乳化沥青就地再生在道路养护设计中的应用_夏楷.pdf

DOI:10 13719/j cnki 1009 6825 202315035乳化沥青就地再生在道路养护设计中的应用收稿日期:2023 01 10作者简介:夏楷(1982 )，男，硕士，高级工程师，从事公路与市政道路设计与研究工作夏楷，李从保，马正峰(安徽省交通建设股份有限公司，安徽 合肥230041)摘要:乳化沥青就地再生施工工艺是通过机械将原沥青路面面层翻松、破碎后，掺入一定数量的乳化沥青、沥青再生剂、水泥、粗集料、细集料等，就地重新混合、摊铺、碾压成型后形成的新的路面面层，通过对 S601 环巢湖公路养护项目中乳化沥青就地再生设计的应用，论述了道路乳化沥青就地再生设计中对老路调查、病害分析、设计方案确定等重难点，为类似的道路养护项目提供借鉴。关键词:乳化沥青;就地再生;道路养护中图分类号:TU535文献标识码:A文章编号:1009 6825(2023)15 0134 040引言乳化沥青冷拌再生技术在环境保护和社会经济效益方面具有热拌沥青混合料无法具备的优点。不仅避免石矿资源的过度开采，破坏环境;也避免大量废弃的沥青混合料长期堆存带来的各方面污染;同时还可延长施工季节，改善施工条件。我国各等级公路已突破 500 万 km，其中以沥青路面为主，每年有大量沥青路面需要养护，如何更好地利用老路路面资源，节约养护成本成为了重中之重。目前发达国家老路养护中 70%80%均利用废旧沥青路面材料，而我国目前废旧沥青材料利用率还不足 50%，因此在道路养护项目中应加强对老路路面材料的利用。而乳化沥青就地再生是国内外应用最多的道路养护及改造的技术方法之一1 2。1项目背景S601 环巢湖公路，是连接合肥包河区、巢湖市、庐江县、肥西县的一条交通走廊带的重要载体，路线环巢湖一周。起点位于包河区与肥西县交界处，经肥东、巢湖、庐江，终点为肥西县与包河区交界处，路线全长 156516 km。巢湖段现状为一级公路，设计速度为 60 km/h，部分段落采用乳化沥青冷拌就地再生处理。2乳化沥青就地再生设计方案21老路路面调查S601 环巢湖大道自2014 年建成通车以后，已使用多年，属于路面性能的衰变期，路面已出现大量的裂缝及其他不同程度的沥青路面常见病害(见图 1)。通过对路面破损评定，病害数量及病害程度仍在发展，结合检测单位路面现场调查资料的评定结果进行分析:S601 路面病害主要为纵横向裂缝、龟裂、块状裂缝等病害，本项目全路段 PCI 总体评价为“良”。根据 JTGH102009 公路养护技术规范规定，本项目对每公里路段 PCI 为“优”段进行预防性养护，对每公里路段 PCI 为“良、中”段进行修复养护设计3。（a）横向裂缝（b）纵向裂缝（c）龟裂（d）坑槽图 1现状路面病害图同时对道路路面进行取芯，一般路段路面芯样的完整性相对较好，部分病害路段(如重度裂缝、重度龟裂处)，沥青面层芯样开裂、水泥稳定碎石基层芯样开裂，同时个别水稳底基层芯样松散。22老路交通数据调查通过调取道路交通量数据监测点数据，并进行归类分析，环巢湖道路交通数据如表 1，表 2 所示。表 1环巢湖道路北段平均日交通量表辆/d年份汽车平均日交通量小货车 中货车 大货车 特大货 集装箱 小客车 大客车 拖拉机 摩托车2019 年631258573681322 2742721662602020 年660271602715342 3882861562732021 年712311635755422 525312162293通过对交通量数据进行分析:受 S105 交通分流影响，环巢湖公路北段交通量明显小于南段，同时该段特大货车车辆比例较小，交通量年增长率为 4 6%左右;南段与 G346 共线，交通量较大，其中特大货车比例较大，该段431第 49 卷 第 15 期2 0 2 3 年 8 月山西建筑SHANXIACHITECTUEVol 49 No 15Aug2023主要承担巢湖至庐江交通通行，交通年增长率为 5 0%左右。通过对老路路面调查，其南段路面状况较差，路面状况与交通量有着密切的关系。表 2环巢湖道路南段平均日交通量表辆/d年份汽车平均日交通量小货车 中货车 大货车 特大货 集装箱 小客车 大客车 拖拉机 摩托车2019 年9792511071 708205 55627763552020 年 1 0282641201 793255 83429193732021 年 1 0842731311 823326 1223121239223路面病害成因分析受 2020 年强降雨影响，本项目部分路段发生水毁。