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淺析瀝青路面就地冷再生技術(shù)在晉陽(yáng)高速大修中的應(yīng)用論文
摘要：結(jié)合晉陽(yáng)高速公路瀝青路面就地冷再生技術(shù)處治，分析了瀝青路面材料及舊集料的性質(zhì)，結(jié)合無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定冷再生瀝青混合料設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)述了瀝青路面就地冷再生施工方法。
關(guān)鍵詞：晉陽(yáng)高速；路面；瀝青；就地冷再生
晉陽(yáng)高速公路東西走向橫跨于晉城與陽(yáng)城之間，它于1996年5月1日破土動(dòng)工，1997年12月25日全線勝利建成通車。該路東起晉城市西南牛匠村，經(jīng)澤州、陽(yáng)城兩縣，以及周村、北留、潤(rùn)城三鎮(zhèn)，西止于陽(yáng)濟(jì)公路叉口處，南接晉焦高速公路，全長(zhǎng)36.029cm。作為晉城市境內(nèi)的首條高速公路，晉陽(yáng)高速公路的建成極大地緩解了該市交通運(yùn)輸壓力，促進(jìn)了晉城地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。但隨著近年來(lái)車流量明顯增大，路面損毀較嚴(yán)重，為此，山西省高速公路管理部門(mén)決定對(duì)其進(jìn)行全線大修。
晉陽(yáng)高速公路大修工程于2009年4月8日開(kāi)始實(shí)施，采取半幅限制通行、半幅封閉施工交通管制措施。晉陽(yáng)高速公路全長(zhǎng)36.029cm，設(shè)計(jì)為4車道，全封閉全立交。其中，全幅高速公路28cm,路基寬度為21.5m、行車道寬為2×7m，半幅高速公路8cm，路基寬度為12m，行車道寬為2×4.5m，設(shè)計(jì)時(shí)速為80km/h，瀝青路面27.6cm，水泥路面8.5cm。通過(guò)對(duì)原路面狀況的調(diào)查、原路面材料的取樣和試驗(yàn)、路面病害成因的分析，確定瀝青路面有55％的路段適合瀝青路面就地冷再生處治，并在此基礎(chǔ)上加鋪8cm～15cm瀝青穩(wěn)定碎石基層和10cm瀝青混凝土面層。
瀝青路面就地冷再生，是采用專用的就地冷再生設(shè)備，對(duì)將需要翻修或舊瀝青路面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)冷銑刨、破碎和篩分(必要時(shí))，摻入一定數(shù)量的新集料、再生結(jié)合料、活性填料(水泥、石灰等)、水，經(jīng)過(guò)常溫拌和、攤鋪、碾壓等工序，一次性實(shí)現(xiàn)舊瀝青路面再生的技術(shù)，它包括瀝青層就地冷再生和全深式就地冷再生兩種方式。僅對(duì)瀝青材料層進(jìn)行的就地冷再生稱為瀝青層就地冷再生；再生層既包括瀝青材料層又包括非瀝青材料層的，稱為全深式就地冷再生。
1 舊瀝青路面材料的性能
瀝青混凝土路面使用黏結(jié)力較強(qiáng)的瀝青材料作為結(jié)合料，大大增強(qiáng)了礦料間的黏結(jié)力，提高了混合料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。使路面的使用質(zhì)量和耐久性得到提高。但瀝青路面在車輪荷載作用下，承受著壓應(yīng)力、剪應(yīng)力和拉應(yīng)力等，同時(shí)瀝青路面長(zhǎng)期暴露于大自然，會(huì)受到各種自然因素如氧、陽(yáng)光、溫度、水、風(fēng)等的作用，致使混合料中的瀝青、骨料階性能發(fā)生物理、化學(xué)變化，并最終表現(xiàn)為瀝青混合料使用品質(zhì)下降。瀝青路面老化主要是瀝青的老化和骨料的細(xì)化。瀝青混凝土路面的損壞總體可分為兩大類，一類為結(jié)構(gòu)性損壞，包括路面結(jié)構(gòu)整體或其中某一部分的破壞，使路面不能支承預(yù)定的荷載；另一類為功能性損壞，它可能不伴隨結(jié)構(gòu)性損壞而發(fā)生，但由于平整度和抗滑性能等的下降，使其不再具有預(yù)定的功能，從而影響了行車質(zhì)量。
1.1 舊瀝青的性能
瀝青是由多種化學(xué)結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜的化合物組成的一種混合物，其老化主要表現(xiàn)為針入度降低、黏度增大、延度減少、軟化點(diǎn)提高等。表1列出回收舊瀝青的幾項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)。
