（道路与铁道工程专业论文）沥青路面冷再生设计方法及性能评价.pdf

摘拦 摘要 改革开放以来，近1 0 多年我国高速公路建设发展迅速。截止2 0 0 5 年全国高速公路通车里 程接近5 万公里。大量高速公路已接近设计使用年限，影响行车的通畅和安全，早期修建的 高等级公路陆续进入维修或改建期。沥青路面冷再生技术与传统的沥青路面维修方式相比， 具有显著的经济效益、社会效益和环境效益。 首先，本文在借鉴国内外沥青路面再生技术方面的经验和研究成果上，进行旧沥青路面 性能的研究，采用不同的调查方法进行路况调查，通过不同的r a p 取样方法，获得有代表性 的旧料来评价沥青的老化程度和集料状况。介绍乳化沥青的制备机理和稳定机理，确定了用 于制备冷再生的慢裂慢凝阳离子乳化沥青的配方，并评价了乳化沥青的质量检验标准。 其次，本文介绍了冷再生的相关设计方法，确定采用马歇尔设计方法和s u p e r p a v e 设计 方法。对不同水泥含量的冷再生混合料进行配合比设计及路用性能评价，确定了再生混合料 的乳化沥青用量和水泥含量，并制定了乳化沥青冷再生混合料的室内试验标准。基于微观力 学方法确定厂拌再生混合料中的r a p 数量，用于质量控制和质量保证q c q a ，应用有限元 分析沥青老化层在再生泥合料中的作用机理。 最后，总结出乳化沥青厂拌冷再生的施工工艺及现场质量验收标准。 本文研究结论表明，针对我国大量高速公路需要维修或改建的现况，沥青路面冷再生技 术是一种非常适用且经济的手段。因此该技术有着广泛的应用前景。 关键词：乳化沥青；回收沥青混凝土路面：现场冷再生；配合比设计；复数剪切模量 a b s t r c t a b s t r a c t s i n c er e f o r mo p e n i n g ，f r e e w a yc o n s t r u c t i o no f o u rc o u n t r yi sr a p i d l yd e v e l o p e di nl a s t1 0 y e a r s a tt h ee n do f 2 0 0 5 t h et o t a ll e n g t h so f f r e e w a yh a v ee x c e e d e d5 0 t h o u s a n dk i l o m e t e r s m a n yf r e e w a y sh a v eb e e nc l o s e dt ot h ed e s i g nu s a g el i f e ，a f f e c t i n gt x a f f i cs p e e da n ds a f e ，m a n y h i g hg r a d er o a d w a y sh a v e b e e ni n t ot h ep e r i o do f m a i n t e n a n c ea n dr e b u i l d i n g c o m p a r i n ga s p h a l t p a v e m e n tc o l dr e c y c l i n gt e c h n i q u ew i t ht r a d i t i o n a la s p h a l tp a v e m e n tm a i n t e n a n c em e t h o d s ，t h i s t e c h n i q u eh a sr e m a r k a b l ee c o n o m i cb e n e 觚s o c i a lb e n e f i ta n de n v i r o n m e n tb e n e f i t f i r s t l y , t h i sp a p e ri sb a s e d0 9a s p h a l tp a v e m e n tr e c y c l i n gt e c h i n i q u ee x p e r i e n c e sa n d r e s e a r c hr e s u l t s o l da s p h a l tp a v e m e n tp e r f o r m a n c ei se v a l u a t e da n dr e p r e s e n t a t i v er a p s a m p l e s a 糟o b t a i n e db yd i f f e r e n tm e t h o d s i no r d e rt oe v a l u a t ea s p h a l ta g e de x t e n t s l o w - s e a i n gc a t i o n i c a s p h a l te m u l s i o n sc o n s t i t u t e sa md e t e r m i n e d s e c o n d l y , d e s i g nm e t h o d so f c o l dr e c y c l i n ga l ei n t r