（交通运输工程专业论文）公路改造工程中的废弃物再生利用研究.pdf

摘要 在现有公路的维护和改造过程中，产生了大量的废弃物。如能将这些废弃物加以 合理利用，不仅能降低对环境的污染，而且也能大大降低公路维护和改造成本。本文以 运风高速公路改造为实例，结合实际调查和实验，并参照国内外有关经验，对废弃物的 再生利用技术进行了分析和研究，评价了其经济效益。并提出了自己的建议以及评价方 法。 关键词：公路改造废弃物再生利用 a b s t r a c t d u r i n gt h em a i n t e n a n c ea n di m p r o v e m e n to fp r e s e n th i g h w a y s ，l o t so fw a s t em a t e r i a l w a sp r o d u c e d t h er e a s o n a b l eu t i l i z a t i o no ft h ew a s t em a t e r i a lc a nn o to n l yr e d u c et h e p o l l u t i o nt oe n v i r o n m e n t ，b u ta l s or e d u c et h ec o s to fh i g h w a ym a i n t e n a n c ea n di m p r o x e m e n t t a k et h ey u n f e n ge x p r e s s w a yi m p r o v e m e n tp r o j e c ta se x a m p l e ，c o m b i n ew i t ha c t u a l i n v e s t i g a t i o na n dt e s t ，a n dr e f e rt o t h er e l a t e de x p e r i e n c ea th o m ea n da b r o a d ，t h i sa r t i c l e c a r r i e so u tt h ea n a l y s i sa n ds t u d yo nt h ew a s t em a t e r i a lr e c y c l et e c h n o l o g y , e v a l u a t e st h e e c o n o m i cb e n e f i t s ，a n dp r o v i d ea d v i c e sa n de v a l u a t i o nm e t h o d s k e y w o r d s ：h i g h w a yi m p r o v e m e n t w a s t em a t e r i a l r e c y c l et e c h n o l o g y h 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 扬1 曲彳 d 1 年6 月妒日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学c ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 荔l 季场沙鲁 别瞄氆乏隧 ( 、：一 d 年6 , e i o 日 口7 年二月，d 日 k 立人学t 程硕卜学位论文 1 1 研究背景及研究意义 第一章概述弟一早僦逊 1 1 1研究背景 随着社会经济的发展，公路的建设越来越被重视。根据国家交通部的统计，截至2 0 0 5 年底，全国公路总里程达到1 9 3 0 5 万公里，路网结构进一步完善，公路技术等级和路 面等级不断提高。全国等级公路里程1 5 9 1 8 万公里，占公路总里程的8 2 5 ，其中：高 速公路4 1 0 0 5 公里、一级公路3 8 3 8 1 公里、二级公路2 4 6 4 4 2 公里、三级公路3 4 4 6 7 1 公 里、四级公路9 2 1 2 9 3 公里，等外公路3 3 8 7 5 2 公里。 这些高等级路面所用材料价格昂贵，许多地方石料匮乏，单价也日趋上升，原材料 成本在整个路面工程中的比例也越来越大。大量的使用新石料、开采石矿也造成森林植 被减少、水土流失等严重的生念环境破坏。目前，我国很多路面，特别是高等级路面已 经或即将进入维修或改建期，大量的翻挖、铣刨材料被废弃，一方面造成环境污染，另 一方面对于我们国家来说也是一种资源的极大浪费。 1 1 2 研究意义 按照路面的设计寿命，据测算，我国每年有1 2 的路面需要翻修，路面废弃量将达 到每年2 2 0 万吨，如能加以利用，每年可节省材料费3 5 亿人民币，而这个数字还将以 每年1 5 的速度增长。1 0 年以后，路面的大、中修产生的旧料将达到1 0 0 0 万吨，届时 再生利用每年可节约材料费二5 亿元。 