（道路与铁道工程专业论文）旧沥青路面材料的回收与再生研究.pdf

摘要 2 0 0 6 年1 月1 日，我国正式实施了可再生能源法，随着我国公路建设的 不断发展，早期修建的高速公路己相继进入维修、改扩建阶段，在沥青路面的维 修、改扩建过程中将产生大量的旧沥青混合料，旧沥青路面废料的回收与利用有 着重大的现实意义。本文依托西部交通建设科技项目沥青路面再生利用关键技 术研究，在借鉴国内外沥青再生技术研究成果基础上，对旧沥青路面回收料的处 理方法进行探讨，并对回收料老化沥青和再生剂进行性能分析。 本文通过调查和试验分析了沥青路面材料的性状，对回收料的铣刨、破碎、 筛分、堆放和取样进行了详细分析，总结了国外回收料性能评价、回收方法与质 量控制的经验，通过数理统计方法分析了回收料的显著性离异性分析；根据沥青 老化原理，本文介绍美国战略性公路计划最新的沥青回收方法、实验仪器以及操 作步骤。作者通过课题试验设计，进行阿布森法沥青回收方法的改进探索，提出 更实用更合理的阿布森实验方法与操作步骤；本文利用沥青的再生机理，对再生 剂的分类、性能和技术要求进行了总结，并选取了轻质油、软化沥青和专用再生 剂三种类型的再生剂与老化沥青进行配伍性研究，找出了各种再生剂与项目中老 化沥青的最佳掺配，结合依托项目试验路的铺筑掺配成了五种再生沥青，进行了 常规和s u p e r p a v e 技术性能分析。 关键词：旧沥青路面；回收料；沥青回收方法；再生剂 a b s t r a c t o nj a n u a r y1 ，2 0 0 6 ，o u rc o u n t r yh a so f f i c i a l l yi m p l e m e n t e d ”r e n e w a b l ee n e r g y l a w ”，a so u rc o u n t r yt h ec o n s t r u c t i o no fhj i g h w a yr a p i d l yd e v e l o p m e n t ，t h ee a r l i e r c o n s t r u c t i o no fh i g h w a ye n t e r e dt h es t a g eo fe x t e n s i o ns e r v i c ea n dc h a n g e so n ea f t e r a n o t h e r ，t h e nt h e r ea r ep r o d u c e st h em a s s i v er e c l a i m e da s p h a l tp a v e m e n t ( r a p ) ，t h e o l da s p h a l tp a v e m e n tr e c y c l i n ga n du t i l i z a t i o no fr a pi so fg r e a tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e i nt h i sp a p e r , b a s e do nt h ec o n s t r u c t i o np r o j e c t so ft h et r a n s p o r t a t i o nd e p a r t m e n tt h a t ”a s p h a l tp a v e m e n tr e c y c l i n g k e yt e c h n o l o g i e sr e s e a r c h ”i np r o f i t sf r o mt h ed o m e s t i c a n df o r e i g nr e s e a r c ha c h i e v e m e n to fa s p h a l tp a v e m e n tr e c l a i mt e c h n o l o g i e s ，e x p l o r e d t h er a po fo l da s p h a l tp a v e m e n tr e c y c l i n gm a t e r i a lh a n d l i n gm e t h o d s ，a n dt or e c y c l e s t h em a t e r i a la g i n ga s p h a l ta n dr e j u v e n a t i o na g e n tc a r r i e so nt h ep e r f o r m a n c ea n a l y s i s t h r o u g ht h ei n v e s t i g a t i o na n dt r i a l o ft h ea s p h a l tp a v e m e n tm a t e r i a lp r o p e r t i e s ， t h ep a p e rd e t a i l e da n a l y s i sr a pt od i g ，b r o k e n l y ，s c r e e n i n g ，p i l eu pa n dc a r r ys a m p l e s s u m m a r i z e dt h ee x p e r i e n c eo ft h eo v e r s e a st h a tr e c y c l i n gm a t e r i a lp e r f o r m a n c ee v a 。 