【技术】路拌冷再生泡沬沥青在新野S244线养护大修工程中的施工应用研究
摘要：随着交通量不断增大，传统路面材料和施工技术存在效率低、污染环境等缺陷，针对此问题，本文结合新野路具体工程实例，利用泡沫沥青的冷再生技术，采用路拌法施工方法，研究其施工过程中的关键技术。首先通过铺筑试验段I，并进行该试验段的试验、检测分析与评价，指出施工实施过程中的问题及其解决方案，为试验段II的施工提供参考，最终试验段II的检测各项指标均满足规范要求，该试验段的工程方案可用于大规模施工。
关键词：泡沫沥青，路拌法，冷再生，施工
1前言
近年来随着交通量不断增大、超载车辆不断增多，路面病害逐年呈上升趋势，路面裂缝、车辙遍布、局部坑槽、翻浆严重，路面的强度已达不到要求，平整度、抗滑性极差，通行能力低。相比传统沥青路面材料和施工技术，泡沫沥青冷再生技术是一种效率高、环保和可持续发展的筑路方法，且具有较广泛的适用范围，克服了传统方法中的缺陷，在未来道路建设中具有较好的发展前景。因此，进行泡沫沥青冷再生技术的推广应用研究是很有必要的。
国内外对泡沫沥青应用技术做了大量的研究工作。邱泳等[[1]]阐述了厂拌法泡沫沥青技术在佛开高速公路中的应用，介绍了泡沫沥青的配合比设计及施工技术等；吕旦等[[2]]基于泡沫沥青施工经验，论述了泡沫沥青混合料的概念、质量控制及其厂拌法施工特点；国内很多单位进行了泡沫沥青再生路面的铺装施工，证明了这种技术已经具备了普及推广的可行性[[3]]。
综上所述，泡沫沥青再生技术已经得到了较好的发展，但更多的是采用厂拌法。随着道路施工机械的不断发展，泡沫沥青就地冷再生技术将会变得越来越重要，本文结合新野路具体工程实例，利用泡沫沥青的冷再生技术，采用路拌法施工方法，研究其施工过程中的关键技术，并基于相关试验和检测分析，指出施工实施过程中的问题及其解决方案，为路拌冷再生泡沫沥青的施工提供参考。
2 路拌冷再生泡沫沥青
泡沫沥青是通过在热沥青中注入一定比例的水，使热沥青的体积膨胀，产生大量的沥青泡沫，而后泡沫破裂，形成泡沫沥青。这种沥青与传统沥青不同，在与集料接触时，泡沫沥青中的泡沫会转化为微小颗粒，分散于细集料的表面，从而形成细填缝料，增加了混合料的稳定性。在进行泡沫沥青混合料配合比设计时，主要的控制指标包括含水率、干密度、掺配比例、泡沫沥青用量。
路拌冷再生技术是指将旧沥青路面材料经过铣刨后，添加必要的材料，利用再生设备在常温条件下拌和成新的再生沥青混合料，用于沥青路面的摊铺。在20世纪80年代以前，这种冷再生技术通常是采用厂拌法。之后，随着路面机械设备和技术的发展，就地再生技术得以产生和发展，且逐渐代替厂拌法冷再生。在进行路拌冷再生泡沫沥青施工后，通过施工现场取料、成型试件、试件检测等过程，来评价路面技术指标是否符合规范要求。此外，为了更好的评价沥青路面强度，还需进行路面现场取芯、检测、评价等过程，从而确定是否能够满足大面积施工的要求。
3 冷再生泡沫沥青在新野路的应用实践
3.1工程概述
河南省南阳市S244线邓州交界至S103交点段公路大修工程，为南阳市境内重要的南北干线公路，也是河南省干线公路网规划的重要组成部分。泡沫沥青就地冷再生工程试验段，位于省道S244线新野王集镇。原路面结构为7cm沥青面层（3cm细+4cm中）+16cm稳定砂砾。新铣刨路面结构为原有路面7cm沥青面层全部铣掉+14cm冷再生层+4cmAC-20。分别于2014年5月26日上午11时和2014年6月11日下午17时实施。两次试验段均为全长200米，宽9米，再生层厚度设计为14厘米。
3.2试验段I的配合比及检测
（1）冷再生泡沫沥青的配合比设计
为了进行冷再生泡沫沥青的配合比设计，在5月26日试验段施工前，对原材料进行了相关实验和检验，该试验段的泡沫沥青混合料的集料通过率如表1所示。
|
总质量：4260 g |
总质量：4020 g |
|||||||||
|
筛孔 |