根据美国联邦公路管理局的调查，沥青混合料再生利用，可节约材料费用5 3 4 ， 路面降低造价2 5 左右，沥青节约5 0 。1 9 8 0 年美国使用了约5 0 0 0 万吨旧沥青混合料， 节约投资达3 9 5 亿美元。 根据世界银行的统计表明，若公路的使用寿命为1 2 年，在公路使用寿命到8 - 1 0 年 的时候，进行一次再生性的大修，可将使其使用寿命提高到2 0 年，可见其经济效益是 极其明显的r 见图】1 ) 。 1 第一章概述 1 0 0 8 0 路6 0 面 状4 0 况 2 0 0 7 5 的时间再生后的路面 o 4 8 l z 1 6 1 8z 【) 年份 图1 1 路面状况与时间关系图 根据国外的先进经验，对改造路面材料采取再生技术并用于新建路面或路面维修工 程，在技术上是可行的，同时经济上也是较为合理的，不会增加太大的生产成本，并且 有利于保护环境，可以变废为宝。 我国优质筑路资源有限，再生技术基本可以百分之百地再生利用旧混合料。因此， 对于我们一个人均社会生产资源相对匮乏的国家，公路建设日益快速发展的今天，做好 公路改造工程中再生利用技术的研究具有重要而有深远的意义，这也符合国家经济和社 会发展的整体方向和需要。 1 2 国内外研究概况 全球每年完成的铺面道路超过1 0 0 0 万公里，其中有几十万公里的道路需要大修。 为了使道路保持应有的功能和安全性，政府和有关部门每年约花费7 5 亿美元。由于交 通财政紧张和常规养护方法的费用太高，越来越多必要的维修工作没有及时进行。医此， 全球未得到及时维修的病害道路的数量是惊人的。 1 2 1 国外公路废弃物再生利用状况 1 ) 美国 沪专路磺专真物覃q j 雨目的试验稃究最早是1 9 15 年首先在美犀开始的：f rp ! 焉 由于大规模的新路建设，使得再生沥青路面铺筑的旱程进展甚慢。直到1 9 7 3 年，z i 油 危机的爆发，燃油供应困难，严格的环保法制，使得砂石材料开采受到限制，筑路匀砂 石材料供不应求，以至砂石材料价格上涨。1 9 7 4 年，美国开始大规模推广沥青路醢再 生技术。1 9 8 0 年，有2 5 个州共使用了2 0 0 万吨热拌再生沥青混凝土；到1 9 8 5 年美 2 【，安人学下程硕 j 学位论文 国全国再生沥青混合料的用量就猛增到2 亿吨，几乎是全部路用沥青路面的一半。现在 再生沥青路面的应用已非常普遍，而且每当新材料用于沥青路面时，都要说明是否会影 响沥青路面的再生利用。 1 9 8 1 年，美国交通运输研究委员会编制出版了路面废料再生指南：同年，美国 沥青协会出版了沥青路面热拌再生技术手册；1 9 8 3 年又出版了沥青路面冷拌再生 技术手册。 根据美国联邦公路局报道，在重新罩面式拓宽项目中每年要回收7 3 0 0 万吨沥青路 面，废金属为6 3 0 0 万吨，纸3 1 4 0 万吨，混凝土路面3 3 0 万吨，玻璃2 9 0 万吨，塑料 1 1 0 万吨。 2 ) 同本 日本由子其能源匮乏，一直很重视再生技术的研究，从1 9 7 6 年开始就进行路面再 生技术的研究。1 9 8 4 年7 月，日本道路协会出版了路面废料再生利用技术指南， 并且就有关厂拌再生技术编成了手册。据有关资料统计，日本从1 9 7 6 年到现在路面废 料再生利用率已超过7 0 。 3 ) 欧洲 欧洲一些国家对再生技术的研究开展的相对较晚。7 0 年代中期，德国、荷兰、芬 兰等国家相继进行小规模试验，并迅速推广应用。相比之下，德国再生技术研究的发展 一 。 速度较快，居欧洲之首位。到1 9 7 8 年已经将全部废弃沥青路面加以再生利用。在芬兰， 现在几乎所有的城镇都组织旧沥青路面的收集和储存工作。过去再生材料主要用于轻型 交通的路面和基层，近年来，在重交通道路上也已经开始应用。 前苏联早就对路面再生技术进行了研究，而且在1 9 6 6 年就出版了沥青混凝土废 料再生利用技术的建议一书，但实际应用甚少。1 9 7 9 年又出版了旧沥青混凝土再 生混合料技术准则，提出了适于各种条件下再生利用的方法，其中规定再生沥青混合 料只可以用于高级路面的基层和低级路面的面层。1 9 8 4 年前苏联又出版了再生路用 沥青混凝土一书，该书详细地阐述了路拌再生和厂拌再生的方法。 表1 j 歹i j 出了国外在路面再生幂u 用方面的技术资料。 3 第一章概述 表1 ，l 国外在公路再生利用方面的技术资料 时间国家出版物名称 1 9 6 6 前苏联 沥青；鲍凝士废料再生利用技术的建议 1 9 7 9前苏联 旧沥青混凝十再生混合料技术准则 1 9 8 1 美国路面废料再生指南 1 9 8 1 美国 沥青路面热拌再生技术手册 1 9 8 l德国 热拌再生沥青混凝十施一l ：规范 1 9 8 3 德国沥青路面冷拌再生技术手册 1 9 8 3 美国沥青路面冷拌再生技术手册 1 9 8 4 日本路面废料再生利用技术指南 1 9 8 3 英国热拌雨生沥青混凝士基本规范 1 9 9 4 德国再生沥青混凝十施工指南 综观欧美国家公路再生利用技术研究发展的状况，可以看出欧美国家特别重视再生 利用技术的研究，他们在再生路面的拌制工艺，以及与之配套的各种挖掘、铣刨、破碎、 拌和等机具的研制方面，都取得了很大的成就，已经形成了一套比较完善的再生利用技 术，并且达到了规范化和标准化的成熟程度。