l u a t i o n ，t h er e c y c l i n gm e t h o da n dt h eq u a l i t yc o n t r 0 1 t h r o u g ht h em a t h e m a t i c a l s t a 。 t i s t i c a lm e t h o d sa n a l y s i st h ed a t ao fr a pr e c o v e r ys i g n i f i c a n t l ya n dd i v o r c e da n a l y s i s ， a c c o r d i n gt ot h ea s p h a l ta g i n gp r i n c i p l e ，t h i sa r t i c l ei n t r o d u c e dt h en e w e s ta s p h a l t r e c y c l i n gm e t h o d ，t e s t s i n s t r u m e n ta sw e l la st h es e q u e n c eo fo p e r a t i o no ft h e a m e r i c a ns t r a t e g i ch i g h w a yr e s e a r c hp r o g r a m t h ea u t h o rt h r o u g ht h et o p i c e x p e r i m e n td e s i g n ，c a r r i e so ni m p r o v e m e n te x p l o r a t i o no ft h ea b s o na s p h a l tr e c y c l i n g m e t h o d ，r a i s e dam o r ep r a c t i c a la n dr e a s o n a b l ea b s o ne x p e r i m e n t a lm e t h o da n d o p e r a t i o ns t e p s a c c o r d i n g t ot h er e g e n e r a t i o nm e c h a n i s mo fa s p h a l t ，t h ea r t i c l e s u m m a r i z e dt h ec l a s s i f i c a t i o n ，t h ep e r f o r m a n c ea n dt h es p e c i f i c a t i o nr e j 。u v e n a t i o n a g e n t a n ds e l e c t e dt h r e ek i n do ft y p e sr e j u v e n a t i o na g e n t ( t h ec l e a no i l ，s o f ta s p h a l t a n dt h es p e c i a lr e j u v e n a t i o na g e n t ) c o n d u c t sm i x i n gr e s e a r c hw i t ht h ea g e da s p h a l t d i s c o v e r e de a c hk i n dr e j u v e n a t i o na g e n tt og e tt h ea g e da s p h a l tw i t ht h ep r o j e c ti nb e s t t om i xm a t c h e s r e l y i n go nt h ep i l o tp r o j e c tw i t ht h er o a dp a v i n gb l e n d e di n t of i v e r e c y c l e da s p h a l t u s e d t h er e c y c l e da s p h a l tc a r r i e do nc o n v e n t i o n a la n dt h e s u p e r p a v et e c h n i c a lp e r f o r m a n c ea n a l y s i s k e yw o r d s ：a s p h a l tp a v e m e n t ；r a p ：a s p h a l tr e c y c l i n gm e t h o d ；r e j u v e n a t i o n a g e n t 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本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。