（市政工程专业论文）沥青及沥青混合料就地热再生工艺研究.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 目前，我国公路事业进入建修并举阶段，养护工作量日益增加。就地热再生技术作 为一种有效的旧路维护改造方法，从经济效益和社会效益角度都有明显优势，拥有巨大 的市场需求前景。与国外对沥青路面热再生技术的应用及研究相比，我国在热再生技术 应用方面有一定的优势，但是在理论体系、设计体系和生产实践体系方面仍有所欠缺。 因此，我们必须加快对热再生技术的研究，尽快形成一套适合我国的再生沥青混凝土技 术规范。 本文以g 1 0 2 线k 6 4 3 , k 6 7 6 段就地热再生项目为依托，对沥青路面就地热再生技 术和废旧沥青再生试验进行研究，主要内容如下： 1 、结合我国沥青路面施工技术规范对就地热再生技术进行工程可行性分析和施工 质量检测与评价，并对就地热再生工艺及设备进行深入研究，结合现场施工实际情况和 相应的质量检测报告，分析总结出施工质量控制的关键因素，并将其量化，便于指导以 后工作。 2 、以p a v 模拟老化试验制备的沥青为试验沥青，测量其再生前后路用性能指标， 并与抽提所得的废旧沥青再生前后的路用性能指标进行对比，分析同种再生剂再生后两 种再生沥青的性能变化差异，从而找出能证明抽提回收沥青中是否含有多余三氯乙烯和 矿粉的依据。 3 、对改性沥青再生的可行性进行理论分析和试验验证，并结合当前的就地热再生 设备及施工工艺，实验室模拟改性沥青路面再生工艺，通过对再生剂改性的方法来达到 对老化沥青改性的目的，并对对再生剂进行改性的可行性进行理论分析和试验验证。 关键词：就地热再生；施工工艺；改性沥青再生；再生剂 沥青及沥青混合料就地热再生工艺研究 s t u d y o nt h eh o t i n - p l a c er e c y c l i n gt e c h n o l o g yo fa s p h a l ta n da s p h a l t m i x t u r e a b s t r a c t r e c e n ty e a r s ，h i g h w a yc o n s t r u c t i o ni nc h i n ah a sb e e ns t e p p e di n t oap e r i o dw h e nt h e r e q u i r e m e n to fr e p a i ri sa si m p o r t a n ta st h ec o n s t r u c t i o n b e e na sa l le f f e c t i v ea g e dp a v e m e n t m a i n t e n a n c em e t h o dh o ti np l a c er e c y c l i n g ( h i r ) t e c h n o l o g yh a ss h o w n p r o m i n e n ta d v a n t a g e c o m p a r e dw i t ht e c h n i c a la p p l i c a t i o n sa n dr e s e a r c h e so ft h eh o tr e c y c l i n gt e c h n o l o g ya b r o a d ， t h ea p p l i c a t i o n si no u rc o u n t r yo u rc o u n t r yh a sc e r t a i na d v a n t a g ea p a r tf r o mt h es y s t e mi n f o ， d e s i g ni n f oa n dp r a c t i c ei n f o t h e r e f o r e ，w eh a v et os p e e dt or e s e a r c ht h eh o tr e c y c l i n g t e c h n o l o g yi no r d e r t os e tas u i to fc o n c r e t et e c h n i c a lc r i t e r i ai nr e c y c l i n ga s p h a l tf o ro u r s e l v e s t h es t u d yi sb a s e do nt h eh o ti n - p l a c er e c y c l i n gp r o j e c to fh i g h w a yg 10 2 ，f r o mk 6 4 3t o k 6 7 6 i nt h i sp r o j e c t ，w es t u d yo nt h et e s to fo l da s p h a l tr e c y c l i n ga n dt h et e c h n o l o g yo fh o t i n - p l a c er e c y c l i n g i ti n c l