尤其是北美和欧洲国家，目前已存在可满 足不同修复要求的几种技术。 1 2 2 国内公路废弃物再生利用状况 我国公路再生利用技术研究的发展过程大体可以划分为两个大的阶段，第一个阶段 为2 0 世纪8 0 年代末之前：第二个阶段为2 0 世纪9 0 年代以后。 我国自6 0 年代就开始推广铺筑渣油路面，黑色路面里程逐年增加。7 0 年代以后， 陆续修建了各种结构型式的沥青路面。进入8 0 年代，随着沥青生产数量的增加，渣油 相对减少，沥青路面的比重逐年增加。 。 随着我国国民经济的发展，交通量迅速增长，重型车辆日益增多。不少路段的沥青 洚漓，髟而实际已盘! 于超负荷工作状态。为此黑色路面自勺癀枣同趋孵重逆蓦鼬i ：t 建和大修任务同益繁重。然而，尽管当时我国许多油田得到丌发，石油化工有了很大的 发展，但生产的沥青仍然供不应求，沥青的供应量尚不足需求量的一半；我国经济虽然 有了很大的发展，但实力仍不雄厚，公路建设投资有限，不能满足公路交通运输事业迅 速发展的需要。就是在这种背景下，沥青混合料再生利用技术的研究第一次提到了公路 4 k 安人学t 程硕f j 学位论文 工作者的工作日程当中。 1 9 8 2 年，交通部科技局正式将沥青混合料再生利用作为重点科技项目下达，由同 济大学负责该课题研究的协调工作。研究工作采取由科研单位、高等院校与生产部门相 互协作的方式，分别确定主攻方向，丌展比较系统的试验研究，使研究深度与广度有了 较大的进展。 同济大学对旧沥青混合料的再生机理和再生设计方法进行了较深入研究。他们从化 学热力学和沥青流变学的原理出发，研究沥青作为高分子浓溶液其溶质与溶剂之间的相 容性，以及沥青在老化过程中其流变行为的变化规律。还研究了再生剂的作用和再生剂 的质量技术指标。此外，还在室内就再生沥青混合料的物理力学性能进行了系统的评价 性试验。通过理论研究，对沥青再生的本质有了较深刻的认识，探明了老化沥青再生的 科学途径，并在此基础上初步建立起沥青混合料的再生设计方法。 1 9 8 3 年建设部下达了“废旧沥青混合料再生利用”的研究项目。由上海市市政工 程研究所、武汉市市政工程设计研究院、天津市市政工程研究所等单位承担，当时的盔 攻方向是把旧渣油路面加入适当的轻油使之软化，来代替常规沥青混合料，铺筑层次是 解决用量较多的面层下层，拌和设备方面则应用现有设备作适当改装，经过三年的努力， 在苏州、武汉、天津、南京四个城市铺筑了3 0 0 0 0 平方米以上的试验路。经路用效果观 测表明，再生路面的综合使用品质不低于常规热拌沥青混凝土路面。湖南省将乳化沥青 加入旧渣油表处面层料，并分别用拌和法和层铺法修筑了再生试验路，也证明了此技术 可行性和经济性。 其他省份如山东、河北、辽宁、广东、安徽等在八十年代初也曾先后进行过旧渣油 路面的再生利用研究。 1 9 8 9 年交通出版社出版了沥青路面再生技术一书。 到了8 0 年代中后期我国开始了大规模的公路建设，尤其是高等级公路的建设。1 9 8 8 年1 0 月3 1 日上海到嘉定1 8 5 k m 高速公路建成通车，标志着我国大陆高速公路实现了 零的突破。此后，全长3 7 5 k m 的沈大高速公路、全长1 4 3 k m 的京津塘高速公路相继建成 通车。9 0 年代起，商运公路的建设步伐明显加快，每年建成的高速公路出儿1 - - 公罩垒l 上千公里。我国公路总里程在1 9 9 0 年是1 0 2 8 3 万公罩，到2 0 0 5 年底总里程发展到了 1 9 3 ，0 5 万公里，其发展速度是迅猛的。新路建设的迅猛发展，带来了大量急需解决的 新困难、新问题，如何克服这些新的困难、新的问题，成为这个时期公路科研的主题， 5 第一帝概述 大量的人力、物力投入其中。沥青混合料再生利用技术因而便搁置到了一边，致使我国 对这方面研究的深化与延伸在这个时期基本处于停滞状态。 直到近几年，我国很多沥青路面已经到了使用年限，即将开始进入大规模改建及修 复阶段，以恢复其使用性能。作为沥青路面改建、修复的环保性、经济性技术沥青 混合料再生利用技术再一次提到了公路工作者的工作日程当中，成为公路科研中的热点 问题。随着北京的申奥成功，绿色奥运主题的提出，无形中又进一步推动了沥青混合料 再生利用技术的研究。经过近一年的开发研制，北京首次采用废旧沥青混合料再生利用 技术，在海淀区羊坊店路铺设了第一条坏保沥青道路。同时北京市计委、市政管委、市 环保局、市建委等部门将联合签署文件，即将下发废旧沥青回收管理办法。这一法 规严禁施工单位对废旧沥青混合料随意遗弃，要求运至指定厂家进行再生。 水泥混泥土路面以其使用年限长、养护费用低等优点，逐步得到社会所公认，并在 我国越来越多的得以采用，但是，随着水泥混泥土路面的增多，一些水泥混泥土路面因 服役期已到或因设计步骤、施工不当等原因造成路面出现各种病害( 如断板、错台、唧 泥等) 。