摘要：近年来，我国公路网建设发展迅速，在建或已建成路网中，以沥青路面居多。建成的沥青路面中，有需要提升等级改建的，有的达到一定的使用年限，路面的各项技术性能指标下降，病害增多，需要维修以恢复和提高路面的各项技术性能指标。在沥青路面的维修中，就地冷再生技术应用较广。本文对就地冷再生技术做一应用实践。
关键词： 回收沥青路面材 沥青路面再生 就地冷再生 再生混合料 泡沫沥青
一、引言：
将含水的沥青加热，会因产生大量的泡沫而造成沸溢现象，在国外研究发现，沥青膨胀后，体积增大10～15倍，粘度大为降低，粘附性能提高，以至能够与冷集料甚至潮湿集料进行拌合，拌合后的集料具有稳定作用。因此国外泡沫沥青路面基层技术得到研究与应用。1998年，我国邯郸市首先引进德国泡沫沥青技术，进行了泡沫沥青冷再生基层的现场试验。与水泥稳定层不同，泡沫沥青稳定基层属于柔性基层，施工时泡沫沥青用量为3.5%，为提高出其强度又同时添加1%水泥，但并不改变其柔性性质。由于泡沫沥青独特的性质，现已引起人们的关注。这次我们把泡沫沥青就地冷再生技术，首次引进应用得到铜川市坡头镇玉皇阁大桥桥头引线路段工程进行应用实践，为以后该项技术在干线公路大中修工程中的推广应用作进一步实践。
1、泡沫沥青的原理：将少量冷水加入热熔的沥青中，水转化成蒸汽，形成大量气泡，使沥青的体积发生膨胀。在这一过程中并没有发生化学反应，仅仅是沥青暂时的物理变化。经过短暂的时间泡沫破裂，沥青恢复原来的性质。
泡沫沥青也称之为膨胀沥青，其主要技术指标是体积膨胀率和泡沫的持续时间。所谓体积膨胀率是指泡沫沥青达到最大体积与初始体积之比；泡沫持续时间则是指体积膨胀达到最大体积时开始，到体积减小到一半所持续的时间，也称之为泡沫的半寿命。这两个指标主要与沥青的温度和加水量有关。试验表明，当采用AH-90沥青进行发泡时，其膨胀率随着加水量的增大而增加，而泡沫持续时间则相反，随着加水量的增加而降低。当加水量由2%增加至3%时，膨胀率由15倍增加至20倍，泡沫半寿命时间由20秒降为15秒，所以一般推荐加水量为2.5%，而沥青的加热温度则要求达到180。
在热沥青中，添加一种液体发泡剂，也能有效地式沥青体积发生膨胀，如加入0.05%发泡剂，膨胀率为6.9倍；而当加入0.15%则发泡率提高到11.4倍。
2、泡沫沥青的特性：泡沫沥青的表观粘度降低，表面面积增大，表面张力也有所降低，这些特性使得泡沫沥青能够很好地黏附在是冷的集料表面，特别是细集料表面。
由于泡沫沥青持续的时间很短，为了使它能够在泡沫状态与集料接触，采取在一个罐内使沥青发泡，然后通过一系列的喷嘴将泡沫沥青喷洒到集料上的方法，达到与集料混合的目的。
泡沫沥青适用于很多材料，无论是级配良好的砂石材料，还是黏土含量较多的高塑性指数材料；又能适用路面回收材料，而泡沫沥青常用来拌制再生材料。泡沫沥青混合料可以长期储存，而不用担心结块，长期储存的混合料照样可以方便地摊铺与压实。由于泡沫沥青使用的是普通沥青，不要使用稀释剂或乳化剂，因而可以节省费用而比较经济。
3、泡沫沥青的应用及工艺：在美国泡沫沥青已被人们所认识并应用，世界上德国，挪威，澳大利亚，英国，墨西哥，日本等许多国家得到应用。泡沫沥青稳定工艺与乳化沥青稳定相似，但养护时间大大缩短。其压实后，仅需养护1～2天就可以加铺沥青面层。德国维特根公司开发了WR2500再生机，该机装有若干硬质合金刀具的切削轮毂，轮毂旋转切削旧路面材料，与此同时在机内喷水，机内装置的沥青发泡机产生泡沫沥青，与旧路面材料拌和，形成泡沫沥青稳定材料。在采用泡沫沥青的同时还可以加入少量水泥，以提高再生层的强度。