o d u c e di np a p e r ，m a r s h a l la n ds u p e r p a v e d e s i g nm e t h o d sa r eu s e d t od i f f e r e n tc e m e n tc o n t e n tc o l dr e c y c l i n gm i x t u r e ，m i xd e s i g na n d p a v e m e n tp e r f o r m a n c ee v a l u a t i o na l ep e r f o r m e da n dl a bt e s ts t a n d a r d so f a s p h a l te m u l s i o nc o l d r e c y c l i n gm i x t u r ea l ec o n s t i t u t e d b a s e do nm i c r o m e c h a n i c s m e t h o d a m o u n to f r a p i np l a n t m i x t u r ei sd e t e r m i n e df o rq u a l i t yc o n t r o la n dq n a l i t ya s s u r a n c e b a s e do nf e m ，a g e da s p h a l t l a y e r se f f e c t i o nm e c h a n i s mi sa n a l y s i s e d f i n a l l y , a s p h a l te m u l s i o nc o l di n - p a l c er e c y c l i n g sc o n s t r u c t i o nt e c h n i c sa n di n p l a c eq u a l i t y i n s p e c t i o ns m n d a l d sa l es u m m a r i z e d t h ec o n c l u s i o n so f t h i sp a p e ri n d i c a t et h a ta s p h a l tp a v e m e n tr e c y c l i n gt e c h n i q u ei sv e r y a p p l i c a b l ea n de c o n o m i cm e a s u r ef o rt h ep r e s e n ts i t u a t i o nt h a tm a n yf r e e w a y sa l en e e dt o m a i n t a i no rr e b u i l d ，s ot h i st e c h n i q u eh a se x t e n s i v ea p p l i c a t i o np r o s p e c t k e yw o r d s ：e m u l s i o na s p h a l t ；r e c l a i m e da s p h a l tp a v e m e n t ；c o l di n - p l a c er e c y c l i n g ；m i xd e s i g n ； c o m p l e xs h e a rm o d u l u s 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获德东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：? 一益型堡一日期：j 塑生监一 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：盎坌垒：导师签名：i 壁垒垫期：! ! ：兰兰 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景及国内外研究现状 国外对沥青路面再生利用研究最早是从1 9 1 5 年在美国开始的，但由于以后大规模的 公路建设，对这方面的研究投入较少。1 9 7 3 年石油危机爆发后美国对这项技术才引起足够 的重视，并且迅速在全国范围内进行了广泛的研究，取得了丰硕的成果。到8 0 年代底美国 再生沥青混合料的用量几乎为全部路用沥青混合料的一半。并且在再生刑开发、再生混合料 设计、施工设备等方面的研究也日趋深入。根据美国联邦公路局报道，在重新罩面式拓宽项 目中每年要使用7 3 0 0 万吨旧沥青路面，重复利用率达8 0 ，沥青路面的再生利用在美国已 是常规的工程实践。 欧洲国家也十分蘑视这项技术。联邦德国是最早将再生料应用于高速公路路面养护的国 家，在1 9 7 8 年就已将全部废弃沥青路面材料加以回收利用。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。