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基于泡沫瀝青的低碳綠色冷再生技術(shù)的應(yīng)用研究
隨著我國的經(jīng)濟(jì)在不斷快速的發(fā)展，其中交通量也在日益繁重起來，交通軸載在不斷的增加的背景下，國內(nèi)道路行業(yè)的重心在一部分經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)已經(jīng)從道路的修建逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榇笾行摒B(yǎng)和護(hù)理上轉(zhuǎn)移了。我國主要以半剛性基層柔性的路面結(jié)構(gòu)形式為主要形式，如今兩種主要道路維修方案為直接加鋪和翻挖重建，而這兩種方式不僅會(huì)造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)，同時(shí)也會(huì)進(jìn)一步抬高路面標(biāo)高，使路面結(jié)構(gòu)更趨于復(fù)雜。泡沫瀝青廠拌冷再生技術(shù)作為路面再生技術(shù)的一個(gè)重要分支，能夠很好的解決這些問題，同時(shí)利用泡沫瀝青冷再生鋪筑的基層也擁有良好的路用性能，在國內(nèi)道路行業(yè)越來越受到重視。交通部發(fā)布的《交通運(yùn)輸“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中，已經(jīng)明確提出要加快建立以低碳為特征的交通運(yùn)輸體系，強(qiáng)化節(jié)能減排，集約節(jié)約利用資源，促進(jìn)資源循環(huán)利用，加強(qiáng)生態(tài)和環(huán)境保護(hù)，實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸綠色發(fā)展。
本文介紹了低碳綠色泡沫瀝青冷再生在西線高速公路路面改建工程中的設(shè)計(jì)、施工及應(yīng)用情況，這是海南省內(nèi)第一次大規(guī)模將泡沫瀝青廠拌冷再生技術(shù)應(yīng)用于路面大修工程中，供今后類似項(xiàng)目參考。
1 瀝青發(fā)泡的原理
瀝青發(fā)泡的基本過程是當(dāng)冷水滴與高溫瀝青（140 ℃以上）接觸時(shí)，水轉(zhuǎn)化成蒸汽，形成大量氣泡，使瀝青的體積發(fā)生膨脹，形成大量的瀝青泡沫，經(jīng)過很短的時(shí)間瀝青泡沫破裂，在近1 min內(nèi)瀝青又恢復(fù)原狀。整個(gè)過程僅僅是瀝青暫時(shí)的物理變化，沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。Walt等人對泡沫瀝青的機(jī)理進(jìn)行了分析，指出泡沫瀝青是一種水飽和瀝青。而當(dāng)泡沫瀝青與集料接觸時(shí)，瀝青泡沫瞬間化為數(shù)以百萬計(jì)的“小顆粒”，散布于細(xì)粒料（特別是粒徑小于0.075 mm）的表面，形成粘有大量瀝青的細(xì)料填縫料，經(jīng)過拌和壓實(shí)，這些細(xì)料能填充于濕冷的粗料之間的空隙并形成類似砂漿的作用，使混合料達(dá)到穩(wěn)定。
2 泡沫瀝青混合料室內(nèi)配合比設(shè)計(jì)