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名：毛稿脚嘛日期：必刀年，月厂口日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权长沙理工大学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。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名： 翩签名：彬氛拈日期聊年 月舢 1 1 问题的提出 第一章概论 当前，我国公路建设的规模和速度正史无前例地发展，截至2 0 0 4 年公路总里 程达1 8 5 6 万公里，其中高速公路3 4 2 万公里。在高速公路和一级公路中沥青路 面约占8 0 ，较早修建的沥青路面不少已经或接近进入大修期。据概略估算，从 现在起每年约有1 2 的沥青路面需要翻修，旧沥青路面材料废弃量每年约2 2 0 万 吨，而这个数字将以每年1 5 的速度增长，1 0 年之后，旧沥青混合料每年将达到 1 0 0 0 万吨。由旧沥青路面再生利用所产生的环境效益将更为巨大【。国家“十一 五”规划中提出，今后我国的资源利用效率要显著提高，单位国内生产总值能源 要比“十五”期末降低2 0 左右。2 0 0 5 年1 1 月国家主席胡锦涛在北京国际可再 生能源大会隆重开幕时致辞指出：“加强可再生能开发利用，实现可持续发展”。 2 0 0 6 年1 月1 日，我国正式实施了可再生能源法。因此，为了贯彻可持续发 展和建设节约型社会战略，充分利用旧沥青路面材料，保护环境，减少投资，进 行旧沥青路面再生技术研究与应用，具有重要的现实和长远意义。 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，用新集料、软化沥青材料适当配合，重新拌制，形成具有路用 性能要求的再生沥青混合料，用于铺筑路面面层或基层的整套技术。它基本适用 于各种沥青路面修筑，可节省绝大部分集料及约3 0 的沥青，其使用效果与软化 沥青混合料相当或接近。沥青混合料的再生利用，减少了新材料的使用和费用， 降低了筑路成本。据美国联邦公路局的调查，可节约材料费超过5 0 ，路面造价 降低约2 5 ，沥青节约5 0 。但是，这一整套技术类似于现有的新拌沥青混合料 技术，又与现有的技术有很大的差别。就沥青混合料再生利用配合比设计来说， 旧沥青混合料再生利用存在九个变量，而常规h m a 配合比设计仅五个变量( 如 表1 1 所示) 【。 根据两种设计的比较我们可以看出，对于再生利用技术配合比设计来说，回 收料的性质和再生剂的研究是关键。本论文依托西部交通建设科技项目沥青路 面再生利用关键技术研究，通过实验分析和试验路铺筑，探讨了沥青的老化再生 机理与旧沥青混合料中结合料的回收与再生的方法与技术，利用专用再生剂和软 化沥青与回收沥青进行调和试验，调配成了几种符合路用要求的几种再生沥青， 并进行了s u p e r p a v e 系统再生沥青性能的研究，最后将再生沥青运用于项目实践 之中取得了很好的效果。 表1 1 、旧沥青混合料再生与软化沥青混合料配合比对比 配合比 变 量 设计 软化软化软化新集新集 常规 沥青沥青沥青料级料来 h m a 用量来源类型配源 软化软化软化新集新集新集旧沥回收再生 再生 沥青沥青沥青料级料来 料用 青性料掺剂类 技术 用量来源类型配源量质 量型 1 2 国外研究现状 国外对沥青路面再生利用研究，最早从1 9 1 5 年在美国开始的，到2 0 世纪9 0 年代末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。目前，美 国每年再生利用沥青混合料约为3 亿吨，沥青路面的再生利用在美国已是常规实 践，其重复利用率高达8 0 。西欧国家也十分重视这项技术，原联邦德国是最早 将再生料应用于高速公路路面养护的国家，1 9 7 8 年就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 在也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。日本于 1 9 7 4 年开发，到2 0 0 0 年全国再生的沥青混合料的生产量超过全部沥青混合料的 3 0 ，达到约4 7 0 0 吨。前苏联早就对沥青路面再生技术进行了研究，而且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，1 9 8 4 年苏联又出版了 沥青路面再生技术每年就可节约沥青材料达1 4 0 0 吨之多1 3 3 】。 在对旧沥青混合料回收上，一些国家的技术和配套设施相当成熟。