法国现在对再生技术的研究也颇为重视，在高速公路和一些重 交通道路的路面修复工程中开始逐步推广应用这项技术。 综观欧美等国的沥青路面再生利用技术的研究发展状况，特别重视再生技术的实用研 究。并取得了很大的成果，已经形成一套比较完整的再生技术，达到了规范化和标准化的程 度，但世界上对于沥青路面再生技术还没有统一的规范。表1 1 为国内外关于再生技术方面 的一些技术手册。 表1 1 国内外沥青再生方面的技术资料 时间( 年) 国家j f ；版物 1 9 6 6前苏联 沥青混凝七睃料再生利用技术的建议 1 9 7 9 前苏联旧沥青混凝土再生混合料技术准则 1 9 8 i 美国路面废料再生指南 1 9 8 i美国 沥青路面热拌再生技术手册 1 9 8 3 联邦德国沥青路面冷拌冉生技术手册 1 9 8 4 臼本路面废料再生利用技术指南 1 9 8 1联邦德国 热拌再生沥青混凝士施工规范 1 9 8 3英国 热拌沥青混凝土基本规范 1 9 9 7 中国台湾再生沥青混凝土施工规范 1 9 9 4联邦德国 再生沥青混凝土施- 亡指南 我国在8 0 年代，进行过沥青路面再生技术的研究，但当时再生对象主要是渣油路面。 8 0 年代中后期我国开始进行大规模的高等级公路建设，由丁二人力、物力的不足以及对沥青 再生技术不够重视，致使我国对这方面研究的深化与延伸基本处于停滞状态。近十多年来我 国修建的高等级路面大多为沥青路面，而且所用沥青进口的占很大比例，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费用中的比例也越来越大。大量 公路已接近设计使用年限，其中高等级沥青路面已经或即将进入维修或改建期，大量的翻挖， 铣刨沥青混合料被废弃，一方面造成环境污染，另一方面是资源的极大浪费。1 9 9 8 年l o 月， 我国首次利用现场冷再生技术，采用德国维特根公司的现场冷再生设备w r 2 5 0 0 ，对河北省 境内的一段i r 路就行了改造”j 。目前，我国由于缺乏必要的理论指导、科学的设计方法及机 械设备的支持，再生旧料在我国实际工程中并没有得到大量应用。随着我国高等级沥青路面 维修养护量的不断增加，因此有必要对再生技术进行深入、系统的研究。 东南大学硕士学位论文 1 2 研究的主要内容和方法 目前沥青路面冷再生技术包括厂拌冷再生和现场冷再生，主要应用沥青混凝士面层或部 分基层材料再生材料形成的结构层可以作为高等级公路的基层、底基层或低等级公路的面 层( 加铺雾状封层，f o gs e a l ) 。 本文研究的主要内容是沥青路面冷再生的相关设计方法，采用制备的乳化沥青作为再生 剂，利用铣刨的沪宁高速公路面层材料进行冷再生，再生料主要应用于沪宁高速公路扩建工 程的基层或底基层。并根据室内试验和现场施： 总结出室内外的质量检验标准和厂拌、现场 冷再生的相关施工工艺或规范。 本文研究的主要内容包括以下几个方面： ( 1 ) 路况的调查方法和旧料的取样方法，确定适合采用冷再生技术的路面条件状况； ( 2 ) 用于冷再生的慢裂慢凝阳离子乳化沥青的研究开发； ( 3 ) 乳化沥青冷再生的设计方法研究； ( 4 ) 水泥一乳化沥青的再生机理，添加剂的选择标准，不同水泥用量对冷再生混合料性能的 影响； ( 5 ) 乳化沥青现场冷再生混合料配合比设计及路用性能评价； ( 6 ) 冷再生路面结构设计中的强度指标研究； ( 7 ) 乳化沥青厂拌冷再生的施工工艺和现场质量控制指标研究； ( 8 ) 基于微观力学方法确定厂拌再生混合料中r a p 的数量： ( 9 ) 基于有限元方法分析沥青老化层在再生混合料中的作用机理； ( 1 0 ) 现场冷再生通用规范及再生施工中的辅助设备。 本文研究采用的关键技术路线如下： ( 1 ) 广泛收集国内外关于沥青路面再生技术的资料，了解国内外在该领域内的研究深度和 研究动态； ( 2 ) 借鉴国内外的设计经验，确定乳化沥青冷再生混合料的设计方法； ( 3 ) 根据相关技术规范，进行室内再生混合料配合比设计和性能试验，评价其路用性能； ( 4 ) 根据沪宁高速公路试验路的铺筑状况，总结冷再生的施l j 二艺、现场质量控制指标和 相关技术规范 1 3 研究的工作背景、目的和意义 目前，我国沥青路面的使用寿命普遍偏短，早期破坏也比较严重，主要表现在随着运营 时间的推移，沥青路面行驶性能不断衰减，表面抗滑性能不断下降，出现了泛油、车辙、拥 包和松散等病害，随着沥青路面路用性能的下降，进行定期的维修养护可以恢复路面的正常 使用功能。 截至2 0 0 5 年，我国高速公路里程为5 万公里例。在9 0 年代后陆续建成的高速公路已 经进入大、中修期，其普遍采用沥青混凝十面层，根据沥青路面的设计寿命( 1 2 1 5 年) ， 从现在起每年有1 2 的沥青路面需要翻修，旧沥青废弃鼍将达到每年2 2 0 万吨。目前我国 还没有完全掌握旧沥青混凝土的再生技术，若按现有路面技术进行养护维修，这些沥青混凝 土层翻挖后只能废弃掉，对于优质沥青匮乏的我国来说不仅是对资源的极大浪费，同时也对 环境造成了严重的污染，破坏生态环境。 