筛上重 |
分计筛余 |
累计筛余 |
通过量 |
筛孔 |
筛上重 |
分计筛余 |
累计筛余 |
通过量 |
|
|
37.5 |
0 |
0 |
0 |
100 |
37.5 |
0 |
0 |
0 |
100 |
|
|
31.5 |
0 |
0 |
0 |
100 |
31.5 |
127.4 |
3.2 |
3.2 |
96.8 |
|
|
26.5 |
0 |
0 |
0 |
100 |
26.5 |
32.2 |
0.8 |
4 |
96 |
|
|
19 |
206 |
4.8 |
4.8 |
95.2 |
19 |
184.1 |
4.6 |
8.6 |
91.4 |
|
|
16 |
79.5 |
1.9 |
6.7 |
93.3 |
16 |
140.2 |
3.5 |
12.1 |
87.9 |
|
|
13.2 |
186.5 |
4.4 |
11.1 |
88.9 |
13.2 |
237.5 |
5.9 |
18 |
82 |
|
|
9.5 |
354.5 |
8.3 |
19.4 |
80.6 |
9.5 |
318.7 |
7.7 |
25.7 |
74.3 |
|
|
4.75 |
846 |
19.9 |
39.3 |
60.7 |
4.75 |
812.3 |
20.2 |
45.9 |
54.1 |
|
|
2.36 |
757 |
17.8 |
57.1 |
42.9 |
2.36 |
648.1 |
16.1 |
62 |
38 |
|
|
1.18 |
301.5 |
7.1 |
64.2 |
35.8 |
1.18 |
247.8 |
6.2 |
68.2 |
31.8 |
|
|
0.6 |
528 |
12.4 |
76.6 |
23.4 |
0.6 |
420.9 |
10.5 |
78.7 |
21.3 |
|
|
0.3 |
531 |
12.5 |
89.1 |
10.9 |
0.3 |
408 |
10.1 |
88.8 |
11.2 |
|
|
0.15 |
197 |
4.6 |
93.7 |
6.3 |
0.15 |
186.9 |
4.6 |
93.4 |
6.6 |
|
|
0.075 |
128.5 |
3 |
96.7 |
3.3 |
0.075 |
108.5 |
2.7 |
96.1 |
3.9 |
|
|
筛底 |
142 |
3.3 |
100 |
筛底 |
147.2 |
3.7 |
99.8 |
|||
其中含水率：3.3%，干密度：2.078，掺配比例：RAP料︰石屑︰碎石︰水泥=78.5%︰10%︰10%︰1.5%，泡沬沥青用量：2.4%。
（2）施工现场取料试件检测
通过施工现场取料，室内成型试件，并进行试件的相关技术指标的检测工作，其检测结果如表2所示。
|
序号 |
检测项目 |
技术指标 |
检测结果 |
单项判定 |
|
|
1 |
劈裂试验 (15℃) |
劈裂强度(MPa) |
≥0.50 |
0.38 |
不合格 |
|
干湿劈裂强度比(%) |
≥75 |
48.6 |
不合格 |
||
|
2 |
马歇尔稳定度试验(40℃) |
马歇尔稳定度(kN) |
≥6.0 |
4.82 |
不合格 |
|
流值(mm) |
-- |
3.6 |
-- |
||
|
3 |
试件毛体积相对密度 |
-- |
2.155 |
-- |
|
由表2可以看出：该组冷再生混合料的劈裂强度、干湿劈裂强度比、马歇尔稳定度均不符合JTG F41-2008《公路沥青路面再生技术规范》中的技术要求。
（3）试验段取芯检测
为了更好的评价路面性能，进行了试验段现场取芯检测工作，所取芯样如图1所示。
图1 所取芯样
由图1可以看出：所取四个芯样一是厚度不足，二是芯样松散不成块，三是芯样内部干燥有散状水泥，四是泡沬沥青有结团现象。
（4）检测结果评价