沥青旧料 的铣刨、破碎、筛分、运输以及储存既有成套的设备也有相关的规范要求。就老 化沥青回收与再生来说，美国等国家对于老化沥青的回收早已不拘泥于阿布森法 与旋转法，在仪器和溶剂的选择上已经很成熟。在美国的美国战略性公路计划 ( s h r p ) 中，使用了改进的旋转法进行老化沥青的回收，并将s u p e r p a v e 系统利用 到再生沥青的研究当中，对路面再生起到了很大的作用。大多数国家老化沥青的 再生都是通过再生剂和低粘度的沥青实现的，在2 0 世纪七十年代美国就己经通过 染色法对再生剂在回收沥青中的分散进行了深入研究。现在，美国能够针对不同 类型的再生和不同型号的沥青都能配制出适用的再生剂，并且供应商能够提供针 对各自型号再生剂用量掺配图诺模图和相关程序【2 3 j 。再生剂种类繁多，各个国家 2 生产的再生剂也不尽相同，都制定了相应的再生剂技术要求。 纵观欧、美、日等国家对再生沥青混合料应用技术的研究与发展的状况，可 以看出，他们在旧沥青混合料的回收利用和再生方向都取得了很大的成就，已经 形成了一套完整的沥青再生技术。 1 3 国内研究现状 我国在早期曾不同程度地利用废旧沥青料来修路，但都将其作为废料利用考 虑，一般只用于轻交通道路、人行道或道路垫层。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，当时的主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最多的路面 下面层，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 m 2 以上的试验路。其次，湖南、甘肃、 山西、云南、浙江等省都不同程度地进行了旧沥青再生利用技术的研究，这些旧 沥青路面再生利用工作都取得了成功，为我国旧沥青路面再生提供了宝贵经验。 但这些旧沥青路面再生利用都是在旧渣油路面或中轻交通量公路上进行的，对于 高等级公路( 或重交通量公路) 上研究不足。 从1 9 9 8 年来，我国开始引进现场冷再生技术进行道路养护，对于旧沥青路面 再生利用的研究也有了新的进展。目前全国有德国w i r t g e n 公司生产的 w i r t g e n 2 5 0 0 型路面再生机七台，河北省邯郸市首次使用了冷再生技术对邯大线 进行了大修工程。2 0 0 0 年天津公路局在津围公路改造工程、京福北公路改造工程 中也采用此种工艺，取得圆满成功。2 0 0 1 年，廊坊市从德国引进的维特根冷再生 机应用于1 0 2 国道5 6 0 3 m 旧路改造升级项目中，将再生料作为水泥稳定基层，开 创了国内水泥稳定基层再生旧路材料用在国道路面基层的首列。沪宁高速公路上 海段大中修工程采用沥青路面现场热再生技术进行表面作业，并于2 0 0 2 年底在浦 东的几条主要公路上得到了成功应用1 0 9 j 。 根据大量国内外研究成果和实践表明，旧沥青路面结合料的回收与再生是旧 沥青路面再生技术的主要难点之一，首先回收料的离异性大，难以掌握；其次老 化沥青回收的操作复杂，对后期实验和生产的影响很大。同时，再生剂研制需要 在掌握沥青化学理论和再生机理的基础上进行，并且需要长期的实验、检测和评 价才能应用于实际生产。我国早期的旧沥青路面的再生利用，对回收料的破碎、 筛分和储存的研究较少，对于旧料中老化沥青的回收经验也不是很足，所使用的 再生剂一般是常见的轻质油如润滑油、机油、柴油、减五油或是它们的混合物， 但实践证明再生效果并不是很好。近几年来，随着国内很多高速公路面临大修或 改造，对于沥青路面的再生研究也越来越多。广东冠粤集团在对广佛高速的大修 过程中，投资三千多万引进设备进行了沥青再生技术开发的研究。北京和上海也 都进行了高速公路沥青路面再生的尝试，并且上海已经制定了厂拌热再生沥青 混凝土生产及路面施工的指导意见。同时，一些科研部门也开始了新型再生剂 的研制，2 0 0 0 年东南大学交通学院黄晓明教授和常州市化工研究所的合作，研制 出了一种新型再生剂，此种再生剂为轻油与增粘树脂按一定比例的的混溶物，从 再生后的老化沥青的抗老化性能来看，此次开发的再生剂要优于传统再生剂，但 再生沥青与普通沥青的抗老化性能尚有差距，而且此再生剂制作工艺较复杂，成 本较高。2 0 0 2 年辽宁石油工业大学应用化学系利用炼油厂的废料合成出了一种复 合再生剂，从实验效果来看，此再生剂抗老化性能良好，再生后的沥青性能完全 满足重交道路石油沥青的标准。2 0 0 4 年大连理工大学道路研究所也开发了一种新 型再生剂t y x ，此再生剂为一种工业原料t y 和再生剂后续研究成份x 配制而 成，t y 为防水材料，再生后的沥青混合料水稳定性较好【l 。总的看来，我国的再 生剂还处在研制阶段，相关的科研单位不多，种类单一，还没有形成规范化、专 业化和系列化的品牌，也经不起施工实践的检验。随着我国旧沥青路面再生利用 的增加，再生剂的需求量也必然增长。因此，再生剂的研发和相关技术标准的制 定已是迫在眉睫。 