u d e st h ef o l l o w i n gp a r t s ： l 、a n a l y s i st h ee n g i n e e r i n gf e a s i b i l i t y ，t e s ta n de v a l u a t et h ec o n s t r u c t i o nq u a l i t yo ft h e t e c h n o l o g yo fh o ti n - p l a c er e c y c l i n gc o m b i n i n gw i n lt h e t e c h n i c a l s p e c i f i c a t i o n s f o r c o n s t r u c t i o no fh i g h w a ya s p h a l tp a v e m e n t d or e s e a r c hi nt h ee q u i p m e n ta n dt e c h n o l o g yo f i n p l a c eh o tr e c y c l i n ga s p h a i tp a v e m e n td e e p l y ，t h e na n a l y z e da n ds u m m a r i z e dt h ek e yf a c t o r s f o rc o n t r o l l i n gt h ec o n s t r u c t i o nq u a l i t y ，c o m b i n i n g 埘t l lt h ec o n s t r u c t i o ns i t u a t i o ni ns i t ea n d c o r r e s p o n d i n gq u a l i t yt e s t i n gr e p o r tt h ek e y f a c t o r sw e r eq u a n t i f i e di no r d e rt og u i d et h ef u t u r e w o r k c o n v e n i e n t l y 2 、n l ea s p h a l tf r o mt h ep a ve x p e r i m e n tw a st a k e na st h et e s ta s p h a l ta n db o t ht h e p a v e m e n tp e r f o r m a n c ei n d e xb e f o r ea n da f t e rr e c y c l i n gw e r em e a s u r e d ，w h i c hw a sc o m p a r e d 、舫mt h a to ft h ew a s t ee x t r a c t a b l ea s p h a l t c h a n g e sa n dd i f f e r e n c e so fp e r f o r m a n c ef o rt w o k i n d so f r e c y c l e da s p h a l t sg r o w nf r o mt h es a m er e j u v e n a t i n ga g e n tw e r e a n a l y z e d a c c o r d i n g l y t h ec r i t e r i o nt h a t j u d g e st h ee x i s t e n c eo fu n w a n t e dt r i c h l o r o e t h y l e n ei nt h ee x t r a c t a b l ea s p h a l t r e c o v e r e dw a so b t a i n e d 3 、t h ef e a s i b i l i t yo fr e c y c l i n go ft h em o d i f i e da s p h a l tw a sa n a l y z e dt h e o r e t i c a l l ya n d v e r i f i e di ne x p e r i m e n t m e a n w h i l e ，t h er e g e n e r a t i o np r o c e s so fm o d i f i e da s p h a l tp a v e m e n tw a s s i m u l a t e di nl a b o r a t o r yc o m b i n i n gw i t l lt h ec u r r e n tr e c y c l i n ge q u i p m e n ta n dc o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y b yv i r t u eo ft h ea p p r o a c ht om o d i f yt