沥青路面再生技术通过重复利用沥青混合料，达到节约资源、降低工程造价和保护生态 环境的目的，并还能彻底消除原有路面的拥包、车辙和松散等病窖对上层沥青混凝土的影响， 2 第一章绪论 还可以对基层病害进行适当处理。因而，沥青路面再生利用技术具有显著的社会、经济和环 境效益。根据世界银行的调查p 1 ，路面质量f 降4 0 时需花费i 美元进行修复，若因为修复 不及时而导致路面质最损失了8 0 ，此时需要花费4 5 美元进行修复，路面状况与时间的 关系见图l - 1 为了使路面保持在良好的路用性能状态，必须及时进行修复以保持路面在一 个特定的状况。 1 0 0 8 0 路 6 0 面 状4 0 况 2 0 o o4s1 21 61 82 0 年限 图l - i 路面状况与时间关系图 根据世界银行的统计表明p j ，若沥青路面的使用寿命为1 2 年，则在沥青使用寿命达到 8 1 0 年的时候，进行一次现场再生，可将其使用寿命提高到2 0 年。图1 - 2 描述了沥青路 面在现场冷再生前后的状况。国外的应用实践证明，沥青再生技术是公路建设可持续发展战 略的重要组成部分。随着人们对环保的关注，沥青路面再生利用技术将越来越受到人们的关 注，将会成为公路工程建设中有待进一步发展的重要实用技术。随着时间的推移和技术的不 断成熟，渤青路面再生技术的经济效益和社会综合效益将会越来越显著，符合国家经济和社 会发展的辂体方向和需要。 ( a ) 冉生前的路面( b ) 现场序冉生后的路豳 图1 也现场冷再生前后的路面状况 1 4 沥青路面再生技术分类 沥青路面再生利用就是将旧沥青路面经过翻挖、回收、破碎、筛分等方法处理后，与再 生剂、新沥青和新集料( 如果需要) 等按一定比例重新拌和成混合料，能够满足一定的路用 性能并重新铺筑于路面的一整套工艺。 沥青路面损坏总体可分为两大类：一类为结构性损坏，包括路面结构整体或其中某一部 3 东南大学硕士学位论文 分的破坏，使路面不能支承预定的荷载；另一类为功能性损坏，它可能不伴随结构性损坏而 发生。但由于平整度和抗滑性能等的下降，使其不再具有预定的功能，从而影响行车质量。 沥青路面再生技术主要适用于路面的功能性破坏，例如车辙、裂缝、坑槽等路面病害 影响行车品质，对路面的结构性破坏不能起到明显的改善作用。 路面再生的种类很多，根据沥青再生和同收协会a r r a 【4 】( a s p h a l tr e c y c l i n ga n d r e c l a i m i n ga s s o c i a t i o n ) 的定义，沥青路面再生技术可分五种方法：( 1 ) 厂拌热再生( h o t r e c y c l i n g ) ；( 2 ) 现场热再生( h o ti n - p l a c er e c y c l i n g ) ) ( 3 ) 冷再生( c o l dr e c y c l i n g ) ) ( 4 ) 全深度再生( f u l ld e p t hr e c l a m a t i o n ) ；( 5 ) 冷铣刨( c o l dm i l l i n g ) 。通常按照再生方式和地 点的不同分为：( 1 ) 厂拌热再生( h o ti n - p l a n tr e c y c l i n g ) ) ( 2 ) 现场热再生( h o ti n - p l a c e r e c y c l i n g ) ；( 3 ) 厂拌冷再生( c o l di n - p l a n tr e c y c l i n g ) ；( 4 ) 现场冷再生( c o l di n - p l a c e r e c y c l i n g ) 。表1 2 中给出了不同沥青路面再生方法的优缺点。 表1 2 沥青路面再生方法的优缺点 沥青路面再生方法 优点缺点 1 最小的交通中断 i 违反污染准则 2 需要较少的新材料 2 难于控制罩面的质量 加热一重拌一覃面3 ，只能用于结构较好的路面 3 采用薄覃面延缓反射裂缝 4 加热旧沥青，烧伤可能发生 4 消除较小的平整度 5 t 作质量控制难以获得 1 提岛路由的行驶质量 2 可以用于渤青和水泥路面 表面再生3 通过罩面提高抗滑性能 1 可能带来其它病害问题 冷铣刨4 当采用罩面资金不够时。提供了 2 只能用于结构好的路面 一种解决方法 5 减少了罩面的厚度要求 6 塌小的交通中断 1 最小的交通中断i 暂时抗滑性能降低 荐生剂2 速度快和易于应用2 只能用于结构好的路面 3 最少的费用3 不能用于高沥青吉量的路面 1 利用旧路 2 防止反射裂缝i 交通中断 冷拌再生3 提商路面结构的坚固性2 要求罩面 4 提高抗霜冻能力3 可能成本效益高( 不经济) 5 如有必要。允许地基修补 l j 利用旧路 2 要求较少的新料 1 交通中断 3 和新路面性能一样 热拌再生2 可能成本效益高( 不经济) 4 保持目前的捧水形式和结构 5 如有必要，允许地基修补 6 防止反射裂缝 现场冷再生使用再生剂对旧路材料进行处理，典型的处理深度为7 5 m m 一1 0 0 r a m ( 为部 分深度再生，全深度再生厚度为1 0 0 m m 3 0 0 m m ) 。