对于处在不同病害状况下的水泥混凝土路面，无论是病害发生的初期所进 亍的 局部处理、还是已形成严重断板破损需进行大范围修补、直至重新改建，除了有针对性 地就有关混凝土路面早期病害的防治对策进行专项研究之外，还将面临旧混凝土板块如 何进行处置的问题。在水泥混凝土路面早期病害防治的研究己在多个省区从不同的研究 方向上进行了深入的工作，并获得众多研究成果，2 0 0 1 年河南省开封市公路局和长安大 学联合进行了旧水泥混凝土面板再生利用技术研究，结合开兰公路改建工程。对破损普 通混凝土路面的各种方法进行了研艽。 综上所述，随着我国高等级路面维修养护量的不断增加，对公路改造工程中的唆弃 物再生技术应用有必要进行深入、系统的研究。 1 3 研究的主要内容及实施方案 1 3 1 主要研究内容和技术路线 主要醪譬内容： 根据检索到的国内外相关技术文献，在系统消化和吸收国内外已有研究成果的基础 上，结合国内典型路面结构形式及其主要的破损情况，提出本文的主要研究内容如下。 ( 1 ) 再生利用技术研究 1 ) 废弃物再生室内试验 6 长安人学t 程硕l ? 学位论文 2 )旧沥青路面材料厂拌再生的施工技术 3 )旧沥青路面材料现场再生施工技术 4 )旧水泥混凝土路面再生利用施工技术 ( 2 ) 质量检测及评价方法。 ( 3 ) 修筑试验工程 技术路线： 1 ) 收集国内外旧路改造再生技术资料。 。2 ) 对国内外已有的再生路面进行调研。 3 ) 制定详细的研究大纲。 4 ) 通过理论分析、室内试验研究和铺筑试验路，研究再生废弃物的再生工艺、施 工工艺和再生路面的质量检测和评价方法。 5 ) 整理资料，撰写论文。 7 第- 二章路调仓 第二章旧路调查 2 1运风高速公路路面调查 运风高速公路从1 9 9 7 年运营，最初是由一级公路标准修建，后于1 9 9 9 年封闭改造 成高速公路。随着交通量的逐年增加，近年来这段高速公路技术指标急剧下降，已发生 不同程度的裂缝、松散、泛油：拥包、坑洞等。大部分路段路面病害严重，己危及行车 安全，急需进行大修。 2 1 1 概况 运风高速公路所在区域全年气候温和属温带大陆性季风气候，年平均气温 1 1 8 1 3 7 之间，一月份零下1 6 。c ，七月份2 4 2 8 ，年均降雨量4 9 0 6 2 0 毫米，霜冻 期为十月下旬至次年四月下旬，无霜期2 0 8 2 1 6 天，最大冰冻深度0 6 米，属北方长日 照地区，地表径流主要由降雨产生，年内降雨量不均匀，年降雨量多集中在夏季( 6 。t o 月) ，最大降雨量发生在9 1 0 月份，出现局部暴雨的机会在9 月份。其主要技术指标见 表2 1 。设计交通量换算为一个车道上的累计b z z 一1 0 0 标准轴次为5 6 8 3 9 2 8 次，容许弯 沉l r 0 4 9 r a m 。 表2 1 主要技术指标表 区段划分 项目单位 k o + 318 - k 6 2 + 5 0 0 k 6 2 + 5 0 0 - k 9 0 + 2 2 2 3 公路等级四车道高速公路四乍道高速公路 设计速度公里小时 1 0 08 0 路基宽度 米2 4 52 1 5 行车道宽度 米 2 * 2 * 3 7 5 2 * 2 * 3 7 5 硬路肩宽度 米2 * 2 52 1 2 5 十路肩宽度 米2 * 0 7 52 * 0 7 5 由间带宪吱 _ ： r ， 1 5 平曲线最小半径 米8 0 0 ，l6 0 0 j1 停下视距 米1 6 01 6 0 最人纵坡2 6 6 5 3 3 4 桥涵设计荷载原汽午一超2 0 级，挣乍一1 2 0 8 【，安人学t 程硕i j 学位论文 2 1 2 路面结构 1 ) 面层 沥青路面面层结构为4 厘米沥青砼+ 6 厘米沥青碎石。 水泥混凝土路面为2 4 厘米普通混凝土。 2 ) 基层 基层采用水泥稳定砂砾和二灰稳定砂砾两种。对水泥稳定砂砾，水泥：砂砾= 6 ： 9 4 ( 重量比) ，对二次稳定砂砾，石灰：粉煤狄：砂砾= 5 ：1 5 ：8 0 ( 重量比) 。 2 2 运风高速公路路面改造方案 2 2 1 路面改造原则 1 ) 路面设计利用旧路强度，采用补强设计方案进行路面设计。 一 2 ) 路面设计遵循充分利用旧路铣铯材料的原则。 3 ) 动态设计的原则，开挖后的实际情况如与设计情况不符，及时调整设计方案。 2 2 2 沥青混凝土路面改造方案 1 )k 8 + 0 5 0 ( 8 + 9 3 5 段，先路面状况较好，采用直接加铺4 厘米a c l 3 密级配沥 青混凝土的方案。 2 ) k 4 9 + 8 3 5 _ l ( 6 1 + 4 0 0 段，路面整体较好，局部有损坏坑槽进行修补后，加铺 4 厘米a c l 3 密级配沥青混凝土+ 6 厘米a c 2 0 沥青混凝土。 3 )路基处理段按照新建路面进行设计，采用4 厘米a c l 3 密级配沥青混凝土+ 6 厘米a c 2 0 沥青混凝土+ 6 厘米a c 2 0 沥青混凝土+ 3 0 厘米厂拌再生旧料+ 1 5 厘米砂砾垫层的方案。 