现场调查资料显示，全线路面主要病害为纵横向裂缝、龟裂、块状裂缝、车辙、修补损坏等。对调查结果及有关资料进行分析后，道路病害成因如下:1)纵缝产生原因:纵缝主要分布于车道分界线处且连续，由于对向车道的差异交通量所产生的沉降差，导致水泥稳定碎石基层开裂反射至路面顶产生。路表、边坡等渗水，使局部路基受水浸泡后承载力值降低，在动静荷载的作用下，路基滑动产生裂缝。2)横缝产生原因:由于基层材料收缩，在温度和行车荷载的作用下，以及合肥膨胀土受雨水影响反复膨胀收缩，裂缝将逐渐反射到沥青表面，形成不规则的横向路面反射裂缝。3)不规则裂缝产生原因:由于路面出现横向或纵向裂缝后未及时封填，致使水分渗入下层，使基层表面被泡软，在行车荷载反复作用下，粉浆通过面层裂缝及空隙被压到表面产生唧浆，基层表面被逐步掏空，产生不规则裂缝。4)龟裂产生原因:在行车荷载的反复作用下，沥青面层或稳定基层发生疲劳破坏后而产生的一系列相互交叉贯通的裂缝。5)车辙产生原因:在交叉口处，车辆刹车和启动过程中会对路面产生较大的水平推移力。6)坑槽产生原因:沥青面层温度应力裂缝，沥青面层疲劳裂缝，沥青面层抗剪强度不足，层间黏结不良，沥青面层材料压密或流动变形，水分渗入导致损坏。24路面养护设计方案根据道路病害分布以及交通量预测情况，本次对项目不同路段采用不同的养护设计方案。1)预防性养护方案:道路路面病害主要以纵横裂缝为主，路面损坏状况指数 PCI80，同时路面行驶质量指数 QI80 以及车辙深度指数 DI75 的路段采用预防性养护方案。预防 性 养 护 方 案 为:老 路 病 害 局 部 修 复 处 治后+1 5 cm 冷拌冷铺超薄磨耗层的养护方案(见图 2)。图 2预防性养护方案设计图病害范围原沥青上面层原沥青中面层原沥青下面层老路基层老路底基层老路基层挖除原沥青下面层老路基层老路底基层原沥青下面层老路基层老路底基层（a）老路病害图（b）老路病害挖除图（c）回填结构层4683446834468341.5涂热沥青（含坑壁）30 30 303030 30病害范围30 30 303030 30病害范围50 cm 宽 PE 高强抗裂贴1.5 cm 冷拌冷铺超薄磨耗层（加铺）4 cm AC-13 沥青混凝土（SBS 改性）6 cm AC-20 沥青混凝土（SBS 改性）8 cm AC-25 沥青混凝土C15 素混凝土换填黏层黏层黏层透封层单位：cm2)结构性修复(大修)处治方案:道路沥青面层结构较松散、老化，病害主要以坑槽、龟裂为主，路面损坏状况指数 70PCI 80，同时路面行驶质量指数 70QI 80 的路段采用结构性修复(大修)方案。结构性修复(大修):病害处治+铣刨老路上面层+8 cm 乳化沥青就地冷再生沥青混凝土+4 cmAC 13 细粒式沥青混凝土(SBS 改性)(见图 3)。3)结构性修复(大修)处治方案:道路沥青面层结构严重松散、老化，病害主要以坑槽、龟裂为主，路面损坏状况指数 PCI 70，同时路面行驶质量指数 QI 70 的路段采用结构性修复(大修)方案。结构性修复(大修):病害处治+铣刨老路中上面层+10 cm 乳化沥青就地冷再生沥青混凝土+6 cm AC 20C 中粒式沥青混凝土(SBS 改性)+4 cm AC 13 细粒式沥青混凝土(SBS 改性)(见图 4)。3乳化沥青就地再生施工工艺要求31铣刨原路面 AP 材料分析本次铣刨原路面主要采用中上面层沥青混合料，原级配为 AC 20 和 AC 13。就地再生设计需要对原路面铣刨 AP 料进行分析论证，确定相关参数。通过对 AP 集料筛分试验结果显示，铣刨后的 AP集料 19 mm 筛孔通过率为 100%，9 5 mm 筛孔通过率为65 3%，0 15 mm 筛孔通过率为 1 6%。因此 AP 集料级配偏小，粗骨料偏少。通过对 AP 集料沥青回收的试验分析，沥青老化严重，其中针入度降低较大，延度丧失严重。32乳化沥青再生混合料技术指标要求本次乳化沥青冷再生混合料作为中、下面层，其混合料531第 49 卷 第 15 期2 0 2 3 年 8 月夏楷，等:乳化沥青就地再生在道路养护设计中的应用级配宜采用粗粒式或中粒式级配;同时该道路为重交通荷载等级公路，可采用粗粒式级配。