1 4 本论文研究的思路与内容 本论文依托交通部西部建设交通项目沥青路面再生利用关键技术研究的 课题，将结合国内外的研究成果和经验，从沥青的老化和再生机理出发，探讨老 化沥青的回收方法和再生途径，在室内试验的基础上利用再生剂和低粘度沥青配 制出了几种再生沥青并应用到项目实践当中。本论文包括以下几个研究内容： 1 回收料性能评价、回收方法与质量控制 国内对回收料的收集以及回收利用质量控制上经验很少，本文将系统介绍美 国和台湾r a p 的回收方法、破碎设备、筛分要求、流程管理以及质量控制，并结 合广佛路的工程实践对这些方法进行对比分析和归纳总结； 2 回收料老化沥青的回收方法研究 沥青回收试验是沥青再生技术的关键试验之一，直接影响再生沥青的各项路 用性能评价以及再生沥青路面质量。我国公路工程沥青及沥青混合料试验规程 中规定了两种旧路面沥青回收的方法：阿布森法和旋转蒸发器法。但这两种方法 的关键都是试验操作技能的掌握，如果关键技术掌握较差，则试验误差大、可重 复性差。本文将介绍美国战略性公路计划最新的沥青回收方法、实验仪器以及操 作步骤。并通过课题试验设计，进行阿布森法沥青回收方法的改进探索，提出更 实用更合理的阿布森实验方法与操作步骤。 3 再生剂的选择与再生沥青配伍眭分析 本研究采用了三种类型的再生剂轻质油、软化沥青和专用再生剂与不同 掺量的回收沥青进行掺配实验，通过对比分析三种再生剂的性能以及与回收沥青 的掺配效果，选取较好再生剂的适当比例使回收沥青再生。然后对各类型的再生 沥青进行路用性能分析。 4 s u p e r p a v e 体系下再生沥青性能研究 s u p e r p a v e 美国公路战略研究计划( s h r p ) 最重要的研究成果之一，它包含了沥 青标准和集料标准、矿料级配曲线的组成规定和混合料的体积设计方法三大内 容，提出了控制点和限制区的概念，高性能沥青混凝土路面的先进性在于它开发 了一套全新的试验设备和方法，从根本上改变了现行试验方法规范纯经验性质， 从而避免了由此带来的局限性。s u p e r p a v e 沥青结合料与混合料规范的新体系将 试验方法与指标同沥青混凝土路面的路用性能建立起直接关系，通过控制高温车 辙、低温开裂和疲劳开裂，来达到全面改进路面性能的目的，形成了一个基于路 用性能基础上的沥青混合料设计新体系。本文将再生沥青进行s u p e r p a v e 性能分 析，通过动态剪切( d s r ) 和弯曲蠕变( b b r ) 来测试再生沥青的性能，并对各再生沥 青的性能进行比较。 第二章1 日沥青路面回收料回收处理方法 旧沥青路面回收料，是在进行路面翻修、刨除重铺、或埋设管线时产生的， 这些材料主要由骨材与沥青胶泥组成，按路面移除方式的不同，由路面直接获得 的回收料，可能是经切割、挖除的沥青混凝土块，或以刨路机铣刨得到的沥青混 凝土刨除料两种。挖除的沥青混凝土块常挟杂底层土，需经筛分、轧碎等处理才 能再利用，而刨除料虽可直接应用，但往往因堆放时间较长、重压等因素，产生 再粘结，也必须经破碎、筛分等适当处理。 经处理后的这些旧沥青路面材料，美国路面工程界将之称为沥青路面回收料 ( r e c l a i m e da s p h a l tp a v e m e n t ，简称r a p ) ，与之较相近的材料为回收粒料( r e c l a i m e d a g g r e g a t em a t e r i a l ，简称为s a m ) ，依美国路面工程界之名词用法，沥青路面回 收料包括旧沥青路面刨除料及挖掘路面产生的沥青混凝土块【0 5 l 。 沥青路面回收料的应用，依美、日两国的作业方式，虽有直接运回热拌厂， 不经处理即用作沥青混凝土之部份原料者，大部份乃由中央处理厂统筹处理后， 才加以应用，根据国外相关研究显示，经由适当的筛分、破碎处理，沥青路面回 收料可视为由级配良好的碎石与沥青胶泥组成的材料，可应用作为生产热拌沥青 混凝土的部分原料。 2 1 旧沥青路面材料状况调查与差异性分析 旧沥青路面材料是一种很不稳定的材料。旧沥青路面再生利用工程质量的保 证有赖于对旧路面材料性质的正确了解。所以，在沥青路面再生利用中，对旧沥 青路面材料性状进行研究是回收料再生利用很重要的一步。 2 1 1 旧沥青路面的状况调查 采用调研或其他方式，从业主方、设计方和路面维修队伍等单位收集资料， 对旧沥青路面材料情况进行充分和全面了解。同时对旧沥青路面进行现场调查， 确定旧沥青路面破坏状况、承载能力和各层材料的工程特性。可按照同一时间和 同一标准修筑的路面分成不同的段落，也可将用于再生的沥青路面划分为相等长 度的段落，分车道对旧沥青路面进行调查和检测。除了需要了解交通量等常规指 标外，还应根据再生技术应用的需要了解以下项目： ( 1 ) 旧沥青路面结构型式，结构层厚度，结构层采用的沥青类型和沥青性能 指标，结构层采用的石料类型和石料性能指标，结构层的沥青混合料配合比设计、 施工和竣工资料；使用期内路面维修的情况；本次维修路面处治设计和路况调查。 以上这些对旧沥青路面材料的性能评价具有重要的参考作用。 6 化) 破损调查时不仅注意调查病害的类型和面积，更重要是分析其病害程度； o ) 对不同车道或不同路段进行损害程度调查与弯沉检测，同时用钻孔取芯 方法检验路面内部情况，弄清路面各结构层厚度、病害产生的原因及深度、沥青 混合料状况和面层与基层粘结情况等。 