二、试验路段的选择及路面结构方案设计：
（一）工程概况：2017年7月，本工程以铜川市耀州区坡头镇至玉皇阁大桥桥头引线为试验路段，桩号为K+000~K1+000.该路段原路面结构为3cm细粒式AC-13沥青混凝土上面层+5cm中粒式AC-16沥青混凝土下面层+20cm二灰碎石基层+30cm灰土底基层。
（二）原材料选取及要求： 根据现场取样及室内试验结果，考虑再生时加入部分石屑调整合成级配。本工程采用PC·32·5水泥，选用中海90#沥青进行发泡。
1 水泥：可以采用普通硅酸盐水，矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥。水泥的初凝时间应在3h以上，终凝时间应在6h以上，不应使用快凝水泥，早强水泥。水泥应疏松，干燥，无聚团，结块，受潮变质。水泥强度等级可为32.5或42.5，.水泥必需100%通过0.075mm筛孔。本工程采用32.5水泥。
2 碎 石和石屑：冷再生需要加入碎石和石屑新集料时，应提前对原材料进行检验。碎石和石屑应洁净，干燥，无风化，无杂质，并有颗粒级配，质量稳定，其质量应符合现行《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40）的要求。单一粗细集料质量不能满足要求，但集料混合料性能满足要求的，可以使用。粒径规格：0~4.75mm，：
（三）施工配合比：
根据现场取样进项相关试验结果，采用以下方案：将原路面面层（8cm）全部铣刨，基层铣刨3cm，再生厚度14cm，以此进行级配设计。级配比例：面层RAP：基层RAP：石屑：水泥=56：22：20：2.最佳含水量为：6.7%，最大干密度为2.09g/cm3，泡沫沥青用量（油石比）：2.5%。
（四）再生混合料设计要求：
1.必须在对回收沥青路面材料（RAP）充分调查分析的基础上，根据工程要求、公路等级、使用层位、气候条件、交通情况充分借鉴成功经验，选用符合要求的材料，进行泡沫沥青冷再生混合料设计。
2.泡沫沥青冷再生混合料，以回收沥青路面材料（RAP）与新矿料的合成级配作为级配设计依据。
3.泡沫沥青冷再生混合料中，泡沫沥青添加量折合成纯沥青后占混合料其余部分干质量的百分比一般为1.5%~3.5%,水泥等活性填料剂量一般不超过2%。
4.通过沥青发泡试验和混合料配合比设计，确定沥青发泡温度、发泡用水量、泡沫沥青用量、新矿料掺配比、水泥剂量、最佳含水量及最大干密度（重型击实）。
（五）施工准备：
1.泡沫沥青再生宜在10℃以上气温条件下进行施工。不得在雨天施工。施工时若与雨则应采取必要的防雨遮盖措施，保护好已完工的再生层免遭雨淋。
2.旧路病害处理：冷再生基层施工前必须认真对旧路进行调查，对较为严重网裂、明显沉陷、坑槽等病害采取挖补、换填基层材料等有效措施处理，并经检验合格后方可进行下道工序施工。
3.清理障碍：清洁路面，保持需要铣刨范围内路面的整洁。 对于路面上的检查井等结构物进行预处理，先将井盖顶标高降至再生层底面一下10cm，将井盖位置进行拴桩标注后，用现场铣刨的废旧沥青面层料回填，再进行路面冷再生。铺筑沥青面层前，在井盖原位置齐整地挖掘取出井盖，提升修补检查井至设计标高，检查井的四周用贫混凝土填至与冷再生层齐平。
