乳化沥青就地冷再生技术介绍
Asphalt Emulsion Cold In-place Recycling Technique
江苏省交通厅公路局
东南大学 二○一○年七月
目 录
1 背景............................................................................................................................ 1 2 旧路状况及再生方案................................................................................................ 3
2.1 旧路状况 ............................................................................................................................ 3 2.2 再生方案 ............................................................................................................................ 5
3 乳化沥青就地冷再生混合料设计与评价................................................................ 6
3.1 原材料 ................................................................................................................................ 6 3.2 级配组成 ............................................................................................................................ 6 3.3 路用性能 ............................................................................................................................ 7
4 施工工艺.................................................................................................................... 8
4.1 施工准备 ............................................................................................................................ 8 4.2 再生 .................................................................................................................................... 8 4.3 摊铺 .................................................................................................................................... 8 4.4 压实 .................................................................................................................................... 8 4.5 接缝处理 ............................................................................................................................ 9 4.6 养生及开放交通 ................................................................................................................ 9 4.7 加铺罩面 ............................................................................................................................ 9
5 再生路段使用性能调查.......................................................................................... 11
5.1 弯沉 .................................................................................................................................. 11 5.2 弯沉盆参数 ...................................................................................................................... 11 5.3 裂缝 .................................................................................................................................. 12 5.4 车辙 .................................................................................................................................. 12 5.5 当前路况 .......................................................................................................................... 13
6 技术环境经济分析.................................................................................................. 15
6.1 经济效益 .......................................................................................................................... 15 6.2 环境效益 .......................................................................................................................... 15
6.2.1 石料 ....................................................................................................................... 15 6.2.2 能耗 ....................................................................................................................... 16 6.2.3 气体排放 ............................................................................................................... 16 6.3 社会效益 .......................................................................................................................... 17
7 应用前景.................................................................................................................. 18
I
1 背景
欧美将就地冷再生（cold in-place recycling，CIR）作为常规路面的养护维修、升级方式之一。美国联邦公路管理局（Federal Highway Administration，FHWA）最近的一项研究表明“再生和再利用能够提供工程、经济和环境效益，材料选择时应该首先考虑再生混合料，确定利用再生混合料时应首先考虑对工程和环境的适应性，随后应进行经济效益的评估。”
乳化沥青就地冷再生为部分深度就地冷再生技术，利用现有旧路面层材料，需要时添加部分新骨料，按比例加入一定量的乳化沥青和活性添加剂水泥，在自然环境温度下连续地完成材料的铣刨、拌和、摊铺及压实成型的作业过程，如图1所示。乳化沥青就地冷再生技术优势如下：
（1）提高路面的结构性能，无需重建路肩； （2）处治路面病害；
（3）铣刨深度一定时，可以适当消除反射裂缝； （4）提高路面的行驶质量； （5）最小的运输费用 （6）生产效率高； （7）较低的工程费用； （8）节省原材料； （9）节约能源； （10）减少环境污染。
乳化沥青罐车 再生机 提升机 摊铺机 压路机 图1 乳化沥青就地冷再生作业过程
根据世界银行的调查，路面质量下降40％时需花费1美元进行修复，若因为修复不及时而导致路面质量损失了80％，此时需要花费4-5美元进行修复，路面状况与时间的关系如图2所示。
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75％的时间10080再生路面路面60该点再生，路面寿命延长第一阶段，质量下降了40%状40况2012％的时间第二阶段，质量下降了40%质量完全损失004812161820年 限
图2 路面状况与时间关系图
江苏公路在1998年至2002年第一轮路网改造的4800公里，现已大都进入了大、中修期，传统的补强、铣刨后加铺等方式存在着一定程度的资源浪费，优质的旧沥青混合料被废弃或仅作为基层材料使用，没有实现真正意义上的“再生”。
依托江苏省交通科技项目“直接用作沥青面层的旧沥青路面就地冷再生技术研究”（07Y28），江苏省交通厅公路局与东南大学倪富健教授课题组以乳化沥青就地冷再生技术为研究对象，对乳化沥青就地冷再生路面的结构、材料和工艺进行系统的研究，其研究成果将有利于乳化沥青就地冷再生技术在我国进行大范围的推广和应用。