4 ) 其余路段根据损坏状况，对严重损坏路段铣铯3 0 厘米，上面1 5 厘米采用 厂拌冷再生，下面1 5 厘米采用就地冷再生；面层损坏路段，厂拌冷再生1 5 厘米原路面，对原路面修补后采用加铺1 6 厘米沥青混凝土( 4 厘米a c l 3 密级配沥青混凝上6 匣- v , a c 2 0 沥青混凝土+ 6 厘米a c 2 0 沥青混凝、的 方案。 2 2 3 水泥混凝土路面改造方案 9 第二帝| f 路渊查 1 )主线水泥混凝土路面仅对裂缝严重的板块进行更换，路基处理部位的面板 设单层钢筋网，基层采用2 0 厘米贫混凝土，底基层采用3 0 厘米厂拌再生 旧料。 2 )改造收费广场的水泥混凝土路面采用2 6 厘米厚钢筋混凝土面板，基层采用 2 0 厘米贫混凝土，底基层采用3 0 厘米厂拌再生旧料并加设1 5 厘米砂砑挚 c j 力o 2 2 4 主要设计参数 ( 1 ) 主要设计参数 表2 1 路面材料主要设计参数 、挝料参数 抗压网弹模量( m p a ) 劈裂强度( m p a ) 结构层名称、2 0 1 5 细粒式沥青混凝十 1 4 0 01 8 0 01 o 中粒式沥青混凝十1 2 0 01 6 0 0 o 8 水泥稳定碎石1 5 0 00 5 厂拌水稳旧料 6 0 0o 3 5 就地水稳旧料 8 0 0o 3 5 ( 2 ) 路面结构 一一 一 根据实地调查k 8 + 0 5 0 - 一k 8 一- 9 3 5 、k 4 9 + 9 3 5 - k 6 1 + 4 0 0 段路面当量回弹模量高，挖补 局部基层破坏部位后，加铺沥青面层即可，路面结构方案见表2 2 。 表2 2 加铺沥青面层路段 综合网弹模鼙 段落桩号结构方案 备注 ( m p a ) 侯运入口处2 0 0 2 年对该段路面进 k 8 + 0 5 伊一k 9 + 9 3 5 6 6 0 加铺4 c m 沥青砼行过补强，路面平整。直接加镝沥 青面层。 加铺4 c m + 6 c m 沥青路面状况较好，对局部车辙和层 k 4 9 。9 3 5 k 6t + 4 。n3 5 0 再，i 声颤：方h j 世j 7 - ，亡； 、f ；：叶1 r 1 钿萤i f - 辉声；- - - n 其他路段( 除k 8 + 0 5 0 - 一k 8 + 9 3 5 、k 4 9 + 9 3 5 州6 l + 4 0 0 ) 路面结构方案见表2 3 。 1 0 长安人学下程硕 。学位论文 表2 3 加铺沥青面层路段 路面状况铣刨深度( c m ) 原路面处理结构 加铺结构 路面良好路段 o 0 4 c m + 6 c n i 沥青砼+ 6 c m 沥青砼 面层破坏路段 1 5 1 5 c m 厂拌再生 4 c m + 6 c m 泐青砼+ 6 c m 沥青砼 1 5 c m 厂拌再生1 5 c m 基层破坏路段 3 0 4 c m + 6 c m 沥青砼+ 6 c m 沥青砼 就地再生 ( 3 ) 沥青混合料材料组成设计指标 1 ) 沥青混合料级配要求 沥青面层所用密级配混凝土a c 1 3 及a c 一2 0 沥青混合料矿料级配如表2 4 、表2 5 。 表2 4a c - 1 3 型沥青混合料矿料级配范围 通过下列筛孔( m m ) 的质量百分率( ) 1 6 o1 3 29 54 7 52 3 61 1 8 o 6o 30 1 50 0 7 5 1 0 09 0 1 0 06 8 8 5 3 8 6 82 4 5 01 5 3 8 1 0 2 87 2 05 1 54 8 表2 5a c - 2 0 型沥青混合料矿料级配范围 通过下列筛孔( m m ) 的质量百分率( ) 2 6 51 91 61 3 2 9 5 4 7 52 3 61 1 8o 60 3 0 1 5o 7 5 1 0 09 0 1 0 07 8 9 26 2 8 05 0 7 22 6 5 6 1 6 - - - - 4 42 3 3 38 2 4 5 1 74 , - - 1 33 , - 一7 2 ) 沥青材料 沥青砼面层采用a 级7 0 号道路石油沥青。其技术指标见表2 6 第二审路调查 表2 6 道路石油沥青技术要求 7 0 号 指标 a 级 。 b 级 针入度( 2 5 1 0 0 9 ，5 s ) ( 0 1 哪)6 0 8 0 6 0 8 0 1 5 延度不小于( c m )1 0 0 1 0 ( ) 软化点( 环球法)不小于 ( )4 6 一 4 4 闪点( c o c )不小于 ( )2 6 0 2 6 0 含腊量( 蒸留法)不大子( )2 2 3 o 溶解度i 二氯乙烯)不小于 ( )9 9 59 9 5 质量变化不大于( )o 8 0 8 t f o t 后 残留针入度不小于 ( )6 15 8 残留延度( 1 0 )不小于 6 4 ， 3 ) 粗集料： 粗集料应选用质量洁净、干燥、表面粗糙，无风化具有足够强度的石料，其质量应 符合表2 7 的指标要求。 