乳化沥青冷再生混合料配合比设计及应用探讨

罗玉刚 刘文足

摘要：文章以某高速公路路面工程为例，对乳化沥青冷再生混合料级配、最佳含水率、水泥掺和量等进行配合比设计，并阐述其施工应用方法，为冷再生技术的应用提供参考。

关键词：高速公路;乳化沥青冷再生技术;配合比设计;施工应用

中图分类号：U412.366 文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.10.014

文章编号：1673-4874（2019）10-0048-03

0引言

目前我国高速公路总里程已超13万km，居世界第一位。历经多年的运行，我国早期修建的高速公路路面已进入维修阶段，随之会产生大量的废旧沥青混合枓。沥青冷再生技术可有效利用废旧沥青混合枓，在保护生态环境的同时，提高资源利用率，降低工程成本。本文以某高速公路路面工程为例，对乳化沥青冷再生混合枓级配、最佳含水率、水泥掺和量等进行配合比设计，并阐述其施工应用，为冷再生技术的应用提供参考。

1工程概况

该高速公路为沥青混凝土路面，双向四车道设计，设计时速为100km/h。该高速公路路面历经多年运行，加之重车多、车流量大、沥青混合料老化等因素，导致出现车辙、坑槽、沉陷等多种病害，对路面使用寿命及车辆行驶有着严重的影响，急需进行修复。综合该路段实际情况，结合环境保护、造价等多种因素，采用乳化沥青冷再生技术，以降低建设成本，提高资源利用效率，保护周边生态环境。

2 乳化沥青冷再生混合料配合比设计

2.1级配设计

为了确保乳化沥青冷再生混合料级配符合工程需求，会在混合枓中添加一定比例的新枓，确保混合枓密实度。为对再生沥青混合枓集枓级配情况进行分析，将新旧枓比例初步定为3：7、2：8、1：9三种比例进行合成，筛分结果如表1所示。

将表1中的分析结果进行曲线分析，其曲线分析结果如图1所示。由曲线分析图可知，按3：7新旧集料比例配置的混合枓与按1：9新旧集料比例配置的混合枓两者的分析曲线虽然处于规范值的上下限之间，但是与中值曲线存在较大偏离。按2：8新旧集料比例配置的混合料分析曲线和中值曲线基本重合，说明该级配混合料可以形成密实的嵌体结构，因此在本工程中混合料级配选用2：8新旧集料比例。

2.2 确定混合料的最佳含水率

根据《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41-2008）规定，需将乳化沥青再生混合枓试件进行75次的双面击实，本次试验试件采用75次一次击实成型。

通过上文分析可知本工程乳化沥青混合枓级配选择2：8的新旧集料配置比例，在本次试验试件同样采用该级配比例。其中水泥分别采用以下五种类型：（1）0%PO42.5;（2）1%PO42.5;（3）2%PO42.5;（4）2%42.5R;（5）2%52.5R。将乳化沥青量定为4.5%，分别对上述五种不同类型的水泥进行试件试验，从而得到不同类型水泥的最佳含水率。曲线分析图如图2所示。

由图2可以看出，当冷再生混合料分别掺和1%PO42.5、2%PO42.5、2%42.5R和2%52.5R的水泥时，与未掺和水泥相比，其最大干密度分别提高了0.82%、1.24%、2.16%、2.22%，其最佳含水量提高了5%、12%、15%、16%。当水泥掺和量不断提高，混合枓的最大干密度与最佳含水量依次增加。其中2%42.5R和2%52.5R的掺和水泥量一致，但是标号不同，混合料的最大干密度与最佳含水量在水泥标号的提高下呈现增加的趋势。这是由于高标号的水泥和水之间水化反应物质、产物多，导致密实度与需求量增大，因此导致2%52.5R水泥掺和的混合料最佳含水量高于2%P042.5R。

2.3 水泥掺和量及标号确定

采用0%PO42.5、1%PO42.5、2%PO42.5、2%42.5R、2%52.5R五类水泥掺和量及标号进行力学试验，将试件乳化沥青用量暂定为4.5%，并按照《公路沥青路面再生技术规范》进行苗实与养护，以测试不同水泥掺和量及标号的混合料劈裂强度。试验结果如表2所示。并将试验结果进行曲线分析，如图3所示。

