中铁十四局集团第一工程发展有限公司 山东省日照市 276826
摘要：受沥青路面自身设计寿命、经济增长对交通运输需求的影响，近年来高速公路大中修及扩容改造施工项目不断增加。随着环保压力的增大、科技绿色施工理念的推广，如何实现沥青铣刨料高效回收利用是需要解决的重要技术问题，通过济青高速公路改扩建乳化沥青冷再生施工，分别从沥青旧路铣刨料回收、水稳拌和站改装、乳化沥青加工、混合料配合比设计、混合料摊铺碾压、质量检测等各工序开展了工艺研究及效益分析；通过工法总结及应用，为类似项目提供技术参考。
关键词：乳化沥青 冷再生 施工 工艺研究 效益分析
Abstract: Due to the influence of asphalt pavement design life and economic growth on the traffic demand, the construction projects of large and medium-sized repair and expansion of expressway have been increasing in recent years. With the increase of environmental protection pressure and the popularization of green construction concept of science and technology, how to realize the efficient recovery and utilization of asphalt milling material is an important technical problem to be solved, from the old asphalt road milling material recovery, water-stabilized mixing station modification, emulsified asphalt processing, mixture ratio design, mixture paving rolling, quality testing and other processes carried out process, process research and cost–Benefit Analysis; Through the summary and application of construction method, provide technical reference for similar projects.
Key words: Emulsified asphalt;cold recycling;construction,;process research;benefit analysis
1 工程概况
济青高速公路为双向四车道，于1993年11月建成通车，设计年限15年。2003年以前主要进行灌封、填补坑槽等小修保养。于2005～2013年对全线进行4cm SMA-13罩面层中修施工；于2016年开始进行改扩建施工，原路基宽度为23m，扩建后路基宽度42m（双向八车道）。
本项目沥青铣刨料设计工程量为8.5万m3，主要涉及路肩拼接铣刨、衔接处反开挖铣刨、抬高段衔接铣刨、病害处理及废旧匝道铣刨。主要采用10cm乳化沥青冷再生及18cm高性能改性乳化沥青冷再生工艺分别代替10cmATB-25柔性基层及10cm ATB-25+8cmAC-25。路面结构图详见图1
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图1 路面结构示意图
2 工艺原理
通过将旧路沥青铣刨料筛分形成0～5mm，5～10 mm，10～20mm三挡，过程中掺加新集料（根据级配合成需要）、矿粉、水泥、乳化沥青（或改性乳化沥青），采用改装后的水稳拌和站或专用拌和站进行强制拌和形成新的均匀混合料，经过摊铺、碾压后，乳化沥青破乳，自然养生水分蒸发后形成新的路面结构层。
3 施工工艺流程
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图2 施工工艺流程图
4 施工过程及控制要点
4.1 准备阶段
4.1.1 铣刨施工
铣刨速度对铣刨料级配有较大影响，应根据不同沥青结构层厚度，对不同铣刨速度下的铣刨料级配进行取样检测，确定最佳铣刨速度。经常检查铣刨机刀头，出现钝头或破损时及时更换，铣刨机尽量选择同一品牌，铣刨过程中加强用水量控制，达到铣刨料潮而不湿效果，具体控制指标详见表1。
4.1.2 铣刨料筛分
铣刨场地划分存料区、筛分区及成品区，其中筛分区面积不宜小于40 ×40m；现场存储应搭设防雨棚，露天存放应覆盖，堆放高度不宜超过3m。应采用大型振动筛分设备（筛分能力不小于100t/h），0～5mm、5-～10mm，10～20mm铣刨料对应筛孔尺寸为6×6mm、12×12mm、24×24mm。