1 2 艮安入学工程硕+ 学位论文 表2 7 沥青路面用粗集料质量技术要求 高速、一级公路 指标 表层其它层次 秆料压碎值不大于 ( )2 62 8 洛杉矶磨耗损失不大于 ( )2 83 0 表面相对密度 不小于 2 6 2 5 吸水率不大于 ( )2 03 0 坚同性不大于 ( )1 21 2 针片状颗粒含量 不大于( ) 1 5 1 8 水洗法 o 3 姗部分)不小于 ( )1 2 含泥晕( o 0 7 5 r a m 的含量)不大t - ( )3 砂当量不小t ( ，6 0 亚甲蓝值不火于( g k g ) 2 5 棱角性( 流动时间)不小t ( s ) 3 0 5 ) 矿粉 1 3 第二章| ! 路调查 矿粉应满足表2 9 表2 9 沥青面层用矿粉质量技术要求 指标 高速公路 表观密度 不小于( t m 3 )2 5 含水量不大于 ( )l 外观 - ， 无团粒结块 亲水系数 1 0 6 m m( )1 0 0 粗度范围 0 1 5 r a m( )9 0 1 0 0 0 0 7 5 m m( )7 5 1 0 0 塑性指数 4 ( 4 ) 沥青混合料配合比设计 沥青混合料配合比设计按马歇尔试验法进行，首先应对工地原材料进行试验，符合 要求后进行配合比设计，以确定最佳沥青用量，其技术指标应符合表2 1 0 。配制沥青 混合料级配时建议混合料级配满足s 型密实嵌挤型级配的特点。该级配组成的混合料具 有较高的抗车辙性能，施工时材料均匀，不易产生离析，能够在较高的温渡下碾压密实。 表2 1 0 沥青混合料技术指标 高速公路 试验指标 密级配沥青混；疑土 击实次数( 次)双面各7 5 稳定度 ( k n )8 o 流值 ( m m )1 5 - 4 深9 0 m m 以内 。4-6 孔隙率( ) 深9 0 a m 以下 3 6 沙青饱和瞳v f a ，。一 h v ，：) 浸水马歇尔试验残留稳定度( ) 8 0 冻融劈裂试验的残留强度比( )7 5 动稳定度( ) 1 0 0 0 面层沥青混合料必须满足防渗要求，利用轮碾机成型的车辙试件进行渗水系数应不 1 4 k 安大学丁程硕i ：学位论文 大于1 2 0 ( m l m i n ) 。 ( 5 ) 、基层、底基层材料组成设计 下基层采用水泥稳定厂拌再生料i 底基层采用水泥稳定就地再生料：其要求的级配 范围分别见表2 1 l 和表2 1 2 ， 表2 1 1 水泥稳定基层级配范围 p 。 i 液限塑性指 通过下列筛孔( 咖) 的质量百分率( ) ( ) 数 3 1 52 6 51 99 54 7 52 3 60 60 0 7 5 2 8 9 1 0 09 0 - - - 1 0 0 7 2 8 94 7 6 7 2 9 4 91 7 3 58 2 2 0 - - - 7 表2 1 2 ，水泥稳定底基层级配范围 筛孔尺寸( r a m )3 7 53 1 51 9 09 54 7 52 3 60 60 。0 7 5 通过质量百分率( )1 0 09 0 1 0 06 7 9 0 4 5 - - 6 82 9 5 01 8 3 88 2 20 - - 7 二 水泥稳定材料用做基层时，单个颗粒的最大粒径不应超过3 1 5 m m ，用做底基层时 单个颗粒的最大粒径不应超过3 7 5 m m 。碎、砾石压碎值不大于3 0 。结合料采用标号 3 2 5 的普通硅酸盐水泥、矿渣硅盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥，且初凝时间3 h 以上和 一一终凝时间较长( 宜在6 h 以上) 的水泥，基层及底基层混合料抗压强度应符合表2 。1 3 的 要求。 表2 1 3 水泥稳定材料的抗压强度标准 层位强度标准( m p a ) 基层 3 0 - - - 5 0 底基层 1 5 - - - 2 5 1 5 第三章沥青路面以生利用技术 第三章沥青路面再生利用技术 3 1二灰砂砾基层再生室内试验 3 1 1 二灰砂砾级配 对运风高速公路铣刨的二灰砂砾进行级配试验，结果见图3 1 ，很显然，其级配曲 线在现行的公路路面基层施工技术规范( j t j 0 3 4 2 0 0 0 ) 规定的范围之外，不满足级 配要求。 一一 一二：二彳一 ；。雾麓嚣缓配叫卜级配 ，值 r 。r：_ 一l l、严 ? 厂，一 妒 。 i 二j 了? jf j j j 、 一 i j 。r z ，一j - 一一 严 j j 。厂( 。， l o o g o 8 0 7 0 6 0 ， 蜂5 0 d 孵 4 0 3 0 2 0 l o 图3 1 旧= 灰砂砾级配 2 旧二灰砂砾材料活性分析 对l h - - 灰砂砾中二灰的活性进行试验，发现有效钙和氧化镁含量为3 2 5 ；采用 e d t a 滴定法进行石灰剂量的测定，发现有效剂量几乎为零。 3 水泥指标 本研究拟采罔水泥做稳定剂来再生旧二灰砂砾。实验采明的水泥为天王台3 2 5 号 水泥，其主要坟术指仂；见表3 1 。 