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4.对于严重变形的路面，再生前应进行校正、预整形，确保再生路面几何形状的完整性，以保证铣刨深度及拌合均匀度。
5.现有的路面材料的厚度的变化（特别是沥青层）对再生机的作业速度有很大程度影响，并且也将导致稳定剂的加入量、洒水量的变化，所以要详细调查现有路面材料类型、密度、现场含水量等相关信息。
6.冷再生作业最好采用流水作业，综合考虑施工季节、气候条件、再生作业段宽度、施工机械的效率和数量、操作熟练程度、水泥终凝时间等因素，并充分考虑道路的表面形状（路拱或横坡度）对相邻作业面的纵向接缝位置的影响，综合确定每个作业段的长度、预计作业时间、整个作业宽度所需要的作业次数、每幅的有效作业宽度、添加材料需用量等，以保证再生作业的连续性。
7.测量放样：施工前做好水准点的测量复测工作，在现有路面上设立醒目的作业导向标志。
8.机械设备配备：WR2500S再生机1台、热沥青罐车1台、水罐车2台、铲车1台、单钢轮振动压力压路机1台、双钢轮压路机1台、胶轮压路机1台、平地机1台、水泥撒布车1台等。
9.准备必要的交通疏导标志牌、安全警示牌、爆闪警示灯、锥形警示桶等。施工现场应封闭交通，设专人负责设置围挡、标志牌、指挥疏导车辆通行。
（六）布摊集料、水泥：
1.根据再生混合料设计配合比，以及再生厚度、宽度、干密度等计算每平方米新集料用量。将新集料按要求的掺加量均匀地散铺于旧路表面。
2.水泥可以采用人工或机械布摊，本工地采用人工布摊。采用方格网法布摊水泥，根据水泥用量计算每袋水泥的布摊面积，其公式为：N=1000×（100+t）·G/h·Pd·t(式中N----每袋水泥的布摊面积㎡；G----每袋水泥质量㎏;t----水泥用量，%；h----冷再生层厚度，m；Pd----冷再生混合料的最大干密度，g/cm3；）根据每次作业的有效宽度确定水泥的布摊宽度，并按每袋水泥的布摊面积计算出水泥在每幅作业有效宽度内的布摊长度。在稳压后的混合料上打网格做好安放标记。根据风力情况和再生速度确定水泥布摊进度。
用刮板将每个格子中水泥均匀摊开，水泥布摊完后，表面应没有空白位置，也没有水泥过分集中的现象，保证布灰均匀。
（七）再生：
在施工起点处将水罐车、热沥青罐车、冷再生机顺次首尾连接，连通相应管路。
提前对热沥青罐车内的热沥青加热保温，使其达到最佳发泡温度。
根据再生混合料设计配合比，在再生机上输入沥青发泡用水量、泡沫沥青用量、加水量、再生深度等参数。混合料含水率控制在比最佳含水率大1%~2%，根据旧料含水量和每次作业的有效宽度确定水的添加量，再生深度应达混合料底并应侵入下承层表面1~2cm，同时又满足设计的再生层最小厚度要求。
检测泡沫沥青的发泡效果，用一圆桶在再生机的试验喷嘴下，按动实验按钮，从喷嘴中喷出泡沫沥青，并用秒表测量其半衰期、用尺子测量其膨胀率，若符合要求方可进行再生施工。
启动再生机，按照设定再生深度对路面连同布摊的新集料、水泥一起进行铣刨、拌和，冷再生机边铣刨边加泡沫沥青和水。再生机组必须缓慢、均匀、连续地进行再生作业，不得随意变更速度或者中途停顿，再生机施工速度宜为4～10m/min.