作为具有节省养护资金、节约资源、保护环境和重大技术先进性的乳化沥青就地冷再生技术对于提高我国沥青路面养护改造技术水平具有重要的现实意义，该技术体现“资源节约、环境友好”的公路交通可持续发展要求，符合“节能减排”的国策。
当前，乳化沥青就地冷再生已成功应用于江苏八个城市，即苏南无锡、常州、镇江，苏中泰州、南通，苏北徐州、盐城、连云港。截止2010年7月江苏实施了乳化沥青就地冷再生的工程量为71.5万m2。基于试验路施工实践与跟踪观测，编制了乳化沥青就地冷再生施工技术规程及其应用指南。
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2 旧路状况及再生方案
2.1 旧路状况
根据《公路沥青路面养护技术规范》中的路况调查方法和评价标准，进行旧路路面路况调查，并对相关技术指标进行评价。该调查的主要目的是评价旧路的破损状况和结构承载能力，确定其是否适合采用就地冷再生技术。
各路段路面状况评价结果如表1所示，需要明确的是某些路段PCI等级较高，但现场路况调查表明该路段仅出现了严重的功能性病害，其基层完整或基本完整，但已影响道路使用功能和行车安全性。
表1 路面状况评价结果
路段 S229 桩号 k194+900-k195+400 （I）k60+000-k62+000 （II）k71+200-k81+200 k68+000-k71+860 AADT 16,000 方向 上行 下行 上行 下行 上行 下行 上行 下行 上行 下行 PCI 71.0 68.8 57.1 79.9 56.9 56.9 56.0 56.0 81.3 84.4 PCI等级 良 中 中 良 中 中 次 次 良 良 SSI 0.92 0.65 0.61 0.87 1.88 1.88 0.88 0.88 1.26 0.94 SSI等级 优 中 中 良 优 优 良 良 优 良 S239 22,000 S336 8,000 G104 k1186+000-k1187+000 5,000 G328
k165+000-k166+000 30,000 江苏公路的路况病害调查如图3所示，当前存在的病害类型主要有车辙、裂缝、拥包和泛油等，但旧路基层完整或基本完整。
坑槽
车辙
3
拥包 & 推移
修补
泛油
修补后损坏
横向裂缝
翻浆+横向裂缝
龟裂
图3 江苏公路病害汇总
4
不规则裂缝
2.2 再生方案
乳化沥青就地冷再生技术主要针对半刚性基层完整或基层局部破坏比例很小且可以修复的沥青路面，适合该技术的旧路状况评价指标与标准为弯沉平均值≤0.30mm；当弯沉平均值>0.30mm时，通过取芯进一步评价基层状况。
针对不同交通等级的旧半刚性基层沥青路面，结合道路等级、设计年限、气候等因素，并考虑工程经济性，推荐了乳化沥青就地冷再生路面的结构设计方案，如表2所示。
表2 乳化沥青就地冷再生结构设计方案
交通等级 累计标准轴次 （次/车道） >2.5×107 就地冷再生层厚 （cm） 10-16 面层组合方式 （由上到下） SMA-16（改性沥青） 5cm AC-20（改性沥青） 8cm CIR 10-15cm SMA-13（改性沥青） 4cm AC-20（改性沥青） 6-8cm CIR 10-15cm AC-16（或SMA-16） 4-6cm CIR 9-12cm AC-13 3-5cm CIR 6-10cm 特重交通 重交通 1.2×107-2.5×107 0.3×107-1.2×107 <0.3×107 10-16 中等交通 轻交通
9-12 6-10 5
3 乳化沥青就地冷再生混合料设计与评价
3.1 原材料
乳化沥青就地冷再生混合料主要由旧料（reclaimed asphalt pavement，RAP）、乳化沥青、水泥、新集料（若添加）和水组成，各路段原材料用量如表3所示。
表3 原材料用量
路段 S229 S239（I） RAP（%） 85 85 新集料规格（mm） 粗料 10-25 细料 0-3 粗料 15-25 细料 0-3 粗料 15-25 粗料 10-26.5 粗料 10-25 粗料 10-20 新集料（%） 15 10 5 8 8 15 15 15 水泥（%） 2 2 S239（II） S336 G104 G328 84 85 85 85 2 2 2 1.5 3.2 级配组成
基于《乳化沥青就地冷再生施工技术规程》规定的冷再生混合料工程设计级配范围，并参考国外相关协会或组织的设计级配范围，确定的再生级配如图4所示。 10080S229 S239(II) G104 S239(I) S336 G328 通过率 (%)60402000.011 2.36 4.75 9.5 13.2 16 19 26.5 100.075 0.1 0.15 0.3 0.6 1.18 筛孔尺寸 (mm) 图4 再生级配组成 100 6
3.3 路用性能
基于劈裂试验或马歇尔稳定度试验结果，结合工程经济性，确定最佳乳化沥青用量；拌和试验确定最佳含水率，材料最佳用量如表4所示。各路段单点验证试验结果如表5所示，试验结果表明乳化沥青就地冷再生混合料性能均满足工程需求。
表4 最佳乳化沥青用量和最佳含水率 路段 最佳乳化沥青用量（%） 最佳含水率（%）
表5 单点验证试验结果 路段 S229 S239（I） S239（II） S336 G104 G328 技术要求