1 6 长安人学丁程颀。j j 学位论文 表3 1 水泥的主要技术指标 抗折强度( m p a ) 抗压强度( m p a ) 初凝时f 日- ( m i n ) 终凝时间( m i n ) 3 天2 8 天3 天 2 8 天 3 2 04 0 14 87 72 5 24 6 2 4 i f l - - - 灰砂砾再生做基层试验 1 ) 新旧料配合比设计 根据铣刨的i n - - 灰砂砾级配，在室内，往旧二灰砂砾中添加0 5 1 c m 的新料，从 1 0 开始，每增加5 为一档，当新料添加到2 0 时，即新料：旧料= 2 0 ：8 0 ，得新混合 料的级配见图3 2 。从图中知，基本满足公路路面基层施工技术规范( j t j 0 3 4 2 0 0 0 ) 规定的级配要求。 ：褒轰嚣_ 一。粼嚣f ；_ 7 三2 l 9 ( 1i 1 - - 一台成级配级配中值矿。f 8 0 ，7 _ r jj j 。7 7 0 ， 6 0 ，l ，一： 一 一。 一 一 样5 0 产 - 蟹4 0 。 3 0 一；j ；l ? ：二，：，7 i 一j 一7 ， 1 。 2 0 ，7 l o 【- e ：厂7 一 ，e 。 2 3 64 7 59 5 0 1 9 02 6 53 1 5 一 翌塾墨兰! 竺! i 图3 2i b - - 灰砂砾再生利用做基层的级配 2 ) 击实试验 通过标准击实试验，得出如表3 2 所示的击实结果。 表3 2 击实结果 4 52 1 0 1 0 7 52 1 29 4 5 5 2 1 48 3 62 1 57 8 1 7 第三帝沥青路面l f ；生利用技术 3 ) 强度指标 ( 1 ) 无侧限抗压强度 按讼路工程无机结合料试验规程( j t j 0 5 7 9 4 ) 要求做7 天无侧限抗压强度试验， 试验结果见表3 3 。由此表可知：当水泥用量为6 时，7 天无侧限抗压强度为4 0 6 m p a 偏差系数9 8 。满足基层强度要求。当水泥用量为6 时，2 8 天无侧限抗压强度为 5 , 3 4 m p a ，偏差系数1 8 9 。 1 8 长安人学丁程硕： ：学位论文 表3 37 天无侧限抗压强度 水泥用量( ) 平均值( m p a ) 标准差偏差系数( ) 4 一 2 3 0 0 6 2 2 2 7 1 4 52 9 20 5 0 01 7 1 5 3 1 1 0 5 0 91 6 3 5 5 ， 3 6 2 0 5 6 41 5 6 64 0 60 3 9 7 9 8 ( 2 ) 抗压回弹模量 在室内按公路工程无机结合料试验规程( j t j 0 5 7 9 4 ) 要求采用承载板法( 直径 为1 0 c m ) 测定水泥用量为6 时试件的7 天抗压回弹模量，得结果为8 6 9 m p a 。 ( 3 ) 劈裂强度 在室内按公路工程无机结合料试验规程( j t j 0 5 7 9 4 ) 要求进行劈裂试验测定其 劈裂强度。试件的配比为：水泥：新料( 0 5 l c m 碎石) ：i b - - 灰砂砾= 6 ：2 0 ：8 0 。试件养生 7 天后进行试验，测得其劈裂强度为0 3 5 m p a 。 4 ) 耐久性 多孔隙材料受到冻融循环作用时，其内部孔隙水冻胀产生的附加应力将重复对材料 的孔隙壁产生挤压破坏作用。基于这一原理，本研究中采用冻融循环试验来评价水泥稳 定废旧混合料在水和负温共同作用下的耐久性。 ( 1 ) 试验方法 试件系与前述试验同批制作，在养生2 8 d 后开始进行冻融循环试验，采用冻结1 2 h 和融解1 2 h 的连续过程，即将达到养生龄期的试件先浸水一天，称重后放入已达2 0 。c 的冷冻箱中冻结1 2 h ，取出后再放入2 0 的水浴中溶解1 2 h ，将浸泡过的试件进行称重， 再次放入冷冻箱作第二次循环。如此反复共进行1 0 次，每次观察试件浸泡融化后的表 面破损现象，并记录其质量损失情况，冻融循环全部完成后进行抗压强度试验( 2 5 ) 。 再生混合料的抗冻能力可以用经过冻融作田晤的强受r 或质量) 下降情况来表征： ( 2 ) 试验结果分析 归纳冻融循环抗压强度试验结果见表3 4 ，可以看出： 1 9 第三帮沥青路由1 0 生利用技术 表3 4 水泥稳定废旧混合料冻融循环试验结果 水泥荆量试件吸水率质量损失率 冻融后抗压强度朱冻融抗压强度强度损j ；：率 ( ) ( ) ( ) ( m p a )( m p a )( ) 6o 9 l0 0 6 24 1 85 3 42 1 7 试件经过冻融反复作用后并没有发生表面崩解现象，其质量损失率均小于o ：， 甚至可以视为没有损失。 试件经过冻融循环后的抗压强度损失率小于3 0 ，并且随着水泥剂量的增加，其 冻稳性能将逐渐增强。 废旧材料中沥青的存在使得再生混合料内部的毛细孔隙减少，甚至有一部分会变 成封1 羽- t l 隙；经过水泥稳定处治后，随着水化产物的增加，其内部孑l 隙会进一步减少。 以上两个因素就导致此种再生材料具有良好的防水性和抗冻性，适合于作为路面基层材 料使用，并且对于寒冷地区的道路建设而言更具有现实意义。 