09km。泡沫瀝青再生試驗(yàn)路段為3.020km，彭公至幽靈關(guān)方向基層采用15~18cm就地冷再生柔性基層。其中K10+980-K12+000再生層厚度為18cm，K12+000-K14+000再生層厚度為15cm，寬度11.3～12.7m。幽靈關(guān)至彭公方向基層采用廠拌冷再生柔性基層，厚度為15cm，寬度11.3～12.7m。同時(shí)在瀝青面層結(jié)構(gòu)上也做了兩種方案，一種為11cm兩層(7cm＋4cm)普通瀝青混凝土，長(zhǎng)度雙幅為2.5km；另一種為5cm單層普通瀝青混凝土，長(zhǎng)度雙幅為0.5km。
3、生產(chǎn)配合比的確定
集料級(jí)配是決定混合料路用性能重要因素，而再生材料的原材料主要來(lái)自于舊路面材料，而舊路面材料是通過(guò)銑刨機(jī)(廠拌法)或再生機(jī)(就地法)從舊路銑刨而來(lái)。因此控制銑刨機(jī)或再生機(jī)的銑刨方案是控制材料級(jí)配的重要因素?？刂沏娕贆C(jī)或再生機(jī)的速度是獲取理想再生材料的首要控制策略。在舊路面全面再生前，選擇了3種不同銑刨速度(4m/min，6m/min和8m/min)進(jìn)行試驗(yàn)，并通過(guò)對(duì)不同銑刨材料進(jìn)行篩分，來(lái)選擇適宜的銑刨速度。通過(guò)級(jí)配曲線的對(duì)比可以看出，各檔銑刨速度下的銑刨料的級(jí)配存在一定差別。而處于6m/min和8m/min時(shí)的銑刨速度，銑刨材料的級(jí)配差異性不大，材料的級(jí)配比較穩(wěn)定。因此最終要求銑刨或再生機(jī)速度控制在6～8m/min。
根據(jù)石屑、骨料、水泥和確定銑刨速度下銑刨料級(jí)配情況，參照目標(biāo)配合比的級(jí)配情況，最終確定兩種工藝的材料配合比方案為：78.5%的銑刨料＋10%的石屑(0～3mm)＋10%的骨料(15～25mm)＋1.5%水泥。
根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，泡沫瀝青發(fā)泡溫度為150～170℃，發(fā)泡用水量為2.0%。
4、生產(chǎn)工藝的研究
項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，課題組通過(guò)分析兩種工藝技術(shù)的特點(diǎn)，并輔助試驗(yàn)段的施工總結(jié)，最終確定了兩種工藝的基本流程。
通過(guò)兩種工藝的實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)兩種工藝具有一些特點(diǎn)：廠拌再生拌和質(zhì)量容易控制，拌和均勻；拌和料用攤鋪機(jī)施工，工藝成熟，平整度較好；可以較好的控制路面標(biāo)高；銑刨后可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)基層病害，并進(jìn)行相應(yīng)處理。同時(shí)存在增加銑刨運(yùn)輸環(huán)節(jié)及費(fèi)用；需要專(zhuān)門(mén)的拌和場(chǎng)地的問(wèn)題。就地再生施工簡(jiǎn)單，可以邊銑刨邊拌和邊攤鋪，成本較低；施工速度快，效率高，銑刨的廢料可以全部加以利用。同時(shí)存在攤鋪后還需用平地機(jī)整平，平整度較難控制；需要先在面層上鋪一層細(xì)集料和水泥，現(xiàn)場(chǎng)施工組織較繁瑣；不易對(duì)下承層的病害進(jìn)行進(jìn)一步處理等問(wèn)題。
5、現(xiàn)場(chǎng)材料的質(zhì)量評(píng)價(jià)與控制方法
馬歇爾穩(wěn)定度是一個(gè)應(yīng)用比較廣泛的指標(biāo)，該指標(biāo)可方便泡沫瀝青混合料與其他類(lèi)型的瀝青混合料之間的對(duì)比，而且設(shè)備簡(jiǎn)單，施工單位容易配備；另一方面，路面基層在行車(chē)荷載的反復(fù)作用下，主要承受豎向壓應(yīng)力及水平拉應(yīng)力作用。而且國(guó)外也廣泛采用該指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，有很好的可比性，此外劈裂試驗(yàn)只需在普通馬歇爾試驗(yàn)儀略加以改裝既可以實(shí)現(xiàn)，因此采用馬歇爾穩(wěn)定度和間接抗拉強(qiáng)度(ITS)作為泡沫瀝青混合料的強(qiáng)度關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)。
試驗(yàn)方法如下：從現(xiàn)場(chǎng)提取成品材料，并在3小時(shí)內(nèi)成型馬歇爾試件(兩面75次)，不少于9個(gè)試件。并按照以下方法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)：
(1)不脫模養(yǎng)生24小時(shí)；
(2)脫模后，40℃的通風(fēng)烘箱中進(jìn)一步養(yǎng)生72小時(shí)；
(3)養(yǎng)生完畢后，3個(gè)試件在60℃水浴中保溫45分鐘，測(cè)試馬歇爾穩(wěn)定度和流值；
(4)養(yǎng)生完畢后，其它6個(gè)試件十字對(duì)角量測(cè)試件高度；
(5) 3個(gè)試件在25℃空氣浴保溫4小時(shí)以上，然后測(cè)試試件的劈裂強(qiáng)度(干劈裂強(qiáng)度)；
(6)3個(gè)試件在25℃水浴保溫2小時(shí)，然后測(cè)試試件的劈裂強(qiáng)度(濕劈裂強(qiáng)度)。
根據(jù)材料室內(nèi)配合比試驗(yàn)結(jié)果，并輔助路面結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算分析，提出了現(xiàn)場(chǎng)材料性能要求，并作為施工過(guò)程中的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。
從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，材料的性能標(biāo)準(zhǔn)基本上能夠滿足設(shè)計(jì)要求。這說(shuō)明采用就地再生，現(xiàn)場(chǎng)材料的拌和效果能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)室的要求，材料的性能參數(shù)也能夠滿足路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。但是和廠拌再生材料的性能指標(biāo)相比，材料的強(qiáng)度略微偏低，尤其濕劈裂強(qiáng)度，從而導(dǎo)致材料的水穩(wěn)性降低。這主要與施工工藝等因素有關(guān)，就地再生在細(xì)集料的分散(尤其是水泥等填料)效果上不如廠拌再生，因此導(dǎo)致水穩(wěn)性能偏低。但是，就地再生工藝較廠拌再生費(fèi)用上略少，進(jìn)度上稍快。
7、結(jié)語(yǔ)
通過(guò)泡沫瀝青冷再生技術(shù)在浙江省04省道的應(yīng)用實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)銑刨材料級(jí)配較大的變異性是再生技術(shù)的固有性質(zhì)，加強(qiáng)對(duì)再生施工關(guān)鍵設(shè)備的控制是保證獲得較為均勻材料的重要途徑。選擇合適的生產(chǎn)配合比和現(xiàn)場(chǎng)材料的性能要求參數(shù)是獲得高質(zhì)量再生混合料的重要工具。同時(shí)這些指標(biāo)和數(shù)據(jù)的提出及獲得為今后的應(yīng)用提供了寶貴的參考依據(jù)。
本文通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，總結(jié)了泡沫瀝青廠拌和就地再生工藝相關(guān)的使用經(jīng)驗(yàn)，提出了2種工藝的基本流程，比較和分析了2種工藝技術(shù)的特點(diǎn)，為日后的工藝選擇和施工提供參考。