铣刨料回收后应尽快完成筛分，防止长时间堆积叠压相互之间粘结，导致筛网堵孔，影响筛分效率，导致筛分比例失调。筛网的长宽比宜不小于3.0，振动筛面长度不小于4.5m；进料速度宜覆盖进料口筛网为宜，尽量给予较薄的料位，同时加强筛网检查，堵孔时及时处理。
4.1.3 拌和站改装
常规连续式双拌缸水稳拌和站改装需要增加矿粉罐、乳化沥青存储罐（50t左右或乳化沥青成套生产设备），乳化沥青喷洒系统、拌和操作系统（与原操作系统独立）；乳化沥青存储罐体必须配置乳液搅拌装置，采用质量流量计控制；矿粉、水泥采用减量称计量控制，施工前完成校准工作。
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图3 水稳拌和站改造示意图
4.1.4 乳化沥青加工
乳化沥青一般采用阳离子，破乳速度为慢裂型。皂液的配置应在厂家技术人员的协助下根据经验比例进行试生产，根据检测结果对乳化剂，胶乳、酸及稳定剂或其他外掺剂的掺量比例进行调整确定。
沥青加热温度一般控制在120～140℃，皂液的温度控制在55～75℃，乳化沥青成品温度宜控制在不高于85℃，乳化沥青生产完毕后应加强固含检测，尽量减少成品乳化沥青的存储时间，加强过程中搅拌，避免分层、结皮或提前破乳。宜在最佳用量的基础上增加0.1%～0.2%，确保乳化沥青破乳时间满足施工需要。
本项目10cm冷再生用乳化沥青中乳化剂含量占2.8%（厂家建议2.7%～2.8%），皂液PH 2.5左右，皂液配制比例详见表2
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4.1.5 配合比设计及生产配合比调试
乳化沥青冷再生混合料配合比设计和传统沥青混合料相比有所不同，主要首先通过一定的乳化沥青含量，确定最佳液体含量；在最佳液体含量的条件下确定最佳乳化沥青含量，最后通过性能验证外掺水量。主要通过混合料的体积指标、干湿劈裂强度比、冻融劈裂强度比、车辙试验等试验结果进行判定。
生产配合比验证首先根据标定的转速上料，在斜皮带上取具有代表性混合料进行筛分，与目标配合比进行对比，如果不满足要求，根据级配偏差情况重新调整冷料仓比例，然后采用调整后的冷料仓比例以目标配合比设计的最佳乳化沥青用量及最佳液体含量进行混合料拌制，检验各项指标包括级配、沥青含量、含水率与体积指标，是否满足要求。
4.2 测量放样
采用GPS恢复边桩，间距为10m一个断面，在控制桩位置打入钢钎，根据实测高程、设计高程、悬空高度、松铺系数（1.390）计算调整钢钎支架高程到位，挂φ3导线钢丝并张紧，其张力大于1200N，每10m挠度不超过2mm。
4.3 下承层清扫及防裂措施
旧路铣刨沥青台阶采用钢丝刷、吹风机进行彻底清理。拼缝处旧路侧1.0m宽度铺设玻纤格栅，铺设平顺均匀保证其有效张力，避免出现扭曲及褶皱，影响抗裂效果。玻纤格栅采用水泥钢钉固定，固定间距2～3m/处，纵向搭接长度不小于1.0m。
4.4 层间粘结施工
为加强乳化沥青厂拌冷再生与水稳基层顶面粘结效果，透层顶面清扫完毕，首先洒水使得表面湿润，人工按1.0kg/m2均匀洒布干水泥，并洒水保持湿润（或直接采用水泥浆洒布车代替洒布）。待运输车辆到达现场后及时采用沥青洒布车，按0.5L/m2洒布拌和用乳化沥青，洒布后保持湿润，及时采用洒水车补水，确保摊铺前粘结层乳化沥青不破乳。水泥洒布长度100m左右，乳化沥青洒布长度40～50m左右。
4.5 混合料拌和
拌和站安排专职试验人员跟班作业，从斜皮带上目测混合料级配、外观质量，取样检测混合料级配，含水量、水泥剂量等情况，保证出厂的混合料为合格料。拌和过程中含水量控制比最佳含水率大1%～1.5%；要求拌和的混合料均匀一致、无花白料、无结团成块、无液体流淌。
4.6 混合料运输
车辆均采用载重30t左右中型自卸车，车厢清理干净涂隔离剂，采用5辆车一个编组，循环发料，拌和好的冷再生混合料运输时间不宜超过2小时，保证在乳化沥青破乳前运至施工现场并完成摊铺碾压。
拌和站专人进行指挥控制，前、后、中三次装料，装料以车厢装平为宜。运输过程中采用帆布覆盖，防止水分散失。运输车辆到场后混合料颜色是否均匀，有无结团或严重离析现象，是否超过乳化沥青工作时间等。满足要求后即可开始摊铺，卸料时尽可能快的一次顶升，尽量减少停顿 ，以防离析。
4.7 混合料摊铺
每台料车到达现场后即可开始摊铺，摊铺速度控制与后场产能及现场运输相匹配,保证施工连续。布料器中料的位置高于螺旋布料器2/3为宜。铺筑过程中保持熨平板适宜的振动频率和振幅，以保证摊铺初始压实度。摊铺机施工期间少收料斗两翼，做到连续供料，并避免粗料集中，以减小离析。安排专人过程中随时检查虚铺厚度,离析及接缝处理情况等是否满足质量要求，达不到要求时，立刻进行调整。
4.8 混合料碾压
乳化沥青混合料的碾压分初压、复压、终压三个阶段进行。碾压方式详见表3