6 。小结 通过室内试验结果分析发现 1 ) 当新料：旧料= 2 0 ：8 0 时，使用3 2 5 撑水泥6 0 可再生用作基层； 3 2 旧水泥稳定砂砾再生室内试验 1 旧水泥砂砾级配 对运风高速公路铣刨的旧水泥砂砾进行级配试验，剔除3 1 5 m m 以上的粒料，结果 见图3 3 ，很显然，其级配曲线在现行的公路路面基层施工技术规范( j t j 0 3 4 - 2 f d o ) 规定的范围之外，不满足级配要求。 t ：女人学下程硕十学位论文 1 0 0 i 。：二夕1 ：! ；：厂一 。一。譬粤，l 曼。巾级陀f 畔厂 一 一笪蝴里一墼，墅! 旦堕j t ，一。 一 一一。 ， 、。 7，一 7 0 t 4 ， 6 0 i ，j， 一 、 j 一，。e ，r 、 j 督5 0 一 一1 ， 七畸 ! 一 - 0 一 籍 一7 ，t 4 0 。 3 0 一。：一 ，7 i 一_ 2 0。，11 j _ 二i ? 二 ： i o ，! ，一i 一 、娑。 l 。 u 一 0 0 7 50 62 3 64 7 59 5 01 9 02 6 5： l 筛孔心寸( n m ) 图3 3 旧水泥砂砾级配 2 水泥指标 本研究拟采用水泥做稳定剂来再生旧水泥砂砾。实验采用的水泥为天王台3 2 5 号 水泥，其主要技术指标见表3 5 。 表3 5 水泥的主要技术指标 抗折强度( m p a )抗压强度( m p a ) 初凝时间( m i n )终凝时间( r a i n ) 3 天 2 8 天3 天2 8 天 3 2 04 0 14 87 72 5 24 6 2 3 旧水泥砂砾再生做基层 1 ) 新旧料配合比设计 根据铣刨的旧水泥砂砾级配，在室内，往旧水泥砂砾中添加0 5 一l c m 的新料，从 1 0 开始，每增加5 为一档，当新料添加到3 0 时，即新料：1 日料= 3 0 ：7 0 ，得新混合 料的级舀三见匿3 ；：从图中筹，满是，公路路面基譬施上技术规范力：，j t j l j 3 4 2 0 0 0j 规 定的级配要求。 2 1 第三嚣沥青路越婀生利用技术 图3 4 旧水泥砂砾再生利用傲底基层的级配 2 ) 击实试验 通过标准击实试验，得出如表3 6 所示的击实结果。 表3 6 击实结果 水泥用量( ) 最大干密度( g c m 3 ) 最佳含水量( ) 4 。52 0 98 7 0 5 2 0 88 8 0 5 52 0 79 8 0 62 0 71 0 1 0 3 ) 强度指标 ( 1 ) 无侧限抗压强度 按公路工程无机结合料试验规程( j t j 0 5 7 9 4 ) 要求做7 天无侧限抗压强度试验， 试验结果见表3 7 。由此表可知：当水泥用量为6 时，7 天无侧限抗压强度为3 1 4 m p a ， 偏差系数1 8 4 。满足基层强度要求。 长安人学下程硕j j 学位论文 表3 。77 天无侧限抗压强度 水泥用餐( )平均值( m p a ) 标准差 偏若系数( ) 4 52 4 6 0 4 3 1 。 】7 5 52 5 10 2 8 8 1 1 5 5 52 8 10 5 2 8 1 8 8 。6 3 1 4 0 5 7 61 8 4 4 小结 通过室内试验结果分析发现 1 ) 当新料：旧料= 3 0 ：7 0 时，使用3 2 5 撑水泥6 0 可再生用作基层； 3 3 厂拌再生的施工工艺 1 厂拌再生的适用性 厂拌再生是将回收的铣刨路面材料和再生剂相混合进行再生后作为面层混合料的 一种技术。厂拌再生可用于修复面层和基层的病害，厂拌再生对反射裂缝和行驶质量低 下等病害的修复效果良好，厂拌再生的最大优点在于：在不改变路面横向、纵向几何特 征的情况下对路面的病害有显著的改善：厂拌再生也可改善路面的厂乙何线形和修复任何 类型的裂缝。厂拌再生的路面一般能满足正常的需要，但为了防止厂拌再生路面发生水 损害以及分散交通荷载作用的需要，常常在厂拌再生路面上加铺热拌沥青混合料。 2 生产方法与施工设备 厂拌再生是在拌和楼中将旧铣刨路面材料面层、稳定剂和新集料( 需要时) 冷拌 混合进行再生的技术。其主要的生产步骤有( 见图3 5 ) ：铣刨原路面；破碎旧路面 材料贮存；拌和；摊铺、压实：完成后在表面加铺热拌沥青混合料作为磨耗层。 第三幸沥青路面再生利用技术 图3 5 拌再生的步骤 1 ) 铣刨原路面 厂拌再生的第一步是在设定厚度下将旧路面铣刨、破碎，然后将这些材料运至拌翻 厂。铣刨原路面有几种方法：一种方法是刨除原路面，然后将旧路面材料运至拌和r 将旧路面材料在拌和厂破碎并按尺寸分级，若旧路面能得到充分破碎，旧路面层和匣l 集料的尺寸和级配就能控制得很好，这样能避免出现过大尺寸的集料。更常用的一种方 法是在铣刨原路面材料的同时对旧路面进行破碎分级，然后将破碎成一定尺寸的回收杉 料送至拌和厂拌和生产。该方法可较好地控制再生深度，且生产率高，但该方法生产的 回收材料中有部分材料的尺寸过大。 2 ) 旧路面材料的破碎、筛分和贮存 旧路面材料