现场冷再生的工程中有时需要添加新集 料，但该过程中通常是没有材料运输的( 除了再生剂的运输) ，而厂拌冷再生需要将材料运 输到拌和场，这是与厂拌冷再生最明显的不同之处。现场冷再生过程包括：铣刨原始路面、 回收沥青混凝土r a p ( r e c l a i m e da s p h a l tp a v e m e n t ) 的粒径筛分、再生剂的添加、再生料 4 第一章绪论 的摊铺和压实现场冷再生的优点如下嗍： ( 1 ) 显著提高路面的结构性能，而无需改变路面的几何特性。无需重建路肩； ( 2 ) 处治路面的一些病害； ( 3 ) 如果铣刨和处理深度足够深，那么可以消除反射裂缝 ( 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； ( 1 0 ) 减少了空气的污染： ( 1 1 ) 减少了霜冻敏感性； ( 1 2 ) 进行老路拓宽工程； ( 1 3 ) 仅需加铺一层薄h m a 罩面层或进行封层。 厂拌冷再生是将r a p 和再生剂相混合进行再生后作为底面层混合料的一种技术。厂拌 冷再生的再生范围可以达到路表以下1 5 0 m m 的厚度。该方法是将r a p 在拌和场破碎，然后 在特定的冷拌设备中与液态稳定剂拌和均匀，从而增加路面的承载能力厂拌冷再生可以使 用多种冷再生剂或乳化沥青将旧沥青的性能恢复或接近原有状态。厂拌冷再生的优点如下： ( 1 ) 修复面层和基层病害： ( 2 ) 消除反射裂缝； ( 3 ) 不改变路面几何特性： ( 4 ) 改善行驶质量： ( 5 ) 节省原材料； ( 6 ) 节约能源； ( 7 ) 减少了空气的污染； ( 8 ) 进行老路拓宽工程； ( 9 ) 仅需加铺一层h m a 。 5 第二章旧沥青路面性能的研究 2 1 路况的调查 第二章旧沥青路面性能的研究 2 1 1 历史记录回顾 历史记录回顾主要包括修建纪录、养护信息的评估及历史自然条件的调查，这些用于评 估路面的损坏率和维修的有效性。路段内的交通量调查分析包括年平均日交通量、重型车辆 交通所占比例、每个重型车辆所相当的“当量轴载数量”及交通量增长率。 2 1 2 视觉调查 视觉调查的目的是决定路面病害的形式和严重性。采用s h r p ( 美国公路战略研究计划) 中介绍的路面破坏类型进行分类如下【5 】： ( 1 ) 表面破坏：松散、冒油和集料磨光，见图2 1 ； ( 2 ) 变形：搓板、车辙和拥包，见图2 2 ： ( 3 ) 裂缝：龟裂裂缝、轮迹裂缝、路缘裂缝、滑移裂缝、块状裂缝、纵向连接裂缝、横向 裂缝和反射裂缝，见图2 - 3 ： ( 4 ) 维护补丁，见图2 3 ： ( 5 ) 行驶质量及基层、路基问题。 ( a ) 松散 c o ) 泛油 图2 - 1 表面破坏 6 ( b ) 集料磨光 东南大学硕p 学位论文 ( a ) 龟裂裂缝 ( c ) 纵向裂缝 图2 - 2 变形 7 ( b ) 块状裂缝 ( d ) 横向裂缝 第二章旧沥青路面性能的研究 ( c ) 反射裂缝( f ) 修护补丁 图2 3 裂缝和修护补丁 需要注意的是现场冷再生c i r 也许不能有效解决车辙、拥包和泛油。这些病害的产生 原因可能主要是原来混合料中粘结料的含量过多。采用c i r ，再加入沥青胶结料料，会加重 这种情况，这时需要加入新的集料来减少油石比 2 1 3 路面调查 路面调查提供一些附加信息，比如关于旧路的实际条件、自然环境和视觉调查过程中确 定的病害程度，该调查主要是通过岩芯取样来确定沥青层的厚度和用于再生的旧料性能，评 估路面的平整度、基层和路基出现的问题。当路面基层和路基出现问题时并不适合采用c i r ， 路面调查中应确定1 日路的结构强度是否能够承受c i r 的设备。 路面调查用来分析路面的病害形式，判定是否适合采用再生，分析过程如图2 - 4 所示。 图2 - 4 路面修复方法的选择7 】 2 1 4 沥青路面再生方法的适用性分析 基于病害分析，a r r a 推荐表2 1 作为选择再生方法的指导，对于应用不同的再生方法 8 东南大学硕士学位论文 ( 如现场冷再生) 的技术步骤和具体事项的详细讨论在表2 2 中表述。 表2 1再生方法的选择指导嗍 路面瘸害类型厂拌热再生现场热再生现场冷再生全深度再生 表面病害 松敢f 泛油f 滑移 f 变形 搓板 x ， 车辙一浅 x ， 车辙一深 x 67 裂缝，荷载相关 龟裂 纵向一轮迹 x 路面边缘 滑移 x 9 裂缝，荷载不相关 块状( 收缩) x 纵向接缝 x l o 横向裂缝( 温缩) x 反射裂缝 维修补丁 溅水 x l i x 剥落 x i i x l i 坑洞 x x 凹陷( 热拌) xx 基层路基问题 行驶质量平整度 通常的不平整 xx 沉降 x 1 2x 1 2x 路隆( 冻胀) x 1 2x 1 2x 1 4 注； l 该路面为存路基或采用水泥、石灰、粉煤灰、二灰改性过的路基上各层均为沥青混合料。 2 如果表面层厚度不超过i 5 i n ( 英寸) 是可应用的 3 车辙范围在路面结构上半部分( 1 s i n - 2 i n ) 。 4 车辙来源于路面的下半部分( 在表面层下面和包括基层和路基) 5 如果受影响的整个层或加入特殊的沥青混合料不能处治，可以是一个暂时的修正方法。 