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S229 4.0 2.8 S239（I） S239（II） 3.8 2.4 3.6 2.3 S336 3.8 2.6 G104 4.3 2.0 G328 3.5 2.4 马歇尔稳定度（kN） 12.94 7.05 10.61 6.21 8.79 7.12 ≥6.0 空隙率 残留稳定度 劈裂强度（%） （%） （MPa） 12.1 13.6 9.6 10.1 12.9 10.5 8-14 76.7 86.3 96.5 98.2 89.8 99.0 ≥75 0.56 0.63 0.82 0.72 0.56 0.56 ≥0.5 干湿劈裂强度比（%） 139.3 93.4 103.5 90.3 91.1 101.7 ≥75 冻融劈裂强度比 （%） 75.4 71.2 74.3 73.2 80.2 72.0 ≥70 动稳定度 （次/mm） 2951 3080 2540 1758 2062 - ≥1600
4 施工工艺
乳化沥青就地冷再生实行半封闭递进式施工，具体步骤为：施工前准备-撒布水泥和新料-冷再生施工-摊铺-碾压-养生-加铺封层和罩面-开放交通，采用某再生设备的施工流程如图5所示。
4.1 施工准备
开工前必须配备齐全的施工机械和配件，做好开工前的保养、试机工作，并保证在施工期间一般不发生有碍施工进度和质量的故障，施工机械主要包括运输、再生、摊铺和压实机械。
原路面用清扫车、森林灭火鼓风机将浮尘吹净或人工清扫，确保表面层无污染，表面干净、无灰尘和杂物。
4.2 再生
确定每个再生作业段的长度，在施工起点处将施工机具按照施工流程顺次连接，注意管路的连通，对旧沥青路面进行铣刨、再生、拌和。
单幅再生至一个作业段终点后，将再生机和罐车等倒至施工起点，进行第二幅施工，直至完成全幅作业面的施工。
4.3 摊铺
摊铺机在摊铺过程中必须做到匀速平稳连续作业，不得随意变换速度或者中途停顿。摊铺速度宜控制在2-4m/min，做到缓慢、均匀和不间断地摊铺。
摊铺过程中一定要注意再生厚度、横坡与摊铺机的配合。注意横坡的控制，以免出现路面积水，造成今后路面使用的损害。
4.4 压实
就地冷再生施工时采用流水作业法，使各工序紧密衔接，尽量缩短从拌和到完成碾压之间的延迟时间。碾压过程主要分为初压、复压和终压。
（1）初压：采用单钢轮振动压路机碾压2-3遍，初压时再生混合料的含水率应比最佳含水率高1-2%。再生层表面应保持湿润，如水分蒸发过快，应及时适量洒水。初压速度宜为1.5-3 km/h。
（2）复压：采用胶轮压路机碾压，碾压次数通常由混合料性能、压实厚度、压路机类型及环境状况等决定，一般需要3-6遍。复压速度宜为2-4 km/h。
（3）终压：采用双钢轮压路机碾压1-2遍，可以采用静压或振动模式，以消除轮迹和
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获得一定的压实度，只有当振动不会对路面造成损坏的情况，才可以使用振动模式。终压速度宜为2-4 km/h。若复压后没有轮迹或压实度满足，无须终压。
4.5 接缝处理
（1）纵向施工缝：摊铺机摊铺再生混合料部分中间接缝处，作为后高程基准面，两幅再生车道之间重叠量宜为5-10cm；跨接缝碾压以消除缝迹。第二（甚至更多）幅再生时在纵向搭接处的厚度要严格控制，以免出现高差，造成碾压无法消除接缝；同时注意本幅摊铺的再生层横坡。
（2）横向接缝：工作横缝可用三米直尺测平方法确定再生起步位置。再生混合料摊铺前，摊铺机停在横缝终端，摊铺机熨平板对准摊好路面后开始摊铺。在接缝处采用压路机横向由老路面向新铺路面逐步往返碾压，横缝碾压结束后再进行纵向碾压。
4.6 养生及开放交通
（1）在加铺封层或罩面前，再生层必须进行养生，在较好的气候条件下，养生期一般为3-7天。养生期间应封闭交通，禁止一切车辆通行。
（2）再生层养生后进行取芯，当芯样成型完整时，即可加铺封层后临时开放交通；若再生层表面松散可通过雾封层（Fog seal）来解决，表面喷洒乳化沥青0.2-0.4kg/m2。
4.7 加铺罩面
乳化沥青就地冷再生养生后，加铺封层后暂时开放交通，但须尽快加铺热拌沥青混凝土罩面。
撒布新料
添加的水泥和新料
9
再生机工作
提升机工作
摊铺
碾压
就地冷再生层表面 加铺罩面后
图5 乳化沥青就地冷再生施工过程
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5 再生路段使用性能调查
5.1 弯沉
S229再生前后的路面进行了弯沉测试，对比结果如图6所示。弯沉值随使用时间的增加而逐渐减小，表明就地冷再生路面在使用过程中整体结构性能会逐步增强。 25201510502007.9(再生前)2008.7(再生后)2009.3(再生后)2009.11(再生后)上行(行)上行(超)下行(行)下行(超)弯沉平均值 (0.01mm) . 图6 S229弯沉平均值对比结果 5.2 弯沉盆参数
S229路段再生前后表征面层结构性能的D0-D20参数再生前后的对比情况如图7所示。S229的D0-D20值随时间的增长逐渐减小，再生路面面层的结构性能逐步提高，主要是由于乳化沥青就地冷再生层使用过程中其强度性能会进一步增强。 50上行(行)40上行(超)下行(行)下行(超)D0-D20 (μm) .30201002007.9 (再生前)2008.7 (再生后)2009.3 (再生后)2009.11 (再生后) 图7 S229再生前后弯沉盆参数D0-D20 11
5.3 裂缝
S229、G104原路面存在大量的反射裂缝，S229再生2年后调查仅发现3条横向裂缝，G104再生1年半后的调查没有发现裂缝，各路段再生前后的裂缝密度如表6所示。
表6 再生前后裂缝密度
路段 S229 S336 G104 里程 （km/车道） 2 4 2 裂缝 （条） 218 40 136 再生前（条/km/车道） 2007-2008 109 10 68 再生后（条/km/车道） 2008.7 0 - - 2009.3 0 0.5 0 2009.11 1.5 0.75 0 注: G104在再生层上原裂缝处贴聚酯玻纤布.