h er e j u v e n a t i n ga g e n t ，h a v i n gt h ea g i n g a s p h a l tm o d i f i e di sf u l f i l l e d i na d d i t i o n , t h ef e a s i b i l i t yo fm o d i f i c a t i o no ft h er e j u v e n a t i n g a g e n th a sb e e na n a l y z e dt h e o r e t i c a l l ya n dv e r i f e di ne x p e r i m e r i t i i 大连理工大学硕士学位论文 k e yw o r d s ：h o ti n - p l a c er e c y c l i n g ；c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y ；m o d i f i e da s p h a l t r e c y c l i n g ；r e j u v e n a t i n ga g e n t i i i 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目：塑羞盈塑圭丝逖丝丝趟丛塑窆 作者签名：生j 缱 日期：竺z 年j 乙月三互日 大连理工大学硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题目： 作者签名： 导师签名： 迈拯迈壹鳖型丝丝递 日期： 年互月三 日 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 1 1课题的提出及研究意义 爱翦我国的公路建设飞速发展，每年投资规模已经超过2 0 0 0 亿。在2 0 世纪9 0 年 代以后陆续建成的高速公路已经进入大、中修期，公路沥青路面大中修的废旧材料问题 网益突出。按照l o 年的大中修周期测算，我嚣高等级公路每年的大中修养护里程达3 。5 万k m ，以平均路面宽度l o m 、平均翻修厚度1 0 c m 计算，每年大中修工程产生废旧路面 材料3 5 0 0 万m 2 ，可以堆出1 3 个胡夫金字塔，如果堆砌成截面尺寸l m 2 的墙，则几乎 可以绕地球赤道l 周。我国8 5 万k m 豹国家高速公路网建成后，每年仪高速公路路面 大中修规模就将达到8 0 0 0 k m 以上，超过目前每年高速公路新建规模( 5 0 0 0 k m 左右) ， 按照平均翻修厚度l o e m 计算，届时每年产生的废| 基路面材料数量将与霹嚣每年新建高 速公路面层所消耗的材料数量相当【l l 。沥青路面维修产生的这些废旧路面材料，一方面 造成环境污染，另一方面对我国这种优质沥青极为匮乏的国家来说是一种资源的浪费， 而且大量的使用新石料、开采石料会导致森林植被被减少、水土流失等严重的生态环境 破坏。因此，对在沥青路面养护维修、改造过程中所产生的大量路面废弃材料如何加以 褥生利用，是当代公路建设中一项具有重要战略意义的重大科学技术。 沥青混合料再生利用技术，是将需要翻修或废弃的沥青路面，经过翻挖、回收、破 碎、筛分、用新级料、新沥青材料适当配合，重新拌制，形成具有要求路用性能的再生 沥青混合料，用于铺筑路面面层或基层的整套技术，它基本适用于各种沥青路面的修筑 【2 】。沥青路面再生利用，能够节约大量的沥青和砂石材料，因而能节省道路养护和维修 费用。根据美国联邦公路局的调查，1 日沥青路面材料再生利用可节约材料费5 3 4 ，路 谢建设费用降低2 5 左右，沥青节约将近5 0 ，上个世纪8 0 年代我国就沥青路面再生 利用技术研究豹成果表明，平均节约材料费用为4 7 5 ，翔除| 爨料回收、加工等费震， 降低工程造价2 0 ，其经济效益十分可观。同时由于路面废弃材料得到有效处理，使其 物尽其用，还有利予节约能源，免除废料堆置的麻烦，保护了道路的周边环境。 沥青路面再生利用其根本的意义还在于旧沥青路面材料的弭资源化。我国入口众 多，人均翻然资源并不丰富。沥青是石油工业的副产品，而道路建设沥青用量逐年大幅 增加，就现代科学来说，石油资源无法再生，越用越少，因此l 曩沥青材料荐生加以利用， 降低沥青消耗以节约自然资源，是一项有利于子孙后代的重要举措。现在人们已经意识 到过度的开采给环境造成的危害。若全国全面推广沥青路面再生利用技术，则可以减少 对自然砂石材料的需求，减少对环境的破坏，从而有效地保护环境、保护自然资源。 沥青及沥青混合料就地热再生工艺研究 因此，加强研究推广路面再生应用技术及相关专用设备的开发利用，是我国今后公 路建设中一项十分重要的任务，对降低成本、合理利用资源、保护生态环境以及促进公 路建设都有着极其重大的意义。 1 2国外沥青路面再生技术研究概况 欧美国家在上世纪7 0 年代以来就对沥青路面再生进行了大量的研究。他们在再生 混合料的拌制工艺，以及与之配套的各种厂拌热再生和冷再生拌和设备，特别是近十几 年来开发的各种大型就地热再生与冷再生联合机组，使沥青路面再生过程成为一套完整 的再生实用技术，并且达到规模化、工业化的程度1 3 4 】。 