6 对于不稳定的混合料，可能要求新集料的加入 7 如果土太软、涩，路基可能要求化学稳定剂。 8 如果裂缝范围在路表面层是可应用的 9 如果当处治到一定的深度。该深度在出现滑移的层底时，是可应用的 1 0 如果裂缝范围在路表面层是可应用的 1 l 在一些实例中，在处治前( 当沥青吉量较高时) 通过冷铣刨可以移除溅水和剥落补丁 1 2 如果病害和路基问题有关。可能仅是一个暂时的矫正。 9 第一二章旧沥青路面性能的研究 1 3 如果沉降是由于一个软、湿的路基条件时使用 1 4 如果是由于冻融或路基土的膨胀引起的路隆时使用 表2 2 不同再生方法的应用和细节 方法应用细节 能够用于处治表面病害，变形，与荷载相关 能够使用的r a p 古量取决于再生混合料的 和不相关的裂缝维修补丁从旧路上获得 类型和热混合科拌和厂的类型r a p ，原生材 厂拌热再生的材料进行料堆贮存。用于将来使用。同样 料堆贮存的r a p 能在拌和厂和其它材料拌 料混合比例通常是1 0 ：9 0 - 3 0 ：7 0 ，最大的 比例为5 0 ：5 0 ( 鼓式拌和厂) 和以获得合适的混合料。 能够用于处治表面病害。搓板。表面车辙， 现场热再生要求一定数量的重型机器和设 纵向裂缝和滑移裂缝。深度可达到5 0 m m ， 备由于较高的费用，应该在一些特定的区 旧路材料能够完全利用，只需少量的原生材 域进行使得成本费用较低同样，由于该方 现场热再生料，因此节省了大量的运输费用。该方法能 法通常有较长的设备车队因此对于城市道 够明显地减少修复时间对于交通量大的公 路并不适合，只有非常有限的空阃用于操作 路和城市道路是合适的，不需要封闭交通很 设备。对于路面有明显数量的由于液体沥青 材料和灌缝材料构成的补丁，该方法会产生 长时间 空气质量问题。 能够处治在面层下沥青层的车辙。荷载相关 的块状和温缩裂缝，维修补丁旧路材料能 在许多实例中，现场冷苒生需要一个养生时 够完全地使用，因此节省了大量运输新材 间，然后加铺一个磨耗层，尽管较小的机械 料的费用同样，由于该技术没有使用加热。 现场冷再生是可用的该技术可以包括很长的车队，因 不会产生空气污染，节约能源和节省资金 此对于城市道路并不适合。只有非常有限的 该方法能够提高旧路的结构能力同样只有 空间用于操作设备。 较短的交通中断，可以用于交通量大的道 路，只需封闭交通很短的时间 能够处治表面层下的车辙，包括基层，荷载 牟深度阿生通常会产生一个新的基层必须 相关的块状和温缩裂缝，维修补丁，该技术 加铺一个合适的磨耗层作为个c i r 过 特别适用于基层有问题或结构能力不足的 程，要求一定的养生时间。目前f d r 缺少 全深度再生路面。因为该方法基本上是一个现场冷再生 合适的修建指导原则和技术规范。整个过程 过程它具有现场冷再生所具有的全部优 必须要有经验的工程师进行指导监督。由于 点包括节省运输费用和节约能量，不会出 有一部分不是沥青层也要再生。最终的混合 料必须小心地监拧，防止由于不理想的材 现空气质量问题 料的污染( 比如植被和大块的r a p ) 2 2r a p 的取样方法及评价 2 2 1 旧路取样 国外高速公路机构通常要求进行一个初步取样和评估程序来获得1 日路的材料性能，包括 级配、沥青含量、针入度和粘度等。综合利用历史数据如修建计划、路况调查和维修记录， 描述路面部分、表面病害和结构能力等方面的实质差别，采用这些差别可以将工程按不同的 材料或不同的铣刨深度分成许多单元。使用随机取样方法可以获得每个单元的初步试样，初 步取样过程是根据历史记录将路面按照相似的组成分成多个修建单元，每个修建单元划分成 6 8 个等长的小部分，从每个小部分中随机选取一个试样，每个试样要有足够的大小( 最少 1 0 东南大学硕士学位论文 6 8k g ) ，用于抽提回收和沥青胶结料试验。表2 3 给出了一些州高速公路部门的取样频率和 试样大小，用于在工程实施阶段进行评估，建议的最小频率为每1 6 公里车道取一次样( 3 个岩芯试样) 。岩芯取样的深度为铣刨的深度。图2 - 5 给出了取样的详细流程图，该流程图 可以评估r a p 料在性能方面的显著差异。随机取样方法基于统计学原理，适当的取样方法 可以减少费用和工作量。对试样进行试验和分析得出平均值和标准方差如果偏差较大应重 新取样试验。 a a s h l d t l 6 8 沥青路面混合料取样( 关于路茄取样) 可以作为使用指南，以获得h m a 路面岩芯取样。 表2 3 路面初步取样的频率和试件大：j d g ! 州取样频率试样大小 亚利桑那3 个岩芯取样i i 6 k m 车道整个路面结构深度，直径1 5 0 m m 佛罗里达3 个岩芯取, 洋- i 6 k m 车道，每车道晟少2 组整个路面结构深度直径1 5 0 r a m 堪萨斯3 个岩芯取样，1 6 k i n 车道，至少3 0 个岩芯取样整个路面结构深度。