1.2 舊集料的性質(zhì)
瀝青路面在車輛動(dòng)、靜荷載作用下承受著拉應(yīng)力、壓應(yīng)力和剪應(yīng)力，因此嵌擠在混合料中的集料顆粒是三維受力，在某一瞬時(shí)其受到的力會(huì)大于顆粒的極限強(qiáng)度而發(fā)生破裂，其破裂可分為3種形式：①對(duì)針片狀顆粒，由于受其幾何尺寸的限制，其抗彎拉能力差，很易折斷破壞；②有時(shí)顆粒承受的瞬時(shí)剪應(yīng)力超過(guò)其極限剪應(yīng)力，出現(xiàn)剪切破壞；③在荷載作用下相鄰顆粒間會(huì)發(fā)生相對(duì)位移，產(chǎn)生摩擦力，從而相鄰顆粒表面相互磨損而使細(xì)顆粒增加。
由于粗骨料主要承受著外部應(yīng)力的作用，細(xì)骨料則起填充作用，因此骨料破壞也以粗骨料為主，也就是說(shuō)，集料細(xì)化主要表現(xiàn)為粗骨料向細(xì)骨料的轉(zhuǎn)化，而細(xì)骨料進(jìn)一步細(xì)化成粉料則表現(xiàn)的不明顯。集料的細(xì)化改變了瀝青混凝土的級(jí)配，使骨架的嵌擠作用減弱，從而使整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度減小。同時(shí)，骨料的每次破壞都會(huì)形成兩個(gè)破壞面，此兩個(gè)破壞面上沒(méi)有瀝青的裹覆，這樣骨料很易散失、剝落，造成路用性能下降。
2 無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定冷再生瀝青混合料設(shè)計(jì)
冷再生瀝青混合料因其中摻加了一定比例的舊料和再生劑(水泥、石灰)，故其配比設(shè)計(jì)與普通的新拌瀝青混合料有所不同，但其基本的設(shè)計(jì)思路仍與普通的瀝青混合料設(shè)計(jì)相一致。
冷再生瀝青混合料的配比設(shè)計(jì)首先要滿足路用要求，要因地制宜、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，同時(shí)要注意：①應(yīng)具有抵抗施工過(guò)程中和自然因素引起老化的能力，具有較長(zhǎng)的使用服務(wù)期；②應(yīng)盡可能地利用舊料，提高舊料摻配率，從而有效地降低工程成本，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益；③應(yīng)考慮施工的方便性，易于生產(chǎn)、拌和以及攤鋪壓實(shí)。
設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)交通量和道路等級(jí)、自然氣候條件、舊瀝青路面材料的現(xiàn)狀、施工方法等要素確定混合料類型。冷再生瀝青混合料配比設(shè)計(jì)步驟大致可表示成：
對(duì)舊瀝青混合料的評(píng)價(jià)→冷再生瀝青標(biāo)號(hào)的選擇→再生劑的選擇與用量確定→確定舊料摻配率→新骨料的級(jí)配→冷再生混合料的最佳瀝青用量的確定一目標(biāo)配合比驗(yàn)證→生產(chǎn)配合比的調(diào)試。
無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定再生混合料技術(shù)要求見(jiàn)表2。
3 瀝青路面就地冷再生施工方法
在確定采用瀝青路面就地冷再生處治后，首先鋪筑試驗(yàn)路段，長(zhǎng)度不宜小于200m，從施工工藝、工程質(zhì)量、施工管理、施工安全等方面進(jìn)行檢驗(yàn)，確定工藝參數(shù)。綜合考慮施工季節(jié)、氣候條件、再生作業(yè)段寬度、施工機(jī)械、運(yùn)輸車輛的效率和數(shù)量、操作熟練程度、水泥終凝時(shí)間等因素，綜合確定每個(gè)作業(yè)段的長(zhǎng)度。在施工起點(diǎn)處將各所需施工機(jī)具順次首尾連接，連接相應(yīng)管路。冷再生施工設(shè)備一般包括：水罐車、水泥漿車(有條件時(shí))、冷再生機(jī)、攤鋪機(jī)、壓路機(jī)。再生機(jī)為Wirtgen公司生產(chǎn)的WR2500型就地冷再生機(jī)，該機(jī)是中型輪胎式多用途再生機(jī)，可進(jìn)行冷再生，也可進(jìn)行穩(wěn)定土拌和。該機(jī)可裝備泡沫瀝青發(fā)生及噴灑系統(tǒng)，乳化瀝青噴灑系統(tǒng)及水泥稀漿噴灑系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的機(jī)械相比，維特根WR2500型路面再生機(jī)能為用戶提供許多顯著的優(yōu)點(diǎn)和相當(dāng)大的功率貯備。維特根WR2500型就地冷再生機(jī)是冷再生技術(shù)中廣泛應(yīng)用的設(shè)備，并且在多條采用瀝青路面冷再生處治的高速公路及一級(jí)公路中應(yīng)用。