根据级配类型和 AP 级配，宜在乳化沥青冷再生混合料中添加一定比例的粗集料。乳化沥青冷再生混合料的级配范围应满足表3 要求 4 5。图 3结构性修复（大修）处治方案设计图病害范围原沥青上面层原沥青中面层原沥青下面层老路基层老路底基层老路基层挖除原沥青下面层老路基层老路底基层原沥青下面层老路基层老路底基层（a）老路病害图（b）老路病害挖除图（c）回填结构层4683450 cm PE 高强抗裂贴3030病害范围50 cm PE 高强抗裂贴4 cm AC-13 沥青混凝土（SBS 改性）8 cm 乳化沥青就地冷再生沥青混凝土8 cm AC-25 沥青混凝土C15 素混凝土换填黏层黏层透封层老路病害区原沥青中面层683448348撒布热沥青（含坑壁）铣刨 4 cm3030病害范围单位：cm图 4结构性修复（大修）处治方案设计图病害范围原沥青上面层原沥青中面层原沥青下面层老路基层老路底基层底基层挖除原沥青下面层老路基层老路底基层原沥青下面层老路基层老路底基层（a）老路病害图（b）老路病害挖除图（c）回填结构层468343030病害范围4 cm AC-13 沥青混凝土（SBS 改性）6 cm AC-20 沥青混凝土（SBS 改性）10 cm 乳化沥青就地冷再生沥青混凝土C15 素混凝土换填C15 素混凝土换填黏层黏层透封层老路病害区原沥青中面层683448348撒布热沥青（含坑壁）铣刨 4 cm3030病害范围30303030单位：cm表 3乳化沥青冷再生混合料级配范围筛孔粗粒式中粒式37 510026 580 1001001990 10013 260 809 560 804 7525 6035 652 3615 4520 500 33 203 210 751 72 8同时 乳化沥青 冷再 生混合 料设计 指 标 应 满 足JTG/T 55212019 公路沥青路面再生技术规范6相关要求。乳化沥青冷再生混合料设计阶段，应检验冻融劈裂强度比指标，其冻融劈裂强度比 TS75%。同时本项目属于重及以上交通荷载等级，还应检验乳化沥青冷再生混合料的动稳定度指标，其 60 动稳定度不小于2 000 次/mm。混合料性能应符合要求，否则应更换材料或者重新进行混合料设计。乳化沥青冷再生混合料中，乳化沥青蒸发残留物占混合料其余部分干质量的百分比宜为 1 8%3 5%。乳化沥青冷再生混合料设计过程中，应严格控制水泥用量。水泥用量不宜超过 15%，不应超过 18%。33施工工艺要求331设备要求就地冷再生机应满足下列要求:1)应将原沥青路面铣刨料以及新添加的乳化沥青、新集料、水泥等均匀拌合。2)再生结合料供给系统应计量精确，可显示、可调节，并与切割深度、施工速度、材料密度等联动。喷嘴在工作宽度范围内应均匀分布，喷组可独立开启与关闭。3)供水系统应能够保证连续、均匀、准确地供水，流量应可显示、可调节。4)铣刨宽度不应小于 350 cm，满足一个车道的施工宽度。5)铣刨深度可调节，铣刨深度满足设计要求，最大铣刨深度应不小于 150 mm。332施工准备施工前应配备满足施工要求的就地冷再生机、压路机、运料机、沥青罐车、水罐车等生产设备，并保证其处于良好的工作状态。施工前应清除原路面上的杂物，根据再生厚度、宽度、干密度等计算单位面积沥青再生 结 合 料、新 集 料、水 泥 等 用 量。将 新 集料、水泥均匀撒布在原路面上，有条件的宜用水泥制浆车添加水泥。631第 49 卷 第 15 期2 0 2 3 年 8 月山西建筑333铣刨与拌合就地冷再生应通过试验段施工，确定再生工艺相关施工参数。再生机组应匀速、连续地进行作业，同时按设计的再生深度对路面进行铣刨、拌和，不得随意调整速度或者中途停顿，再生施工速度宜为 3 m/min 6 m/min。机械施工的纵向接缝搭接宽度不宜小于 100 mm。当搭接宽度超过再生机沥青喷嘴和水喷嘴的有效喷洒宽度时，后一幅施工时应关闭相应位置的沥青和水的喷嘴。每一幅的再生宽度应根据设计再生宽度、再生机铣刨宽度、施工组织便捷性等合理确定，减少纵向接缝数量，且宜使纵向接缝避开车道轮迹带的位置。334摊铺混合料宜采用摊铺机或者带有摊铺装置的再生机进行摊铺。原路面平整度较差或对冷再生层平整度要求较高时，不宜采用再生机自带的摊铺装置进行摊铺。