直径1 0 0 r a m 内华达 1 个岩芯取样7 5 0 m 车道整个路由结构深度，直径1 0 0 m m 德克萨颠1 0 个岩芯取样，项目整个路血结构深度，直径1 5 0 m m 怀俄明2 个岩芯取样k m整个路由结构深度，直径1 5 0 m m 威斯康星1 个岩芯取样8 0 0 m 所取试样的表面积至少有2 3 0 c m 2 2 2 2 运输车的取样 r a p 试样可以从r a p 运输车取样，主要用于厂拌冷再生，运输车从铣刨点到拌和厂， 将材料进行料堆存放。图2 - 5 给出了取样的详细流程图。 a a s h t o t 2 的集料取样( 关于从运输车取样) 可以作为运输车r a p 取样的指南。 2 2 3r a p 料堆取样 r a p 的铣刨可能会改变集料的级配，拌和厂r a p 料堆的试样应该进行取样试验。为了 获得r a p 料堆有代表性的试样，应在料堆的不同方位取l o 个试样。料堆表面移开至少1 5 0 m m 的试样后再进行取样，以减小离析的影响，试样中舍弃大于5 0 m m 的颗粒。试样大小应 该至少为5k g ，一半用于进行混合料成分试验，另一半用于混合料配合比设计。对每个试样 进行抽提试验，以获取沥青含量和集料的级配。推荐5 个试样进行阿布森同收试验和决定沥 青性能。当最终的试样确定用】：混合料配合比设计后，料堆中不允许再添加r a p 材料。料 堆取样方法如图2 5 所示。 a a s h t o i 2 集料取样( 关于料堆的取样) 可以作为指导原则，用于从r a p 料堆中进行 r a p 取样。 2 3r a p 的性能分析及评价 2 3 i 集料的评估 a a s h t ot 2 7 集料的筛分分析，可以利用该方法对r a p 抽提后的集料进行筛分分析， 级配不满足的地方可以通过掺加相应筛孔部分的原生集料来矫正。 如果需评估回收沥青的物理指标，需从r a p 中分离出定鼍的沥青胶结料。如果不需对 沥青评估，n c a t ( 美国国家渤青技术中心) 采_ i j 燃烧法来确定r a p 的泐青含量和集料级配。 第二章旧沥青路面性能的研究 路面取样运输车取样料堆取样 茎i 雾詈雹至冕嚣 i 每个问龋时问随机 吐取晒辆卡车取样 i 每辆卡车随机获得 一个试件 i 进行试验 1 分析教据求平均值 和标准偏差 l 将料堆分成有1 2 l i l 嗽的h 捂 i i i 在每一块中选择一l 1 个随机取样点 l i l 存每个舣样冉如 扛母一个取样点，鲫i l 果动力骚置能档乱料 果动力装置小能够从i i 堆最【莉个获得一 料堆项邬获得个试l 1 个试样和量下砷二十 样和在料堆 半部分l i获得个试样 相毗邻块的地l 获得l 一个试件 ，i 进行试验 每一层每一块采用一个测试值 0 分析数据 求平均值和标准偏差 图2 5r a p 取样流程i 虱1 9 ) s h r p 已经发展了一个改进的方法，从抽提溶液中同收沥青胶结料。s h r pd e s i g n a t i o n b 0 0 6 沥青胶结料的抽提和回收用于流变性试验，如图2 - 6 所示。这种方法优于阿布森法。 本文中由于试验条件限制，采用公路工程沥青及沥青混合料试验规程离心分离法( t 0 7 2 2 1 9 9 3 ) 测定沥青混合料中的沥青含量；阿布森法( t0 7 2 6 1 9 9 3 ) 用于回收沥青。然后 进行回收沥青的物理指标试验。 图2 - 6s h r p 抽提和回收装置图 本文中所用的r a p 取样主要来源于沪宁高速公路扩建部拌和厂的r a p 料堆，在不同的 料堆进行取样r a p 料为沪宁高速公路南京段面层铣刨料。采用离心分离法得到含有旧沥 青的三氯乙烯溶液，阿布森法用于回收溶液中的旧沥青，分离后的集料部分用于筛分分析。 r a p 料的含水量和含油量如表2 4 所示。 表2 4r a p 料的含水量和含油量 东南大学硕士学位论文 原质量a烘干质量b矿粉质量抽提后质量c含水量( )舍油量( ) 编号 ( g )( g )( g )( g ) ( a - - b ) a ( b - - c ) b i1 4 4 5 8 8j 4 4 0 7 61 4 4t 3 6 7 4o 3 55 1 21 4 4 2 4 41 4 3 6 5 41 8 11 3 6 7 10 4 14 8 31 4 4 6 9 61 4 4 1 1 51 4 91 3 6 7 90 4 05 1 41 4 4 2 21 4 3 6 ，5 31 0 61 3 7 2 60 3 94 5 51 4 4 3 1 41 4 3 6 2 49 01 3 7 2 o0 4 84 5 61 4 4 25 81 4 3 4 8 68 41 3 7 5 40 5 44 1 结论： ( 1 ) r a p 料的含水量范围为0 3 5 - - 0 5 4 ，平均含水量为0 4 3 ，主要是由于夏天取样， 水份基本蒸发完全。因此在计算时可以不考虑水份，把r a p 当作干燥的集料来考虑 ( 2 ) r a p 料的含油量范围为4 1 巧1 ，平均含油量为4 7 。试验中由于不知道原面层 的设计含油量和级配，所以无法进行比较。从理论上来说，r a p 的沥青含量应小于设 计用油量，环境、荷载等因素使得旧路中的沥青老化。 ( 3 ) 各组r a p 材料的矿粉质量为8 4 9 1 4 4 9 t 平均矿粉含量为1 2 6 9 矿粉的塑性指数对 选择添加剂有较大的影响。 