由以上检测结果可知，认为该试验段实施过程中存在不少问题，一些指标不满足规范要求，产生的原因及解决措施如下：
①原材料检验不完整，泡沫沥青再生所用水泥与水稳基层所用水泥不同，水泥更换品牌后相关实验检验未进行。解决措施：使用与原水稳基层同品牌水泥，并取样送检。②正式施工的混合料配合比与目标配合比不一致。试验段采用的材料与配合比设计结果为：RAP料：78.5%；石屑：10%；碎石：10%；水泥：1.5%。通过现场干混合料取样后筛分，个别筛孔通过率不满足规范级配要求。解决措施：经过在现场用再生机重新铣刨全部混合料，进行筛分后重新确定材料配合比为：RAP料：71.2%；石屑：18.3%；碎石：8.5%；水泥：2.0%。③再生机铣刨深度过大，把水泥稳定砂砾石基层铣刨掉2厘米厚，造成混合料中砂砾含量过多，影响级配和强度形成。解决措施：增加新加材料比例，调整再生机铣刨深度，使再生机正好铣刨到原沥青面层底部。④再生层中底层大粒径颗粒较多。解决措施：调整再生机组的行进速度和铣刨转子转速。⑤夏季气温较高，混合料水分损失过快，碾压时含水量不足。解决措施：安排洒水车及时补充水分。⑥试验段施工时只有一台20T单钢轮振动压路机，一是吨位不够大；二是碾压太慢，拌好的混合料水分保持不好损失太快；三是强震效果达不到要求，再生层下部不密实；四是轮迹重叠宽度达不到要求。解决措施：配备2台22T以上单钢轮振动压路机，强振3遍，弱振3遍，26T胶轮压路机压实4遍，应重叠1/2轮宽，压完路面全宽时为一遍。⑦对现场存在问题没有及时发现和处理。解决措施：在施工过程中，对混合料的级配、再生深度、含水量有任何疑问时，停止施工，等问题解决后再继续施工。碾压过程中，再生层的表面始终保持湿润，如水分蒸发过快，及时补撒少量的水，但严禁大量洒水碾压。⑧部分一线施工人员对相关技术要求和施工方案不熟悉，导致施工过程没有充分执行施工方案。解决措施：本次试验段开工前，召开技术交底会对一线施工人员进行技术培训，加强对施工方案的理解和执行力。
由以上分析可知，第一次试验段不成功的主要原因一是泡沬沥青在混合料中有结团现象，即泡沬沥青在混合料中分散不均匀，说明泡沬沥青的发泡特性很差。发泡特性是指直接影响泡沬沥青在混合料中分散程度。二是配合比不合理，三是含水量不足。
3.3试验段II的结果
结合试验段I发现的问题，采取相应的解决措施于2014年6月11日上午10时至当日下午1时又安排了第二个试验段。试验段全长200米，宽9米，再生层厚度设计为14厘米。试验段施工前召开技术交底会对一线施工人员进行技术培训；根据调整后的施工配合比准备了工程材料；施工中对拌合好后的混合料进行了取样，制作了试件；施工结束后7天出具试件检测结果并进行了现场取芯。
（1）冷再生泡沫沥青的配合比设计
为了进行冷再生泡沫沥青的配合比设计，在试验段施工前，对原材料进行了相关实验和检验。该试验段的泡沫沥青混合料的集料通过率如表3所示。
|
总质量：1768.6 g |
总质量：1743.2 g |
|||||||||
|
筛孔 |
筛上重 |
分计筛余 |
累计筛余 |
通过量 |
筛孔 |
筛上重 |
分计筛余 |
累计筛余 |
通过量 |
|
|
37.5 |
0 |
0 |
0 |
100 |
37.5 |
0 |
0 |
0 |
100 |
|
|
31.5 |
0 |
0 |
0 |
100 |
31.5 |
46.1 |
2.6 |
2.6 |
97.4 |
|
|
26.5 |
81.2 |
4.6 |
4.6 |
95.4 |
26.5 |
0 |
0.0 |
2.6 |
97.4 |
|
|
19 |
157.1 |
8.9 |
13.5 |
86.5 |
19 |
225 |
12.9 |
15.5 |
84.5 |
|
|
16 |
116.2 |
6.6 |
20.1 |
79.9 |
16 |
67.4 |
3.9 |