国外对沥青路面再生利用最早是1 9 1 5 年在美国开始的，但由于以后大规模的公路 建设而忽视了对该技术的研究。1 9 7 3 年石油危机爆发后，美国对这项技术引起重视，在 全国范围内进行广泛研刭2 1 。1 9 8 0 年，美国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，美国全国再生沥青混合料的用量就猛增到两亿吨，几乎是全部路用 沥青混合料的一半【5 1 ，并在再生剂开发、再生混合料设计、施工设备等方面的研究也日 趋深入。美国联邦公路局( f h w a ) 估计美国每年有五千万吨的旧沥青混合料被重新利 用，这个量相当于节省了两亿八千万公升的沥青结合料和四千七百万吨的石料，节省成 本超过1 0 亿美元【6 】。f h w a l 9 9 8 年公布的资料表明，所有5 0 个州的政府公路局几乎都 将沥青路面旧料作为骨料及粘结料的代替材料，用以生产与传统沥青混凝土品质相同的 热拌再生沥青混凝土f 7 1 。 沥青路面的再生利用在美国已是常规工程实践。美国交通运输研究委员会编制出版 了路面废旧再生指南，美国沥青协会出版了沥青路面热再生技术手册，1 9 8 3 年出版了沥青路面冷拌再生技术手册，形成了较完备的技术规范体系。2 0 0 0 年9 月美国道路协会( n a p a ) 出版了“热拌沥青混合料再生利用现状 ，介绍了有关美国 在废旧沥青混合料再生利用和废物在道路工程中再生利用的情况。2 0 0 0 年的废旧沥青混 合料再生利用率为8 0 ，居各类废物的再生利用率之首。美国高速公路和一般道路中有 9 2 为沥青路面，再生沥青混合料被广泛应用于新建路面、路基、路肩以及高填土路堤 中。据统计，目前每年再生利用的沥青混合料约为3 亿吨，可直接节省材料费1 5 - 2 0 亿美元，材料的重复利用率高达8 0 。1 9 8 7 年开始的美国公路战略研究计划提出了 s u p e r p a v e ( s u p e r i o rp e r f o r m i n ga s p h m tp a v e m e n t s ) ，一个全新的、内容广泛的沥青混 合料设计和分析体系。历时5 年，目的为改进美国道路的性能和耐久性，并提高道路的 安全性。主要成果是沥青基于性能的或性能等级( p g ) 规范和使用s u p e r p a v e 旋转压实 仪( s g c ) 的s u p e r p a v e 体积法配合比设计方法。目前此项技术已用于再生沥青混合料 大连理工大学硕士学位论文 的分析与评价，旧料掺配率小于4 0 情况下的结论已经给出【2 】，对于更高的旧料掺配率 在混合料设计、评估、材料管理方面的研究已经纳入n c h r p 研究计划【8 j 。 欧洲国家也十分重视这项技术。德国是最早将再生沥青混合料用于高速公路路面维 修的国家，早在1 9 7 8 年就已实现了废弃沥青材料的全部回收利用。某些大型的机械和 施工公司开发研制了专门进行废旧沥青混合料再生的施工机械，并且制定了与其配套的 施工技术规范，其技术已推广到世界很多国家和地区。芬兰几乎所有的城镇都组织旧路 面材料的收集和储存工作，过去再生料主要用于低等级公路的路面与基层，近些年已应 用于重交通道路。法国现在也已开始在高速公路和一些重交通道路的路面修复工程中推 广应用这项技术。前苏联于上世纪6 0 年代开始了沥青路面再生技术的研究，1 9 6 6 年出 版了旧沥青混凝土再生混合料建议书，1 9 8 4 年出版了再生沥青混凝土一书，详 细阐述了路拌再生和厂拌再生的方法。列宁格勒市道路桥梁管理局自1 9 8 0 年开始对旧 沥青混凝土进行处理，用于修建道路基层和面层。最近，欧洲沥青路面协会e a p a 在互 联网上公布，其成员国的废旧沥青路面材料以1 0 0 通过再生方式得以重复利用。 表1 1国外沥青混凝土再生技术规范 t a b1 1 f o r e i g nt e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o n sf o ra s p h a l tc o n c r e t er e c y c l i n g 日本从1 9 7 6 年开始大规模进行沥青路面再生技术进行研究，是法律法规和技术规 范建设较好的国家之一。从1 9 7 6 年至今废旧沥青路面的再生利用率已超过8 0 ，2 0 0 0 年日本全国再生沥青混合料生产量超过全部沥青混合料的3 0 ，达到约4 7 0 0 万吨。1 9 8 4 年日本道路协会出版了路面再生利用技术指南，1 9 8 9 年制定发行了路拌再生基层 工法技术指南( 案) 。经过十几年的试用和总结，1 9 9 2 年日本道路协会对沥青废料 沥青及沥青混合料就地热再生工艺研究 再生利用指南( 案) 进行了修订，发行了厂拌再生沥青混凝土技术指南。国外主 要发达国家在废旧沥青混合料再生利用的标准建设情况如表1 1 所示。 1 3 国内沥青路面再生技术研究概况 我国对废旧沥青混合料再生利用技术的研究具有明显的阶段性和历史特色。