将上面6 组r a p 料进行抽提前后的集料筛分试验，试验结果如下表2 5 和图2 - 7 所示 表2 5r a p 抽提前后的级配表 筛孔 3 1 52 6 51 91 61 3 29 54 7 52 3 61 1 8 0 60 3 0 1 50 0 7 5 尺寸 原r a p1 0 09 06 95 65 04 33 22 11 39620 l1 0 01 0 0 9 0 7 96 75 54 43 42 72 2 1 4 84 21 0 01 8 97 86 75 84 73 62 92 31 483 31 0 01 0 08 97 96 95 54 43 32 72 11 263 41 0 01 0 08 37 5 6 75 94 73 52 7 2 l1 372 51 0 01 0 08 l6 86 45 74 53 42 72 11 372 61 0 01 0 08 37 06 6 5 84 6 3 52 8 2 21 3 82 根据筛分试验结果，可以推断出集料中最大粒径尺寸为1 9 r a m ，相应于中粒式a c 2 0 的规范级配范围。r a p 抽提后的集料级配和a c - 2 0 规范级配的对比如表2 6 和图2 - 8 所示。 表2 6r a p 抽提后的集料和规范级配表 筛礼尺寸( r a m )2 6 5 1 9 1 61 3 ，29 547 52 3 6 l1 8o 6 o 30 1 50 0 7 5 抽提后集料1 0 0 8 67 56 75 74 63 42 82 21 373 规范上限 1 0 0 9 07 86 25 02 61 6 1 2854 3 规范下限1 0 01 0 09 28 07 25 64 43 32 41 71 37 规范中值1 0 09 58 57 16 l4 13 02 31 6l l85 结论： ( 1 ) 抽提前最大粒径为2 6 5 r a m ，大于1 9 r a m 粒径的集料比重为3 1 3 ，而抽提后最大粒 径为1 9 m m ，且粒径大于1 9 r a m 的集料所占比例不多，说明r a p 料堆放在拌和厂时， 由于高温、少量水份及重力作用，r a p 颗粒的结块现象明显。 ( 2 ) 抽提前通过0 0 7 5 m m 筛孔的质量为零，而抽提后集料的o 0 7 5 r a m 平均通过量为2 7 ， 这部分细料可能是含有士质的矿粉，该细料的塑性指数将影响添加剂的选择。 ( 3 ) 相应于每一筛孔，抽提后的通过量明显增加，主要是由于交通荷载的累积作用导致 集料的细化现象明显。 1 3 第二章旧沥青路面性能的研究 ( 4 ) 抽提后的集料级配符合中粒式a c - 2 0 的规范范围，与a c - 2 0 的级配中值相差不大， 可以得出该r a p 料可能来源于铣刨的a c 2 0 层。 x v * 捌 赠 筛孔尺寸( 眦) 图2 7r a p 抽提前后的级配图 一抽提后集辩一 - 一规范1 限一 # 规范下限 静一规尬中值 0 0 l 0 0 7 5 0 1 50 30 611 8 23 6 4 7 595 1 32 1 6 1 9 2 65 3 15 缔孔尺寸( 朋) 图2 - 8r a p 抽提后集料和a c 2 0 规范级配图 2 3 2 老化沥青的评估 采用阿布森法回收r a p 中的老化沥青，沥青的物理指标如下表2 6 所示。 表2 6 回收沥青的物理指标表 针入度( 2 5 1 2 ，0 i m m )延度( 1 5 ，c m )软化点( )粘度( p a s ，6 0 ) 回收沥青 2 2 39 2 6 2 32 9 7 6 a h 7 0 ( 规范) 6 0 一培o 1 0 04 61 8 0 洼：动力粘度试验( 真空减压毛细管法) 也称为绝对粘度或简称为粘度tr = 8 1 5p a - s ，ip o i s e = 0 i p a s 结论： 相对于a h 7 0 号沥青规范，试验结果表明针入度减小，延度明显减小，软化点增大和 动力粘度明显增大，说明r a p 中沥青老化比较严重。 1 4 w 踮 柏 m o 东南大学硕士学位论文 2 4 本章小节 ( 1 ) 通过历史记录回顾、视觉调查和路面调查等路况调查方法，根据调查的结果进行沥青 路面再生方法的适用性分析。 ( 2 ) 通过采用旧路取样、运输车取样和料堆取样这三种取样方法，选取有代表性的r a p 试 样用于评价旧路的性能。 ( 3 ) 采用离心分离法测定r a p 的沥青含量；阿布森法用于同收渤青，得到r a p 的含水量 0 4 3 和含油量4 7 。 ( 4 ) 通过抽提前后的集料筛分分析表明，集料的细化现象比较严重。主要是由于交通荷载 的累积作用导致集料细化。 ( 5 ) 回收沥青的物理指标与a h 7 0 号的规范标准进行对比分析，说明r a p 中沥青老化现 象比较严重。 1 5 第三章用于冷再生的普通乳化沥青的开发 第三章用于冷再生的普通乳化沥青的研究开发 3 1 沥青乳化机理 乳化沥青是将不溶于水的热融状的沥青经机械作用，以细小的微粒状态分散于含有乳化 剂的水溶液中，形成水包油型的沥青乳状液。沥青是分散相，水