5.4 车辙
采用三米直尺人工进行车辙深度的检测，S229、S239（I）、S336和G104再生前后的车辙深度如图8-9所示，表明乳化沥青就地冷再生路面具有很好的抗车辙性能。 1201002007.9再生前2009.3再生后2008.7再生后2009.11再生后100车辙深度 (mm).806040200202.434.834.2S229图8 再生前后的车辙深度 S239(I) 12
2017152008.7再生前2009.3再生后12.52009.11再生后车辙深度 (mm).106.452.20S336G104 图9 再生前后车辙深度（S336、G104）
1.92.25.5 当前路况
S229、S239（I）、S336和G104再生路面的当前路况如图10-13所示。乳化沥青就地冷再生路面具有很好的抗水损性能、抗裂性能和抗车辙能力。
图10 S229路况（无锡，摄于2009.11）
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图11 S239（I）路况（常州，摄于2009年3月）
图12 S336路况（南通，摄于2009.11）
图13 G104路况（镇江，摄于2009.11）
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6 技术环境经济分析
该分析以100万m2的热拌沥青混合料养护维修工程为基准，与乳化沥青就地冷再生方案进行效益对比分析。施工面积100万m2约等于15m（四车道）×66.6km（里程）。
6.1 经济效益
若养护维修工程100万m2 ，三种方案的造价如图14所示。相对于铣刨加铺和补强方案的总造价，就地冷再生方案可分别节省了759万元和4359万元。 1500012208120008608总价 (万元)90006000300007849就地冷再生铣刨加铺图14 各方案造价
补强 6.2 环境效益
6.2.1 石料
若养护维修工程量100万m2，采用不同方案所需的新石料用量如图15所示。相对于铣刨加铺和补强方案，采用就地冷再生方案分别节省的新石料总量为16.7万吨和64.7万吨。
8068.060新石料 (万吨)4020.03.30就地冷再生铣刨加铺15 20补强
图15 新石料用量
6.2.2 能耗
根据养护维修工程量100万m2，采用就地冷再生方案和铣刨加铺方案所需能耗（柴油量）分别为143吨和1326吨。因此，相对于铣刨加铺方案，就地冷再生方案节省的能耗（柴油量）为1183吨。
6.2.3 气体排放
1吨HMA在拌和厂和现场摊铺工程中的气体排放量如表7所示，HMA在拌和厂和施工现场的气体排放如图16所示。乳化沥青就地冷再生施工现场如图17所示。若养护工程维修量100万m2，采用就地冷再生方案相对于铣刨加铺方案，CO 2排放量可减少4224吨。
表7 气体排放量（1吨HMA） 类别 排放气体 排放量
CO2 （kg） 21.12 拌和楼 NOx （mg） 58.4 SO2 （mg） 5.32 烟尘 （kg） 21.7 沥青烟 （mg） 8.44 施工现场 苯可溶物 （mg） 7.8 苯并[a]芘 （mg） 0.000038
图16 HMA在拌和厂和施工现场状况
图17 乳化沥青就地冷再生施工现场状况
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6.3 社会效益
乳化沥青就地冷再生技术的社会效益主要如下：
（1）施工温度不小于10℃，施工是一个连续作业过程，无须拌和厂和混合料的运输。 （2）较高的工作效率，减少了交通中断，对维护安定、团结、和谐的社会环境有一定的促进作用。
（3）减少了对石料、柴油等的需求量，节约了资源，符合可持续发展的基本国策。 （4）现场施工减少了热拌沥青混合料有害气体的排放量，有利于施工人员的身心健康。
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7 应用前景
乳化沥青就地冷再生技术经过东南大学倪富健教授课题组多年来的研究积累和大量实体工程的实施，已经形成了该技术一整套的标准化步骤和程序，并编制了《乳化沥青就地冷再生施工技术规程》和《乳化沥青就地冷再生技术应用手册》。
作为具有节省养护资金、节约资源、保护环境和重大技术先进性的乳化沥青就地冷再生技术对提高我国沥青路面养护改造技术水平具有重要的现实意义。该技术为我国沥青路面养护提出了新的理念和方法，推动了沥青路面养护技术的多元化发展；同时乳化沥青就地冷再生技术满足“资源节约、环境友好”的公路交通可持续发展要求，符合“节能减排”的国策。
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