19.4 |
80.6 |
|
|
13.2 |
116.6 |
6.6 |
26.7 |
73.3 |
13.2 |
155.3 |
8.9 |
28.3 |
71.1 |
|
|
9.5 |
120.4 |
6.8 |
33.5 |
66.5 |
9.5 |
202.8 |
11.6 |
39.9 |
60.1 |
|
|
4.75 |
402.5 |
22.8 |
56.3 |
43.7 |
4.75 |
374.7 |
21.5 |
61.4 |
38.6 |
|
|
2.36 |
271.8 |
15.4 |
71.7 |
28.3 |
2.36 |
227.4 |
13.0 |
74.4 |
25.6 |
|
|
1.18 |
93.8 |
5.3 |
77 |
23 |
1.18 |
77.3 |
4.4 |
78.9 |
21.1 |
|
|
0.6 |
130.3 |
7.4 |
84.4 |
15.7 |
0.6 |
121.5 |
7.0 |
85.9 |
14.1 |
|
|
0.3 |
122.6 |
6.9 |
91.3 |
8.7 |
0.3 |
108.5 |
6.2 |
92.1 |
7.9 |
|
|
0.15 |
56.2 |
3.2 |
94.5 |
5.5 |
0.15 |
59.3 |
3.4 |
95.5 |
4.5 |
|
|
0.075 |
41.1 |
2.3 |
96.8 |
3.2 |
0.075 |
47.5 |
2.7 |
98.2 |
1.8 |
|
|
筛底 |
56.8 |
3.2 |
100 |
筛底 |
30.4 |
1.7 |
99.9 |
|||
其中含水率：5.7%，干密度：2.088，掺配比例：RAP料：石屑：碎石：水泥=71.2%：18.3%：8.5%：2%，泡沬沥青用量：2.5%。
（2）施工现场取料试件检测
通过施工现场取料，室内成型试件，并进行试件的相关技术指标的检测工作，其检测结果如表4所示。
|
序号 |
检测项目 |
技术指标 |
检测结果 |
单项判定 |
|
|
1 |
劈裂试验 (15℃) |
劈裂强度(MPa) |
≥0.50 |
0.68 |
合格 |
|
干湿劈裂强度比(%) |
≥75 |
91.2 |
合格 |
||
|
2 |
马歇尔稳定度试验(40℃) |
马歇尔稳定度(kN) |
≥6.0 |
15.4 |
合格 |
|
流值(mm) |
-- |
2.2 |
|||
|
浸水马歇尔残留稳定度(%) |
≥75 |
84.1 |
合格 |
||
由表4可以看出：该组冷再生混合料的劈裂强度、干湿劈裂强度比、马歇尔稳定度、浸水马歇尔残留稳定度均符合JTG F41-2008《公路沥青路面再生技术规范》中的技术要求。
（3）试验段取芯检测
图2 所取芯样
由图2可以看出：芯样底部有少许孔隙，可能是由于级配不合理或是未压实，但根据厚度指标和表面观测比较满足要求。
（4）检测结果评价
根据以上试验和检测结果，第二次试验段与第一次试验段相比进步了很多，基本满足设计和规范要求。
4 结语
为了克服传统沥青路面材料和施工技术的缺陷，本文结合新野路具体工程实例，利用泡沫沥青的冷再生技术，采用路拌法施工方法，研究其施工过程中的关键技术。首先通过铺筑试验段I，并进行该试验段的试验、检测分析与评价，指出施工实施过程中的问题及其解决方案，为试验段II的施工提供参考，最终试验段II的检测各项指标均满足规范要求，该试验段的工程方案可用于大规模的施工。
参考文献
[1]邱泳，秦建春.泡沫沥青冷再生技术及成套施工技术研究[J].水力水电施工，2013,（6）：88-91.
[2]吕旦，李玮. 浅谈泡沫沥青混合料施工技术[J]. 山西建筑，2009,35（23）：290-291.
[3]任义军. 沥青混凝土就地再生机械与施工研究[D]. 西安：长安大学，2005.