2 1 2 旧沥青路面材料性能检测与评价 对取回样品进行性能检测与评价。试验检测内容主要包括以下内容【“7 j ( 1 ) 将用于再生的沥青路面根据路面里程划分为相等长度的段落，使得取样 时能获得适宜的样品总数，对有中央分隔带的双向车道分开进行取样分析i ( 2 ) 从每段落每车道用钻芯或其它方法随机抽取一个样品。以每一个小段落 起点和车道的一侧作为原点，通过随机过程取得两个o n1 之间的随机数，并分 别乘以相应的段落长度和车道宽度，就得到该路段相对原点的随机取样坐标； ( 3 1 将取得的沥青混合料充分拌和后，取一部分具有代表性的沥青混合料进 行试验检测，沥青回收可采用阿布森法； ( 4 ) 进行试验检测。试验项目主要包括集料级配、沥青含量、沥青针入度 ( 2 5 ) 、软化点、延度( 1 5 c ) 和粘度( 6 0 c 和1 3 5 c ) 等；有必要时应对回收 骨料性能进行检测，检测项目包括骨料强度、磨耗率、密度等。 ( 5 ) 对试验结果进行统计计算与分析，可分别进行横向和纵向统计分析。横 向分析指对同一路段不同车道进行分析，纵向分析指对不同路段同一车道进行分 析。 上述试验检测方法均参照公路工程沥青及沥青混合料试验规程( j t j 0 5 2 2 0 0 0 ) 和公路工程集料试验规程( j t j0 5 8 2 0 0 0 ) 进行。 2 1 3 检测结果差异显著性分析方法 运用数理统计方法对现场调查和室内试验检测获得的试验数据进行分析。对 试验结果的各项指标计算其平均值与均方差，另外，鉴于旧沥青路面材料的离散 性大，对回收沥青混合料的沥青含量、回收沥青混合料级配组成和回收沥青针入 度进行离散性分析，以确定旧沥青路面材料回收、破碎、筛分和堆放方案。在统 计中，平均值和方差可以反映出总体数据分布情况，应用于旧料评价时可以得出 某一指标是否适宜，离散性是否超出许可范围，而差异性分析可以判断各组成部 分之间的差别。例如，检验发现车道间检测数据存在着差异性，就可考虑在再生 时分车道进行再生处理，因为每车道各自材料的离散程度会比总体的小一些。相 反，如果没有差异性，那么分车道处理对于降低其离散性是没有意义的。当然， 对统计数据应综合考虑分析，例如，在段落或车道间存在差异性时，但它们总体 的均方差很小，这时就没有必要对不同车道或段落分别处理。 检测结果的统计，对试验结果的各项指标，一般进行均值和均方差的计算。 另外为了评价旧路某一指标的不均匀程度，也应进行差异显著性分析。检测两组按 某种方式分类的数据，评价两者之间的差异显著性，计算的方法可采用t 分布，假 设各组检测数据均呈正态分布。t 分布评价两组数据差异显著性的步骤为： ( 1 ) 、计算s 。： p 鲣案掣 1 ) 式中：1 、n ：、s 2 、s ：2 分别表示两组数据各自的数据点数及数据的方差。 ( 2 ) 、计算r 值： 一 i x l x 2 l 丁一一： ：! sp 心 n l + i n 2 ( 3 - 2 ) 式中：z ，、l 分别表示两组检测数据的平均值。 ( 3 ) 、查表t 分布的分位数t 。 ，：一：( 1 一叻，其中1 - 口为置信度。 ( 4 ) 、比较： 若t f 。，：一：( 1 一口) ，则两组数据存在差异显著性，反之，两组数据不存在差 异显著性。 2 1 4 差异显著性分析及回收质量控制实例分析 由于本课题依托项目所使用的旧沥青路面的回收料堆放储存时间较长，缺少 旧路详细资料，且检测数据不准。根据以上的检测评价与差异显著性分析方法， 本文结合广佛高速大修工程热再生实例进行分析。 ( 1 ) 旧路与回收料取样检测结果分析 广佛高速公路于1 9 8 9 年建成通车，全长1 3 8 公里，结构为4 c m 细粒式沥青砼上 面层+ 5 c m 中粒式沥青砼中面层+ 6 c m 沥青碎石下面层+ 2 5 c m 水泥稳定碎石+ 2 8 c m 水泥稳定土。运营四年后加铺4 c m 的改性沥青面层。1 9 9 7 年广佛高速公路又加宽扩 建成为双向六车道及八车道。根据有关单位全面的路况调查，广佛高速公路路面 的破坏主要为结构性破坏，出现了大面积的龟裂、网裂、沉陷等病害。 广佛高速公路旧路曾经进行了多次改建和维修，并且施工期比较早，路面使 用年限长，具有自身的特殊性，其旧路面的取样、检测过程如下”： 段落划分和取样点数：考虑到广佛高速公路车道数多、路况复杂。为了获 得足够的数据，按照每k m 每车道一个样品进行取样，最后实际获得样品数8 6 个； 取样位置和方法：采用电脑产生随机数来确定取样点的桩号和横向位置。 取样时，考虑到取芯机会对旧路面骨料造成破坏，影响级配检验，所以采用人工 挖掘的方法。