自本世 纪8 0 年代初期开始对废旧沥青混合料再生利用进行研究，取得了众多成果。在总结研 究成果的基础上，1 9 9 1 年发布热拌再生沥青混合料路面施工及验收规程( c j j 4 3 - 9 1 ) ， 从原材料的采集、旧沥青路面的翻挖，到再生沥青混合料的配合比设计及制备等方面都 做了相应的规定。但限于当时我国社会和经济条件，同时人们对环保意识较差，对再生 资源的利用也缺乏，因此沥青路面的再生技术并未得到广泛推广。自8 0 年代中后期到 9 0 年代初，我国高等级公路建设飞速发展，建造了大量新的高等级沥青路面。在这一时 期，高性能沥青材料、新型路面结构以及沥青路面的耐久性称为道路工作者关注的焦点， 废旧沥青混合料再生利用技术被暂时搁置。新颁布的公路沥青路面养护技术规范 ( j t j 0 7 3 2 2 0 0 1 ) 论述再生沥青混合料的条款，仍因技术陈旧、缺乏先进的再生设备没 有跳出c j j 4 3 9 1 规程的局限。 进入2 1 世纪，北京、天津、上海、广东、山东、江苏、河北等省市都相继引进了 大型的沥青路面再生设备。沥青混凝土路面再生技术又重新引起各部门单位的重视。 2 0 0 1 年，华北高速公路公司率先对京津塘高速公路和北京市城市道路实施沥青再生养护 作业，2 0 0 2 年浦东建设在上海地区进行了试用；2 0 0 3 年在沪宁高速公路上海段大修工 程采用了沥青路面现场热再生技术，维修后路段的旧料的利用率达到1 0 0 ；2 0 0 3 年至 2 0 0 4 年4 月广东冠粤路桥有限公司引进美国a s t e c 的再生设备应用于广佛高速公路1 4 公里路段的大修工程 9 1 ；2 0 0 5 年安徽省滁州市对g 1 0 4 线1 0 4 1 k - - - 1 0 4 3 k 段进行了2 k m 沥青路面热再生试验工程，经初步检测，各项技术指标均符合规范要求，节约造价5 0 ， 且施工期短【1 0 l ；2 0 0 6 年吉林省嘉鹏公路建设有限责任公司对吉林省长双公路部分路段 进行现场热再生施工，再生效果满足了常规的试验验证指标。同年，根据石安高速石家 庄段的病害情况、路面沥青旧料的性能和骨料级配、再生路面的设计使用寿命和设计利 用性能，拟定采用复拌加铺的技术方案l ，与此同时，鞍山森远集团自行设计生产的国 内首台大型现场热再生机组“森远时代列车 在连霍高速公路路面养护中得到应用l i 引。 2 0 0 7 年辽宁省在沈营线路面中修工程中也采用了热再生技术，当时的工程验收结果 表明再生效果达到了对普通沥青混凝土路面的要求，而再生路面的耐久性有待进一步观 测【1 3 】。 大连理工大学硕士学位论文 为进一步规范沥青路面再生应用技术，保证沥青路面再生工程质量，交通部于2 0 0 6 年下达了公路沥青路面再生技术规范编制任务，由交通部公路科学研究院联合国内 多家单位历时1 年半共同编制完成。2 0 0 8 年4 月，交通部发布公路沥青路面再生技术 规范，于7 月1 日起实施。 公路沥青路面再生技术规范是在借鉴和总结国内外相关应用经验和研究成果的 基础上编写而成，分9 章、6 个附录。主要内容包括：再生混合料用材料技术要求，旧 沥青路面材料的回收处理与试验要求，再生混合料设计及技术要求，各种再生方法的施 工工艺及质量控制、验收标准、相关试验方法等。具体包括：各种再生方式的定义和适 用范围；沥青、乳化沥青、泡沫沥青、集料、回收沥青路面材料( 黜廿) 等应满足的技 术要求；不同r a p 回收方法和适用场合，r a p 的检测内容和检测方法；厂拌热再生混 合料、就地热再生混合料、乳化沥青( 泡沫沥青) 冷再生混合料、水泥稳定冷再生混合 料的设计方法、设计步骤、试验方法和应达到的技术标准；各种再生方式的设备要求、 施工条件、施工准备、施工工艺、质量控制和验收标准；各种再生方式的结构设计参数 箜【l 】 寸o 1 4 本文的研究内容及意义 国外对沥青路面热再生技术的应用及研究已经相当成熟，并完整地制定了一套适合 本国的再生沥青混凝土技术规范。虽然我国在热再生技术应用方面跟国外距离相差不是 很大，但是我国在理论体系、设计体系和生产实践体系方面仍有所欠缺。从目前我国公 路建设事业的发展情况和我国的公路网计划可预见，我国公路的养护维修事业是任重而 道远的，因此，我们必须加快对热再生技术的研究，尽快形成一套适合我国的再生沥青 混凝土技术规范。 本文以国道g 1 0 2 线k 6 4 3 - k 6 7 6 段现场热再生项目为依托，采用北美比较成熟的 热再生设计和检测技术为主体思路，同时采用我国现行公路工程沥青、集料试验规程对 再生料和新料进行各项指标测试，最终结合我国沥青路面施工技术规范对就地热再生技 术进行工程可行性分析和施工后质量检测与评价，并对就地热再生工艺及设备进行深入 研究，总结控制施工质量的关键因素，并将其量化。 准确评价废旧沥青结合料的性能是沥青路面再生技术的关键环节之一，然而常规的 抽提方法很难将废旧沥青中的矿粉和三氯乙烯彻底除去，从而对准确评价废旧沥青结合 料的性能产生影响，针对这一问题，本文采用压力老化试验制备试验沥青，测量其再生 前后路用性能指标，并与抽提所得的废旧沥青再生前后的路用性能指标进行对比，分析 沥青及沥青混合料就地热再生工艺研究 同种再生剂再生后两种再生沥青的性能变化差异，从而找出能证明抽提回收沥青中是否 含有三氯乙烯和矿粉的依据。 