使用摊铺机摊铺时，应符合下列规定:1)摊铺应匀速、连续，速度宜控制在 2 m/min 4 m/min 的范围内，且不得随意变换摊铺速度或者中途停顿。2)摊铺能力应与再生能力基本匹配，并在水泥初凝时间范围内完成材料摊铺压实。3)松铺系数应根据试验段的结果确定。4)摊铺机的摊铺宽度应与再生铣刨宽度保持一致。5)可根据工程需要选择高程控制、平衡梁、雪橇式等摊铺厚度控制方式。335压实压实应采用流水作业法，使各工序紧密衔接，缩短从拌和到完成碾压之间的延迟时间。混合料宜在最佳含水率情况下碾压，避免出现弹簧、松散、起皮等现象。终压前可采用平地机再整平一次，使其纵向顺适，路拱和横坡符合设计要求。336养生乳化沥青冷再生混合料强度受到沥青黏聚力、矿料内摩擦力以及水泥水化反应后的黏结力，因此混合料压实后应采用不小于 7 d 的湿法养生。4结论通过对老路路面调查分析后，确定采用乳化沥青再生方案处理作为路面的中、下面层方案。既能较大限度的保留原路面强度，减少路面结构废料，也能做到对原有路面结构的加强，延长道路使用寿命。但乳化沥青再生施工前还需要对设计配合比进行验证，同时对老路路面 PE 的利用掺量、再生沥青计量等需通过现场试验进行验证。参考文献:1 丁武洋 乳化沥青厂拌冷再生混合料关键技术研究及应用 J 中外公路，2012，32(5):216 219 2 陈改霞 乳化沥青厂拌冷再生在高速公路下面层的应用J 安阳工学院学报，2022，21(2):67 72 3 杜少文 外加材料对乳化沥青冷再生混合料路用性能的影响 J 建筑材料学报，2013，16(3):534538 4 赵轩 改性乳化沥青就地冷再生技术在高速公路中面层的应用研究 D 南京:东南大学，2020 5 邱伟 AP 特性对乳化沥青路面冷再生性能影响的研究 D 重庆:重庆交通大学，2017 6 中华人民共和国交通运输部 公路沥青路面再生技术规范:JTG/T 55212019 S 北京:人民交通出版社，2019The application of in-situ regenerationof emulsified asphalt in road maintenance designXia Kai，Li Congbao，Ma Zhengfeng(Anhui Transportation Construction Co，Ltd，Hefei Anhui 230041，China)Abstract:The on-site recycling construction process of emulsified asphalt is a new pavement surface layer formed by mechani-cally scarifying，crushing and adding a certain amount of emulsified asphalt，asphalt recycling agent，cement，coarse aggre-gate，fine aggregate，etc to original asphalt pavement surface layer，and then in-situ remixing，paving，and rolling，throughthe application of in-site recycling design of emulsified asphalt in the S601 Chaohu oad Maintenance Project，this paper dis-cussed the key and difficult points in the in-site recycling design of road emulsified asphalt to the investigation of old roads，dis-ease analysis，and design schemes determination，provided reference for similar road maintenance projectsKey words:emulsified asphalt;in-situ regeneration;road maintenance731第 49 卷 第 15 期2 0 2 3 年 8 月夏楷，等:乳化沥青就地再生在道路养护设计中的应用