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(1)初压：采用两台双钢轮压路机碾压2遍，第1遍前进静压，后退振动，第2遍振压。压实速度：静压1.5～3km/h,振压3～4km/h。压路机采用高频高幅进行压实，相邻碾压带轮迹重合为1/2轮左右。若再生层表面水分蒸发太快，双钢轮洒水装置进行间断补充洒水。
(2)复压：采用单钢轮和胶轮压路机，单钢轮振压4 遍，第1遍弱振，后3遍强振，压实速度为1.5～3.0km/h，碾压过程中速度尽量缓慢均匀，避免出现推移裂缝；胶轮静压8遍，压实速度为2.0～4.0km/h。
(3)终压：复压完成后进行终压2遍至消除轮迹。终压采用13吨双钢轮压路机，静压模式，碾压速度控制在2～4km/h。若复压后无明显轮迹或压实度满足要求，无须终压。
4.9 拼接处理
4.9.1 横向接缝
每天混合料摊铺完后，用3米直尺在碾压好的端头处检查平整度，选择合格的横断面，画上直线，人工进行凿除。
4.9.2 纵向与旧路接缝
(1)摊铺前对旧路拼接台阶进行清扫除尘并涂刷冷再生专用乳化沥青。
(2)摊铺完毕，双钢轮及单钢轮碾压时，老路面层与冷再生接触10cm范围内的冷再生混合料不予压实。待单钢轮压路机碾压2遍后，在10cm未压实区域顶面人工用钢钎沿接缝处开槽，灌注界面处理剂（水泥：乳化沥青：水=1:2:1）至再生层底部，灌注量以接缝处上下灌注饱满，碾压泌浆为宜。
(3)灌注完毕，采用单钢轮沿接缝碾压，碾压要求前静后振。
4.10 成品保护和交通管制
施工过程中加强压路机司机交底及过程监管，路面碾压设备禁止在碾压完毕或正在碾压的冷再生作业面长时间停放，施工完毕应从新铺面上及时驶离。
碾压完毕后及时进行交通封闭，严禁重载车辆通行保证养生效果。
5 施工注意事项
（1）拌和站选址建设应综合考虑拌和、运输、摊铺碾压时间在乳化沥青破乳时间内；
（2）做好铣刨过程速度控制及级配检查，铣刨料应尽快筛分、尽快使用；
（3）加强乳化沥青的固体含量、存储稳定性指标检测，尽量缩短存放时间，并加强搅拌；
（4）拌和生产过程中安排专职试验人员取样筛分、加强各档料的比例调整，做好水泥计量、 含水量、乳化沥青含量检测；
(5)拌和站配料斗内沥青铣刨料会出现下落不连续现象，应配置破拱装置，并在生产过程中安排人工辅助捣料；
（6）含水量适宜的混合料在胶轮复压1～2遍后，表面应出现少量泌水现象。现场应根据泌水量大小，是否软弹等及时加强前后场沟通，补水或延迟胶轮复压进行调整。
（7）粘结层施工及碾压过程中应考虑横坡度影响，内侧加大洒布量，从内向外进行复压利于水分排出。
（8）施工前应查看天气情况，避开雨天，现场准备防雨物资；加强施工过程中原材含水量的检测。
6 经济及社会效益分析
6.1 资源节约
6.1.1 集料节约
乳化沥青冷再生施工工艺对铣刨料利用率较高，一般可节约新集料在95%～100%。
6.1.2 沥青节约
一般ATB-25柔性基层、AC-25下面层基质沥青掺量在3.8%～4.0%左右，乳化沥青冷再生中乳化沥青掺量3.5%，其中基质沥青固含62%。可减少基质沥青使用量42%～46%。
6.1.3 天然气节约
该工艺采用常温拌合，根据沥一般热青拌合生产情况，每吨乳化沥青冷再生混合料大约可减少天然气消耗6.5m3。
6.2 效益分析
6.2.1 经济效益
以ATB-25为例，每吨混合料组成及成本大约如下：
表4 ATB-25单价分析
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水稳拌和站改造及筛分场地建设费用约75万元，假设冷再生混合料生产10万t，每吨均摊费用为7.5元，筛分成本暂按5元/t，则最终成本为178.7元，对比ATB-25柔性基层成本347.4元/t可节约造价约50%左右。
6.2.2 社会效益
随着公路工程绿色、科技施工理念的推广，乳化沥青冷再生施工是一种重要的技术手段，可大大提高旧路沥青混合料的循环利用比例，对自然资源的节约效果十分明显，并可改善现场施工操作环境，具有广泛的社会效益。
6.2.3 环保、节能效益
与其他传统的施工方法相比，其最显著的特点是减少固体废弃产生，减少新集料开采对山体及植被的破坏，节约能源。采用常温拌和，避免了天然气或重油的使用，减少了二氧化碳及其他空气污染物排放。
7 结束语
通过济青高速公路改扩建项目施工，从乳化沥青冷再生的各工序、全流程分别进行了研究总结及效益分析，该工艺不仅提高了资源回收利用效率，降低了工程造价成本，而且绿色、节能环保，为后期其他类似工程施工提供了技术参考。
参考文献
[1] 张肆革 尹艳萍. 乳化沥青冷再生技术在高速公路中的应用[J]. 科技视野，2012（31）
[2] 查会华 杨淑华 .公路大修中乳化沥青冷再生技术的应用[J]. 环球市场，2017（13）
作者简介：栾怀振（1983-），男，汉族，山东日照人，本科，中级工程师，现任项目副总工，主要研究方向公路路面施工。