派专人跟随冷再生机，随时检查再生深度，并配合再生机操作人员调整再生深度，以避免再生深度不到位产生素料夹层现象。
冷再生层拌合均匀后应色泽一致，无沥青拉丝、沥青团，无明显粗细集料离析现象，且含水量适宜。
单幅再生至一个作业段终点后，将再生机、水罐车和热沥青罐车等倒至施工起点，进行下一幅施工作业，直至完成全幅作业面的再生。
纵向接缝的位置应避开快、慢车道上车辆行驶的轮迹，纵向接缝处相邻两幅作业面间的重叠量不宜小于100mm。
（八）整形：
混合料拌合均匀后，压路机应紧跟在再生机后面进行初压，均匀压实全幅的再生材料。
初压完成后立即用平地机进行找平整形，初步整形后先用胶轮压路机快速稳压一遍，以暴露潜在不平整。
对于局部轮迹、凹陷处，先用齿耙将其表层5cm以上耙松，并用新拌混合料找平，，然后再用平地机进行整平，将高出的料刮到路外，要求保证虚铺系数，不允许有薄层贴补现象。
（九）压实：
1.整形完成后，应立即在结构层全宽范围内进行碾压，尽量缩短从拌合到完成碾压之间的延迟时间，宜在水泥初凝前，并在试验确定的延迟时间内完成碾压。
2.初压混合料的含水率应比最佳含水率大1%～2%。碾压过程中，冷再生层表面应始终保持湿润，如水分蒸发过快，应及时补撒少量的水，但严禁大水碾压。
3.直线和不设超高的平曲线段，由路肩向路中心碾压；设超高的平曲线段，应有内侧向外侧碾压。碾压时应重叠1/2轮宽，后轮必须超过两段的接缝处，后轮压完路面全宽时，即为1遍。
4.压路机应以慢而均匀的速度碾压，初压速度宜为1.5～3㎞/h(25～50m/min),复压和终压速度宜为2～4㎞/h(33.3～66.7m/min).
5.压路机两端的折返位置应随冷再生机前进而推进，横向不得在相同断面上，起步和刹车动作要缓，严禁在刚完成碾压和正碾压的路段上掉头、急刹车及停放。
（十）接缝处理：
1.纵向接缝：
（1）相邻两幅作业面间的纵向接缝需要沿整条纵缝有一定的重叠量以保证相邻作业面间纵缝的连续性。重叠量不宜小于100mm，路面越厚，重叠量越大；材料粒度越粗，重叠量越大；当采用水泥类稳定剂且相邻两次作业间隔12h以上是，重叠量应增加。
（2）纵向接缝的位置应避开快、慢车道上车辆行驶的轮迹。
2.横向接缝：
（1）相邻两个作业段的衔接处，施工开始或终止而形成的横穿作业面的横向接缝，应采用搭接方法处理，前一段拌合后留3~5m搭接长度不进行碾压，后一段施工时，前一段留下未压部分，应加部分水泥重新拌和，并与后一段一并碾压。
（2）每次停机，将形成一个严重影响再生材料均匀性的横缝，因此，施工中应尽量减少停机现象，在不可避免的情况下，应对所形成的横缝进行认真处理。
（十一）养生：
1.冷再生基层在加铺上层结构前必须进行养生，养生时间不宜少于7d。当满足以下两个条件之一时，可以提前结束养生。
（1）再生层可以取出完整的芯样。
（2）再生层含水率低于2%。
3.养生完成后，在铺筑上层沥青层前应喷洒粘层。
（十二）质量检验合格标准：
1.外观检查：
（1）再生过程中随时检查再生混合料的均匀性，泡沫沥青应在混合料中充分分散，应无明显沥青团或沥青丝，混合料色泽均匀一致，无离析现象，无超粒径材料。
（2）冷再生层表面应平整密实，无松散、浮石、弹簧、推移、裂缝、贴皮现象，无明显轮迹。
结语：
长期以来我国道路大都采用半刚性基层，但由于温缩和干缩引起沥青路面的反射裂缝，几乎成为无法解决的难题。泡沫沥青技术的开发应用，将解决这一难题。也将为高等级公路提供完全不同与半刚性基层材料的新材料。
这次我们在本工程中进行泡沫沥青就地冷再生基层铺筑，然后加铺沥青面层应用，既提高了路面承载力，节省了材料费用，同时边施工边通行，缩短工期，取得了比较好的经济效益和社会效益，该技术值得推广应用。
论文作者:曹汉军,王军锋
论文发表刊物:《防护工程》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/20
标签：沥青论文; 泡沫论文; 作业论文; 水泥论文; 路面论文; 材料论文; 基层论文; 《防护工程》2018年第27期论文;