改性沥青是否可以再生一直是个有争议性的问题，针对这一问题，本文从理论和试 验两种角度对改性沥青再生的可行性进行了分析验证，并结合当前的就地热再生设备及 施工工艺，实验室模拟改性沥青路面再生工艺，通过对再生剂改性的方法来达到对老化 沥青改性的目的。模拟试验如下：以人工老化的沥青为试验沥青，分别用s b s 改性后的 再生剂和常规再生剂对人工老化沥青进行再生，比较两种再生沥青的性能指标，从而分 析对再生剂进行改性的可行性。 大连理工大学硕士学位论文 2沥青路面就地热再生技术的工程适用性分析 2 1概述 沥青路面就地热再生( h i r ) 工艺是对旧沥青路面就地加热、翻松、拌和、摊铺、 压实，一次性将旧沥青路面翻新成型的施工方法。按工程需要来添加新集料、新沥青、 再生剂和新热拌沥青混合料( h m a ) 以提高现有道路性能。h i r 可处理的道路破损通 常有：松散、坑槽、泛油、摩擦系数降低、车辙、波浪、推挤、滑移、纵向、横向和反 射裂缝、膨胀、拥包、凹陷和沉降引起的行驶质量差等。 根据所用施工工艺不同，h i r 可分为三类：表面再生、复拌再生与重铺再生。表面 再生工艺就是用加热机加热并软化沥青路面，然后翻松路面达一定处理厚度，按需要添 加再生剂，充分拌和松散的再生混合料，最后整平摊铺碾压；复拌再生是在表面再生方 法的基础上，按需要加入新集料、新沥青和再生剂，充分拌和并均匀摊铺成一层的h i r 法；重铺法就是进行表面再生或复拌再生的同时，铺设一层新h m a 加铺层，而且表面 再生层或复拌层与h m a 加铺层一起碾压成型。并非所有的h i r 工艺同样适合处理上述 道路破损，不同的h i r 工艺有其各自的适用条件见表2 1 。因此，h i r 技术运用之前需 要进行详细的工程分析。 2 1 1 历史信息评价 在历史或现有的回顾中，需要评价的数据有【1 4 , 1 5 l ：( a ) 现有道路结构的沥青结构 厚度；( b ) 沥青路面上面层的厚度；( c ) 在预期处理厚度的1 2 5 厚度以内，是否存 在路用织物或夹层，路用织物无法使h i r 进行再生，而夹层的存在需要根据其性质和位 置做进一步评价；( d ) 是否存在沥青表面处治；( e ) 是否存在特殊混合料如开级配排 水层、开级配抗滑层、沥青马蹄脂等，它们的存在将影响h i r 工艺的选择和生产率：( f ) 在配合比设计过程中需特别注意面层中是否存在橡胶或橡胶封层，因为它们对h i r 和碾 压设备的橡胶轮胎有高粘附性；( g ) 如有碎石封层、稀浆封层、微表处、封缝和热塑 塑胶类标线需特别注意，这些材料会影响再生剂类型、外掺料( 级配、等级、数量和沥 青用量) 及掺加率的选择；( h ) 面层集料最大粒径。 2 1 2 路面破损状况评价 h i r 施工前需进行详细的路面破损评价，以确定需要维修路段的破损类型、程度和 频度，因为h i r 并不可以处理所有的路面破损形式，而且三种h i r 工艺都有各自的适 用条件。h i r 技术通常可以用来处置表面缺陷、搓板现象、表面车辙深度达到5 0 r a m 的 沥青及沥青混合料就地热再生工艺研究 径向和滑移裂缝。h i r 以沥青路面面层为施工对象，因此当路面损坏涉及到基层以下时， 就地热再生方法原则上不适用。如果表面处治、封层、封缝、热塑塑胶类标线和特殊的 混合料存在很大的问题，可在进行h i r 之前使用冷刨( c p ) 将其除去。大修或频繁修 补将增加路面材料的变异性或降低现有材料的均匀性，这将影响h i r 混合料的一致性。 对于大范围的修补可能需要对修补区进行专门的配合比设计，因为它们通常具有与原路 面完全不同的材料。 表2 1h i r 工艺可维修的道路破损类型 t a b 2 1m a i n t e n a n c et e c h n o l o g i e sf o rh i rd e s t r u c t i o n 注1 ) ：表示很适合，表示一般，表示不太适合。 大连理工大学硕士学位论文 表面再生工艺中，如果现有道路易磨光，h 瓜道路也会易磨光，除非随后加铺非磨 光性的h m a 。复拌工艺中，通过合理选择外掺集料类型和掺加率，道路的易磨光性可 以降低。重铺工艺中，再生层之上将加铺新h m a 加铺层，加铺层的集料应专门选择以 便具有抵抗磨耗的能力。深的车辙，通常是指大于预期h i r 处理厚度的约1 2 ，将影响 所用h i r 工艺的类型。如果车辙是磨损性车辙，则所有三种h i r 工艺皆可用。对失稳 性车辙，可选择复拌和重铺工艺，通过选择合适的再生剂和外掺料来加以纠正。当出现 少量结构性车辙时，如果整个加铺层厚度足以保证路面结构强度，可使用重铺法。各种 h i r 工艺可维修的道路破损类型如表2 1 所剩1 6 1 。 2 1 3 路面结构承载能力评价 道路结构承载能力评价需要结合维修设计年限内的预期交通量。h i r 7 - 艺通常要求 至少7 5 r a m 的现有沥青路面厚度以确保工艺成功。如果现有路面结构承载能力需要补 强，则需使用常规道路设计方法确定补强厚度，道路存在大范围结构失效将不适合选用 h i r 。