通過室內(nèi)配合比試驗(yàn)表明，本項(xiàng)目中使用SK70#瀝青的適宜發(fā)泡溫度為165 ℃，發(fā)泡用水量為3.5%，配合比為RAP：新集料：水泥=80%∶18.5%∶1.5%，泡沫瀝青的用量為2.5%、含水量為5.3%（泡沫瀝青和水均為外摻）。所設(shè)計(jì)的冷再生混合料15℃浸水劈裂強(qiáng)度為0.66 MPa，強(qiáng)度滿足JTGF41-2008規(guī)定的15℃劈裂強(qiáng)度不小于0.5 MPa強(qiáng)度指標(biāo)。
3 泡沫瀝青廠拌冷再生施工工藝
?。?/span>1）銑刨現(xiàn)有路面。冷再生的第一步是在設(shè)計(jì)厚度下刨除現(xiàn)有的瀝青路面，銑刨時(shí)盡量不得混入水泥穩(wěn)定碎石基層廢料，然后將RAP材料運(yùn)至拌和廠。
?。?/span>2）RAP材料的破碎和貯存。RAP材料經(jīng)破碎、篩分后，可達(dá)到生產(chǎn)所需的尺寸及級配，RAP材料在破碎后即可送至拌和樓生產(chǎn)，也可以貯存起來以后使用。由于在RAP自重和高溫的作用下，RAP材料可重新粘結(jié)起來形成尺寸較大的顆粒，因此RAP料堆的高度不能太高，機(jī)械設(shè)備也不得在料堆上停留或行走。可協(xié)調(diào)好破碎篩分設(shè)備和拌和設(shè)備的生產(chǎn)速度，使RAP料堆的高度減至最小。對于較小粒徑的RAP材料，為了減少RAP材料中的含水量對冷再生混合料質(zhì)量的影響，應(yīng)將粒徑較小的RAP材料采取覆蓋的措施。RAP材料盡量按照“先到先用”的原則，一是保證RAP材料中的含水量穩(wěn)定；二是防止混合料儲存時(shí)間過長出現(xiàn)粘結(jié)。
?。?/span>3）拌和。泡沫瀝青的生產(chǎn)設(shè)備要有精確的計(jì)量裝置，基質(zhì)瀝青的溫度要控制在最佳發(fā)泡溫度±10 ℃的范圍之內(nèi)。要定時(shí)檢測泡沫瀝青的性能，包括泡沫瀝青的膨脹比和半衰期。
冷廠拌的拌和樓通常不設(shè)置篩分板，因此RAP和新鮮集料的用量就由冷料倉進(jìn)料速度來控制?？稍诶淞陷斔蛶先臃治龌旌狭霞壟鋪砜刂苹旌狭系募壟洹０韬蜆切栌信菽瓰r青和水泥的精確計(jì)量裝置。
（4）攤鋪、通風(fēng)、碾壓。傳統(tǒng)的攤鋪機(jī)即可攤鋪冷廠拌再生的混合料，混合料中適度的水分可防止熨平板下的混合料發(fā)生“撕裂”、“脫空”等現(xiàn)象，熨平板不必預(yù)熱，以防止混合料中水分散失過快而影響混合料的和易性。連續(xù)穩(wěn)定的攤鋪是提高路面質(zhì)量、減少路面離析的主要措施之一。對于泡沫瀝青混合料，攤鋪機(jī)的攤鋪速度應(yīng)根據(jù)拌和樓的產(chǎn)量、施工機(jī)械的配套情況及攤鋪厚度、攤鋪寬度按1～3 m/min予以調(diào)整，做到緩慢、均勻，不間斷的攤鋪。
碾壓的組合應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)路段決定，建議初壓采用1臺DD130雙鋼輪壓路機(jī)前靜后振碾壓2遍，復(fù)壓用1臺18 t單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)振壓4遍，然后用26 t輪胎壓路機(jī)碾壓4～6遍，終壓采用雙鋼輪壓路機(jī)靜壓2遍。終壓采用鋼輪壓路機(jī)碾壓，以消除輪跡。施工過程中要注意碾壓不能過量，否則可能使泡沫瀝青再生料中的細(xì)料上浮，形成軟弱夾層，最終影響路面的使用。本工程中各標(biāo)段使用的碾壓組合方案如下表所示，從現(xiàn)場情況來看，只要保證單鋼輪壓路機(jī)的碾壓遍數(shù)，整體的壓實(shí)效果都較好。壓路機(jī)碾壓時(shí)可噴少量的水霧，以防止壓路機(jī)輪粘結(jié)冷再生混合料。冷廠拌再生混合料常是“篷松”狀，因此需要增大松鋪厚度以保證壓實(shí)厚度滿足要求?；旌狭现械暮繉簩?shí)至關(guān)重要，合適的水分含量可潤滑集料，有助于壓實(shí)。但過度的水分會(huì)導(dǎo)致混合料密度低，且水分會(huì)長時(shí)間的滯留在結(jié)構(gòu)層中?；旌狭现羞^度的水分使攤鋪后混合料的養(yǎng)生期間延長。