啟動(dòng)施工設(shè)備。按照設(shè)定再生深度對(duì)路基進(jìn)行銑刨、拌和。再生機(jī)組必須緩慢、均勻、連續(xù)地進(jìn)行再生作業(yè)，不得隨意變更速度或者中途停頓，再生施工速度宜為4m/min～10m/min。單個(gè)再生至一個(gè)作業(yè)終點(diǎn)后，將再生機(jī)和罐車等倒至施工起點(diǎn)，進(jìn)行第二幅施工，直至完成全幅作業(yè)面的再生�？v向接縫的位置應(yīng)避開(kāi)快、慢車道上車輛行駛的輪跡，縱向接縫處相鄰兩幅作業(yè)面間的重疊量不宜小于100mm。
根據(jù)再生層厚度、壓實(shí)度等的需要，配備足夠數(shù)量、噸位的鋼輪壓路機(jī)、輪胎壓路機(jī)，按照試驗(yàn)段確定的壓實(shí)工藝進(jìn)行碾壓，保證壓實(shí)后的再生層符合壓實(shí)度和平整度的要求。瀝青路面就地冷再生施工須采用流水作業(yè)法，使各工序緊密銜接，盡量縮短從拌和到完成碾壓之間的延遲時(shí)間。初壓時(shí)混合料的含水率應(yīng)比最佳含水率大1％～2％，碾壓過(guò)程中，再生層表面應(yīng)始終保持濕潤(rùn)，如水分蒸發(fā)過(guò)快，應(yīng)及時(shí)灑水。碾壓過(guò)程中若出現(xiàn)彈簧、松散、起皮等現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)及時(shí)翻開(kāi)重新拌和，使其達(dá)到質(zhì)量要求。
使用無(wú)機(jī)結(jié)合料的全深式就地冷再生，養(yǎng)生和開(kāi)發(fā)交通應(yīng)滿足以下要求：①碾壓完成并經(jīng)過(guò)壓實(shí)度檢查合格后的路段。應(yīng)立即進(jìn)行養(yǎng)生。養(yǎng)生可采用濕砂、覆蓋、灑水等方法。②養(yǎng)生時(shí)間不宜少于7d，整個(gè)養(yǎng)生期內(nèi)再生層表面應(yīng)保持潮濕狀態(tài)。養(yǎng)生期內(nèi)禁止除灑水車輛以外的其他車輛通行。③后續(xù)施工前應(yīng)將再生層清掃干凈，并灑少量水濕潤(rùn)表面。
就地冷再生工程完工后，應(yīng)將全線以1km～3km作為一個(gè)評(píng)定路段，按照表3的要求進(jìn)行質(zhì)量檢查和驗(yàn)收。 從目前的工程實(shí)踐來(lái)看，瀝青路面就地冷再生技術(shù)在道路再生中具有明顯的優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)為：①節(jié)省成本，包括材料和運(yùn)輸成本，與其他傳統(tǒng)的施工方法相比，總投資可節(jié)省40％。50％②不損壞路基，提高舊路等級(jí)，且能夠精確控制鋪層厚度；③由于無(wú)需對(duì)舊料實(shí)施運(yùn)輸、破碎工藝，因此工期縮短；④可以充分利用舊路的瀝青、石料等材料，減少了新材料的開(kāi)采，具有重大的環(huán)保效益；⑤瀝青冷再生技術(shù)采用的筑路機(jī)械具有封閉式自動(dòng)控制添加系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)合理配比、防止粉塵飛揚(yáng)，有利于文明施工。
4 結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，采用瀝青路面就地冷再生技術(shù)，可以充分利用舊料，通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)呐浔燃靶屡f料摻和比例，可以再生得到質(zhì)量相當(dāng)不錯(cuò)的再生混和料。實(shí)踐表明，這種再生混合料可以使用于高等級(jí)公路的瀝青基層。同時(shí)，利用瀝青路面就地冷再生技術(shù)可以取得相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益和顯著的社會(huì)效益。
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