若现有道路结构承载力足够满足预期交通量的话，则可采用三种h i r 工艺中的任 一种进行处理【1 6 1 7 1 。 ( a ) 所需补强厚度小于2 0 r a m 的h m a 路面，可用重铺工艺或采用表面再生( 复 拌再生) 与随后的薄h m a 加铺层予以处理。 ( b ) 如果补强厚度介于2 0 - - , - 5 0 r a m 之间，可对重铺法进行进一步评价，也可考虑 采用表面再生或复拌再生，但需结合随后的薄h m a 加铺层一起使用。通常，重铺法的 加铺层厚度约5 0 r a m ，h m a 加铺层最大厚度与早于加铺层摊铺的表面或复拌工艺处理 厚度有关。当h m a 加铺层厚度与下卧的h i r 处理厚度之和超过约7 5 - - 1 0 0 r a m 时，摊 铺和碾压的难度将增加很多。 ( c ) 所需补强厚度大于5 0 r a m 时，应使用其他维修方法处理，如复合维修方法、 分期维修或h m a 加铺层等。 2 1 4 旧路材料性能评价 原路面取样后应仔细检查，观测是否存在不同的道路结构层次、表面处治、夹层、 土工织物、路用纤维、专用混合料、剥落迹象、易碎或已经破裂混合料、多余的水分滞 留和任何分层趋势。应记录观测情况，留下照片资料，按预期的h i r 处理厚度修整样块， 然后对代表性样品进行室内试验以确定以下性能： ( 1 ) 旧混合料的毛体积密度和现场含水量。采用表干法或水中重法等密度试验方 法对芯样进行测试，确定旧料的毛体积密度，以备配合比设计使用；旧料的现场含水量 一9 一 沥青及沥青混合料就地热再生工艺研究 对就地热再生的加热效率影响很大。测试旧料现场含水量指标时，取样过程中不能用水 进行冷却，应采用干钻法。 ( 2 ) 旧沥青含量确定与性能评价【1 8 】。旧沥青是再生沥青混合料胶结料的重要组成 部分，其含量大小与性能特点对再生混合料的性能和就地热再生加热效果影响非常大。 国内通常采用离心抽提法确定旧料的油石比，再通过阿布森回收试验回收旧沥青胶结 料，并测定针入度、延度、软化点等指标，用于评价旧料的老化程度以及配合比设计。 ( 3 ) 旧矿料级配与性能评价。级配特征：旧矿料的级配情况直接影响到其作为路 面结构层的适用性，并制约了就地热再生混合料的级配范围，国内通常采用离心分离法 抽提沥青后，检测剩余矿料的级配。矿料性能：将旧料进行抽提后，应进行各项常规性 能的检测，通常需检测的指标有：压碎值、洛杉矶磨耗损失、视密度、吸水率、粘附性、 细长扁平颗粒含量等。 2 1 5 交通控制评价 h i r 方法可以显著节省修复时间，因此特别适合于繁忙的公路或街道；h i r 工艺由 于比传统道路维修方法工期要短，从而使得交通中断和用户不便最小化。为进一步减少 交通中断，h i r 也可在晚上或避开高峰期进行。 依据现有道路宽度，h i r 操作将占用h i r 施工区域内5 4 - - - 3 2 车道。对于狭窄道路， 需要解决来往车辆的通行能力。对于两车道道路，需保留通过施工区域的单行交通，应 准备合适的交通控制方案，如旗工、车道划分标志和疏导交通标线。非常狭窄的两车道 道路增加了交通调节困难，尤其是只有少许或没有路肩的道路。城市环境下，交叉路口 和商业通道也需要进行交通控制。由于h i r 工艺速度快，交叉路口和通道中止服务时间 不长，通常用旗工或车道划分标志来控制。本文将在第四章根据具体工程实例给出就地 热再生施工时的交通控制方案。 2 1 6 施工条件与环境因素评价 由于h i r 设备相当宽和长，需要一个水平宽阔的整夜停车区域，将不能当天运回的 设备停放在道路边，因此应特别关注现场设备的安全停放问题。为了保证再生机组安全， 每天工程结束先将机组停放在路边，再生机停驶距第二天工作起始线2 0 m 左右，再生机 向后退回即可将加热路面空出，加热机对其路面进行加热，节省准备时间。同时将两台 压路机分别放置在再生机组前后两侧，对再生机组起到保护作用。但一定要使用临时交 通指示标志、告警灯和临时信号指示交通，并派专人值班看守，负责夜间交管巡查，检 查、整理各种标志。应检查立交桥和地下通道的净高，不仅满足h i r 设备也要满足拖运 大连理工大学硕士学位论文 卡车的通行要求。施工车辆和设备要有醒目的标志，施工人员必须穿标识服，并在划定 的保护区内作业。 h i r 需要在现场加热旧沥青路面，因而施工容易受气候的影响，寒冷季节和大风天 气一般不宜施工，雨天不得施工，有研究表明：气温在1 0 以下以及风速在8 k m h 以 上的热效率将显著损失，建议施工气温在1 5 以上合适。另外需要检查施工地点附近是 否存在可燃性物质，在h i r 设备即将通过或接近任何检查井、集水池等前，必须检查有 无可燃气体的存在。 2 21 0 2 国道就地热再生项目工程评价工作 2 2 1 路面情况及病害调查 现场热再生工程将在辽宁省京哈线( 里程桩号：k 6 4 3 + 0 0 0 - - , k 6 7 6 + 0 0 0 ) 进行，京 哈线k 6 4 3 + 0 0 0 - - - , k 6 7 6 + 0 0 0 段于1 9 8 6 年第一次修建黑色路面，全宽9 m 。