?。?/span>5）養(yǎng)生。泡沫瀝青冷再生在加鋪瀝青下面層前必須進(jìn)行養(yǎng)生，養(yǎng)生時(shí)間不易少于7 d。當(dāng)滿足以下兩個(gè)條件之一時(shí)，可以提前結(jié)束養(yǎng)生：泡沫瀝青再生層可以取出完整的芯樣；泡沫瀝青再生層含水量低于2%。在封閉交通的情況下養(yǎng)生時(shí)，可進(jìn)行自然養(yǎng)生，一般不需采取措施；在開放交通的的條件下養(yǎng)生時(shí)，泡沫瀝青再生層在完成壓實(shí)至少1 d后方可開放交通，但應(yīng)嚴(yán)格限制重型車輛通行，行車速度控制在40 km/h以內(nèi)，并嚴(yán)禁在再生上掉頭和急剎車，為避免車輪對表層的破壞，可在再生層上均勻噴灑慢裂乳化瀝青，噴灑用量折合純?yōu)r青后宜為0.05～0.2 kg/m2。 本項(xiàng)目所在地屬于高溫多雨地區(qū)，為了研究適合雨季養(yǎng)生的方式，本次通過不同的方案進(jìn)行養(yǎng)生，分別采取自然養(yǎng)生、覆蓋薄膜養(yǎng)生和撒布封層養(yǎng)生均收到很好的效果。養(yǎng)生3天后對不同方案進(jìn)行取芯，基本都能取出完整的芯樣，同時(shí)不同方案之間的芯樣完整程度沒有顯著差異。從現(xiàn)場情況來看，在高溫下碾壓完成后的泡沫瀝青冷再生表面在幾小時(shí)內(nèi)就已經(jīng)變干發(fā)白，這是造成本次試驗(yàn)結(jié)果的主要原因。因此在高溫多雨地區(qū)并不存在泡沫瀝青冷再生養(yǎng)生困難的問題，只要保證施工過程中避開雨水，在施工完成后數(shù)小時(shí)后即可以通過撒布封層的方式進(jìn)行進(jìn)一步的封水，同時(shí)也不會(huì)延長強(qiáng)度形成的時(shí)間。
4 施工效果評價(jià)
4.1 室內(nèi)試驗(yàn)檢測
在室內(nèi)進(jìn)行了干濕劈裂強(qiáng)度及水穩(wěn)定性試驗(yàn)，從試驗(yàn)指標(biāo)來看，各標(biāo)段試驗(yàn)結(jié)果均能滿足規(guī)范對泡沫瀝青作為下面層的要求。
4.2 現(xiàn)場壓實(shí)度檢測
從各標(biāo)段現(xiàn)場壓實(shí)度的檢測結(jié)果可以看出，各標(biāo)段壓實(shí)度均能滿足規(guī)范要求，碾壓效果較好。
4.3 取芯檢測
從取芯檢測情況來看，均能在養(yǎng)生3～7天內(nèi)取出完整芯樣，部分標(biāo)段在養(yǎng)生2～3天后即能取出完整芯樣，且芯樣外觀、完整性情況均較優(yōu)。
5 結(jié)語
西線高速公路路面改建工程在海南省內(nèi)第一次采用了泡沫瀝青廠拌冷再生技術(shù)，施工取得了非常良好的應(yīng)用效果，路面平整密實(shí)，至今未出現(xiàn)任何病害。泡沫瀝青廠拌冷再生技術(shù)以其具有的良好的環(huán)保經(jīng)濟(jì)性，符合國家的發(fā)展環(huán)境友好型技術(shù)的政策方針，同時(shí)具有施工方便，養(yǎng)生時(shí)間短等優(yōu)勢，在路面大修改造工程中具備較為廣闊的應(yīng)用前景。