由试验结果可知，在同等龄期下掺和水泥的混合料随水泥掺和量的提高，混合料的劈裂强度处于上升的趋势。从综合混合料所需强度、成本及施工周期方面考虑，建议水泥掺和量在2%左右。掺和早强水泥比掺和普通水泥的混合料强度有明显提高，但是到第7d、28d时，强度增加已不明显。根据《公路沥青路面再生技术规范》要求，乳化瀝青冷再生混合料在应用于基层时，15℃劈裂强度应≥0.4MPa应用于底基层时应≥0.5MPa。掺和普通水泥的混合料需3d才能达到规范劈裂强度要求，掺和早强水泥的混合料只需1d劈裂强度即可达到规范强度要求，但是两者后期强度差距不大，均可满足规范要求。早强水泥2%PO42.5与2%52.5R掺和量混合料劈裂强度相差不大，但2%PO42.5比2%52.5R使用更为经济。综合考虑选择2%PO42.5的水泥类型最为合适，不但符合项目需求，还可以提高混合料强度，加快施工周期。

2.4 确定混合料的乳化沥青最佳量

本次试验采用4%、4.5%、5%、5.5%、6%五类乳化沥青掺和量进行试件制作，通过湿劈裂强度、千劈裂强度及干湿劈裂强度比试验来确定乳化沥青最佳用量。试验结果如表3和图4-5所示。

由上述图表中可以看出，混合料的干湿劈裂强度及干湿劈裂强度比都伴随沥青用量的增加而出现先增后降的情况。当沥青用量达到5%时，干湿劈裂强度达到最大值，因此本工程中冷再生混合料乳化沥青最佳用量定为5%。

3 乳化沥青冷再生混合料施工应用

3.1拌制

依据上文中所设计混合料配合比将集料放入料仓中进行拌合，在拌合过程中需严格按照每种原材料的掺入规范，确保与设计的一致性，本工程采用KMA220冷再生设备进行拌合，该设备操作方便可移动，并且采用精准计量，确保乳化沥青、水泥、水、集料等用量与设计的一致性。在进行混合料拌制时，要把握好拌合时间，如拌合时间过长则容易导致集料与乳化沥青发生离析的情况，使得混合料提前破乳，不利于强度的形成;如拌合时间过短则会导致集料周围乳化沥青包裹不均匀。拌制时需要确保集料被沥青包裹充分，混合料均匀，无结块现象。

3.2 运输

混合料运输时间不宜过长，否则容易致使混合料在还没进行摊铺碾压就出现破乳、成型的现象，再摊铺碾压导致强度被破坏，致使混合科成型强度下降。同时混合料不宜长时间储藏，应在1h内进行摊铺。根据本工程实际情况，运输时间最长为20min，加上混合料运输车准备工作所需时间，本工程摊铺可以在1h内完成。

3.3 摊铺

摊铺是乳化沥青冷再生混合料施工的关键工序，如遇到雨水天气，应马上停止摊铺。在摊铺前应做好摊铺机的安装调试工作，确保熨平板不存在接缝，避免摊铺时出现纹路。在进行摊铺时摊铺机应持续、缓慢、匀速前进，不得出现中途停顿的情况。如在进行摊铺作业时发现不平整、离析等现象时，应分析其原因。本工程混合料松铺系数设定为1.2，在摊铺完成之后要及时计算混合料的松铺系数，确保与工程设计相符。在进行本工程摊铺作业时，还配置了5名工作人员，其中2名负责摊铺机平衡条的调试，1名操作摊铺机，2名负责摊铺后的接缝及找平。

3.4 碾压

碾压是确保混合科成型强度的重要工序，本工程中压路机设备分别为26T橡胶轮压路机与13T双钢轮压路机。初压采用13T双钢轮压路机先静压两次，第一次主要是确保摊铺的混合料不发生粘接及推移等情况，第二次则为消除轮迹;复压采用13T双钢轮压路机进行震动碾压两次，确保碾压的密实度;终压先采用26T橡胶轮胎压路机碾压两次，最后再采用13T双钢轮压路机静压两次。在碾压作业时，需齐缝碾压，相邻碾压区域需确保30cm的重叠，确保碾压的平整度。在进行碾压作业时，压路机不得出现中途预留、紧急制动等违规操作，在碾压设备无法碾压的边角处采用夯实机进行夯实。

3.5 養生

本工程采用早强型乳化沥青冷再生混合料，养生时段只需1d，在养生期间需封闭交通，禁止车辆通行，并保持路面湿润，如遇到雨水天气，应覆盖养生布，防止出现离析现象。

4 结语

本文以某高速公路路面工程为例，对乳化沥青冷再生混合料配合比设计与应用进行研究，通过各类试验，最终确定该公路乳化沥青冷再生混合料各项最佳配合比，即为新旧集料2：8配比、最佳含水率为6.5%、沥青含量为5%、PO42.5R早强水泥掺和为2%。通过施工应用，其质量优于规范及设计要求，并节约了矿石资源、降低了工程造价，减少了污染排放物。