1 9 9 0 年进行 9 + 2 3 m 加宽，黑色路面全宽达到1 5 m ，路面结构为：基层2 0 c m 石灰稳定砾料；面层 3 + 4 c m 上拌下贯沥青路面。1 9 9 5 年至1 9 9 8 年为处置路面病害对该段进行了全线3 e m 沥 青混凝土摊铺补强处理，摊铺宽度k 6 4 3 + 0 0 0 - - - k 6 4 8 + 0 0 0 段为9 m ；k 6 4 8 + 0 0 0 , - - - , k 6 7 6 + 0 0 0 段为1 5 m 。路面改造需解决的主要问题为路面不平整、路面裂缝。本文以k 6 4 3 + 0 0 0 k 6 4 8 + 0 0 0 试验段数据为例，对热再生工程进行评价。该路段有涵洞2 座，桥2 座。经 调查路面病害主要有网裂、横向裂缝、纵向裂缝、变形等。 2 2 2f w d 落锤式弯沉仪测量 回弹弯沉值是用来表征路基路面的承载能力，回弹弯沉值越大，承载能力越小，反 之越大。我们采用落锤式弯沉仪法( f w d ) ，利用重锤自由落下的瞬间产生冲击荷载测 定弯沉，属于动态弯沉，并能反算路面的回弹摸量，快速连续。使用时应用贝克曼梁法 进行标定换算，先用贝克曼梁法对k 6 4 3 + 0 0 0 - 、, k 6 4 4 + 2 5 0 路段做检测，为标定换算提供 依据。检测频率为每2 5 m 一点，快慢车道交替检测。弯沉仪长3 6 m ，采用6 t 东风1 4 1 标准轴荷载，左轮测量。换算后的结果为均值2 3 4 ，标准差为6 1 ，弯沉值为3 2 6 。弯 沉值测定应用于旧路补强设计经验法中。测定并经过修正的计算弯沉值k 与( 容许) 设计弯沉值l d 比较，则：l o l d 为旧路不需要补强；l o h 为路面需要补强。 2 2 3 摩擦系数和平整度测量 平整度是路面施工质量的重要指标之一。它是指以规定的标准量规，间断地或连续 地测量路表面的凸凹情况。我们采用3 m 直尺单尺测定最大间隙的方法，每一处连续检 测3 尺，测记3 个最大间隙，计算结果取平均值，检测频率每车道每2 0 0 m 一点。路面 沥青及沥青混合料就地热再生工艺研究 抗滑性能采用摆式摩擦系数测定仪测定。检测频率为每车道每2 0 0 m 一点，每点测5 次， 计算结果取平均值。本文列举前l k m 的检测结果详见表2 2 ： 表2 2 外业检测记录 t a b 2 2r e c o r d so ff i e l dt e s t i n g 对路面破损状况和路面结构承载能力进行检测与评价，结果表明：本路段现有的行 车道路面状况己不能满足交通服务水平的要求，需要进行改造，但不存在大范围结构失 稳现象，主要解决的问题是路面不平整、路面裂缝等问题，适合选用h i r 维修工艺。 2 2 4 旧材料性能评价 ( 1 ) 取样 大连理_ 【= 人学硕十学位论文 制定取样计划及实施 在对原路面基本状况做了检测之后，根据路面的历史资料，把路面分成三个样区： 一区：k 6 4 3 + 0 0 0 k 6 4 4 + 0 0 0 ( 快车道) ；二区：k 6 4 4 + 0 0 0 k 6 4 8 - - 0 0 0 ( 快车道) ：三 区：k 6 4 3 + 0 0 0 k 6 4 8 + 0 0 0 ( 慢车道) 。我们采用随机法计算确定芯样和板样的取样位 置。共取芯样2 2 个，板样2 2 块。 芯样评估 在试验段取芯样和样板，取样之后对芯样和板样进行评价。由于芯样数较多，本文 仅列举几个具有代表性的芯样进行描述。具体情况见图2l 。 d 。一，醴i hd 图2 1 ( a ) 芯样描述： ( 2 0 r a m ) ( e ) 图21 芯样照片 f i g 2 l t h ep i c t u r e o f c o r es a m p l e 中对各个芯样的描述如下： 芯样序号：2 ；芯样位置：正向k 6 4 3 k 6 4 4 ，行车道正向：桩号：k 6 4 3 + 7 5 3 表面层( 1 2 n u n ) ，最大粒径( 1 0 r a m ) ，大骨料，表面中度磨耗，中面层 最大粒径( 6 r a m ) 少量扁平石，绝大多数骨料小于5 m m ，中面层2 ( 4 0 m m ) 沥青及沥青混合料就地热再生工艺研究 最大粒径( 9 m m ) ，骨料品质较差，明显粘层油过多，少量石灰石，中等数量可见空隙。 底面层( 2 0 m m ) ，最大粒径( 8 m m ) ，级配镶嵌良好、少量石灰石。 ( b ) 芯样序号：4 ；芯样位置：正向k 6 4 3 一 k 6 4 4 ，行车道反向；桩号：k 6 4 3 + 7 8 9 ； 芯样描述：表面层( 3 0 m m ) ，最大粒( 7 m m ) ，大骨料，表面中度磨耗，少量扁平石， 少量可见空隙中面层l ( 2 1 m m ) ，最大粒径( 9 m m ) ，少量可见孔隙，少量石灰岩、 少量扁平石。底面层( 2 2 m m ) ，最大粒径( 1 0 m m ) ，少量可见孔隙，较多石灰石，胶 结料偏少。 ( c ) 芯样序号：7 ；芯样位置：正向k 6 4 4 , - - - k 6 4 8 ，行车道正向；桩号：k 6 4 6 + 2 3 7 ； 芯样描述：表面层( 1 7