取样时，先刨除上面层的改性沥青层，再把上面层以下部分直到基 层顶面的沥青砼一起挖除取回，试验前先把每个取样点除上面层外取回的材料混 合均匀，再通过四分法获取试验的样品 样 沥青含量( ) 0 0 7 5 r a m 筛孔通过率 针入度( 2 5 c ) ( ) 本 统计段落 数 偏差系偏差系 平均值均方差偏差系 量 平均值均方差平均值 均方差 数数 ( 0 1 m m )( 0 i m m ) 数 超车道1 35 3 20 6 1 81 1 69 5 22 0 5 42 1 6 2 9 6 2 8 9 33 0 2 广佛 主一车道 1 34 9 4 0 5 5 71 1 39 3 02 5 6 52 7 6 3 2 7 7 1 2 8 13 9 1 主二车道 1 25 4 80 5 3 49 89 3 9 2 4 3 8 2 6 02 5 0 0 6 9 42 7 8 方向 主三车道 54 2 9 0 2 7 3 6 48 4 6 2 6 6 63 1 5 3 2 4 0 1 0 2 63 1 7 半幅 4 35 1 30 5 2 91 0 39 2 9 2 3 0 6 2 4 82 9 6 0 9 6 13 2 5 超车道 1 34 8 80 4 4 49 19 2 83 1 9 73 4 52 5 3 11 0 6 04 1 9 佛广 主一车道1 35 0 40 5 2 61 0 48 6 21 7 8 62 0 72 6 8 58 7 93 2 8 土一牛坦 1 24 8 00 6 1 11 2 76 9 82 0 1 92 8 92 8 5 01 0 1 83 5 7 方向 主三车道54 ，6 60 0 9 92 1& 5 61 5 7 11 8 43 6 8 09 9 82 7 1 半幅4 34 8 80 4 8 49 98 3 52 2 6 62 7 12 8 0 09 5 33 4 0 全幅8 65 0 0o 5 0 41 0 18 8 22 2 7 32 5 82 8 8 09 5 13 3 0 表2 2 检测结果分段落0 0 7 5 m s 筛孔通过率统计 0 0 7 5 r a m 筛孔通过率( ) 统计段落样本数量偏差系数( ) 平均值均方差 k 1 k 41 18 5 81 7 3 92 0 3 广佛方向k 5 k 91 51 1 1 92 3 6 82 1 2 k 1 0 k 1 31 27 9 51 0 2 61 2 9 k 1 k 41 17 9 92 0 7 12 5 9 佛广方向k 5 k 91 59 6 0 2 9 8 9 3 1 1 k 1 0 k 1 31 27 0 21 4 6 82 0 9 试验项目：由于我国目前没采用粘度对沥青分级，主要进行回收料中的沥 青含量、集料级配、沥青针入度3 项试验；进行了旧料粗集料的性能检测，一般集 料性能检测方法简单，且性能变化不明显，能满足国家相关规范和标准即可进行 回收利用，此文不进行赘述； 试验结果数据统计计算结果见表2 1 和表2 2 ，这里对集料级配只进行 0 0 7 5 r a m 筛孔通过率的横向和纵向分析( 4 7 5 筛孔或其它关键筛孔通过率可按同样 方法进行分析，在此不赘述) ，沥青含量、针入度只进行横向分析，纵向分析方 法同上，在此略。 ( 2 ) 差异显著性分析 旧沥青混合料差异显著性分析主要评价旧路沥青含量、集料级配和沥青针入 度的不均匀程度。根据试验检测结果，可分车道、分段落分别进行差异显著性分 析。检测两组按某种方式分类的数据，评价两者之间的差异显著性，计算的方法 采用t 分布。根据t 分布检测差异显著性的步骤进行表2 1 和表2 2 数据的差异显著 性分析，其中置信度分别采用0 7 5 、0 9 5 和0 9 9 。差异显著性分析结果如表2 3 和表2 4 。 广佛方向 佛广方向 项目车道 超车道主一车道 主二车道 超车道 主一车道主二车道 主1 车道 沥青含量主2 车道 n s 主3 车道 n s 0 0 7 5 筛孔 主1 车道n sn s 主2 车道 n sn s 通过率 主3 车道n sn sn s 主1 车道n s 针入度主2 车道n s 主3 车道n s n s 注：n s 一没有差异显著性；一1 一a 0 7 5 ；- 1 一口 1 0 9 5 ；川一1 一口 0 9 9 以下同。 表2 4 段落间0 0 7 5 筛孔通过率差异性分析 广佛佛广 段落 k 1 k 4k 5 k 9 k 1 0 k 1 3k 1 - k 4 k 5 k 9 k 1 0 k 1 3 k 1 k 4 广佛k 5 k 9 k 1 0 k 1 3 在以上两个表格分析结果中，木号越多，表示两组数据差异性越大。具体分 析如下： 沥青含量 从试验检测数据看，超车道、主一、主二车道因为是同期施工，沥青含量方 差较接近( 假定其方差齐性) 。从差异显著性分析结果看，不同车道沥青混合料 的沥青含量存在一定的差异，特别是主三车道与其它车道的差异性比较明显，这 一点也和直观经验相符合。 从试验检测数据统计分析和差异显著性分析可得出结论：a 广佛高速公路 1 9 8 9 年施工的部位( 超车道、主一、主二车道) 沥青含量数据离散性大，而1 9 9 7 年加宽扩建的主三车道数据离散性减少，反映了施工能力的提高；b 同一时期修 筑的路面沥青含量差异性很小，而扩建部分与1 9 8 9 年施工部分则有明显的差异性， 反映数据的离散性与原有路面施工水平有关；c 不同车道沥青含量存在着差异， 这与不同时期、不同结构部位有关，路面再生时应根据实际情况考虑到这一差异 性。 集料级配 从试验检测数据统计分析和差异显著性分析可得出结论：a 广佛高速公路旧 沥青混合料级配离散性大，因0 0 7 5 m m 筛孑l 通过率的变化幅度比较大；b 分段落集 料级配特别是粉料部分差异性比分车道差异性更为明显，可能是由于施工单位不 1 0 同，或使用材料的不同引起的；c0 0 7 5 r a m 以下的粉料较多。 沥青针入度 从试验检测数据统计分析和差异显著性分析可得出结论：a 沥青针入度分车 道差异性较为显著，特别是主三车道和其它车道之间；b 沥青针入度大小与路面 破损程度有关，针入度大的地方是处在破损较轻的地方，如针入度最大的地方是 当时能达公司近期维修的面层，或是9 8 年加铺的主三车道，针入度小的地方是处 在路面破坏较明显的地方，如面层松散、裂缝、坑槽( 洞) 等附近。 ( 3 ) 离散性控制措施及效果评估 针对广佛旧路检测结果可拟订的针对性措施，进行旧沥青混合料回收应用离 散性控制。具体可采取的措施如下： 分段开挖铣刨。铣刨时逐段落、逐车道进行，并把铣刨运回的回收料分类 堆放。 保持基本相同的铣刨方式。使铣刨机对旧料骨料的破坏程度基本相同，减 少其级配差异性。 对回收料通过专门的破碎机进行预处理，预处理可以把混入其中的团块状 和板结的沥青混凝土打散。通过预处理的回收料经筛分系统筛分成6 m m 以下及6 册 以上两种料。由于回收料颗粒较细，粉料偏多，沥青含量偏高，再生时主要利用 筛分后6 m m 以上部分进行再生。这部分材料相对较粗，粘附的粉料及沥青也比较少， 能有效地消除旧混合料本身的不足。 经过预处理的回收料，用装载机铲运到回收料堆料场后均匀地铺开，第二 铲再在其上铺开，以此类推。而使用时则从料堆的一端开始在全高范围内铲料， 这样就使来源不同的材料得到混合。由于在铣刨作业的装卸料过程，在回收料的 预处理过程，回收料都得到一定程度的混合，这样在回收料使用前事实上已经进 行了多次拌和，可使回收料的差异性进一步减小。 在生产过程中至少要求建立两个回收料堆，一堆进行生产时，另一堆用于 检验试验，两者轮替进行。根据料堆检验结果及配合比设计结果调整回收料的使 用比例，使得其离散性在再生沥青混合料中的影响控制在适宜的范围内。 采取以上措施后，试验室从处理后的料堆中进行取样检验，结果如表2 5 。通 过表2 5 与路面取样的统计结果对比可以看出，料堆中回收料的离散性有了明显的 减小，旧料中的粉料比例、沥青含量也减少了，这说明施工中制定的措施是切实 可行的。 表2 5 料堆取样试验结果 项 目 样本数量最大值 最小值 平均值 均方差 偏差系数( ) 4 7 5 r a m 筛孔通过率( ) 62 0 9 01 9 6 01 9 8 01 1 5 65 8 o 0 7 5 m m 筛孔通过率( ) l66 7 0 5 8 0 6 3 00 3 4 25 4 油石比( )63 7 7 3 9 9 3 8 80 0 7 82 0 根据国外的资料，再生沥青混合料技术应用普遍的发达国家也高度重视旧沥 青混合料性能差异显著、质量控制难的问题。但研究表明，只要进行科学、系统 的检测与统计分析，制定和实施针对性强的措旌，是完全可以确保再生沥青混合 料质量满足高等级公路路面修复工程的质量要求。 2 2 旧沥青路面回收料的回收与破碎 不同的路面设计要求可以选择不一样的再生方式，而不同的再生方式对旧沥 青路面回收的回收与破碎不尽相同。 如果我们选择的是就地再生的方法，一股是将铣刨、破碎、拌和、摊铺和压 实整套工艺整合到一起，通过复拌或是重铺的方式将回收料百分之百的利用到 新铺路面或基层当中。就地再生的施工工艺对回收料的质量要求一般不是很高。 厂拌热再生就是将旧沥青路面混合料回收，集中到再生拌和厂，再根据回收混合 料的技术性能的变化，掺入新集料、沥青或者再生剂等材料，然后拌和成符合路 面技术性能要求的再生混合料。回收的旧沥青路面材料较大的变异性在很大程度 上影响了厂拌热再生混合料的添加比例以及再生混合料的质量。实践证明，通过 对旧沥青路面材料的破碎及筛分，可有效减小其影响。 2 2 1 旧沥青路面材料的回收方法 旧沥青路面材料的回收方法有两种：( 1 ) 采用翻松设备对旧路面翻松；( 2 ) 采用 铣刨机就地铣刨。 ( 1 ) 采用翻松设备 翻松旧沥青路面时，一般可使用推土机、路面耙松器、羊角碾等设备。混合 料破碎装置所能破碎的混合料料块最大尺寸决定了应选用何种翻松设备。例如， 当有初级破碎装置，可以破碎较大的沥青混合料料块时，就可以选用羊角碾或冲 击镐对路面进行翻松，混合料经过初级破碎后一般还需要进行二级破碎。这种翻 松后再破碎的方法一般用于沥青路面全厚度的回收，优点是不需要投资购置新设 备，但是翻松过程中要注意尽量减少旧沥青路面材料上粘附道路基层材料；缺点 是因为要破碎回收的沥青混合料而需要增加相应的再和过程的时间，而且沥青混 合料破碎后堆放时容易产生材料离析。 ( 2 ) 采用铣刨机 采用铣刨机铣刨沥青混合料一般适用于对单个或多个车道维修以及路面部分 厚度的铣除。这种方法的主要优点是铣刨后的沥青混合料不需要破碎或者只有少 量需要破碎，并且生产效率较高，产生的灰尘较少；缺点是铣刨过程中增加了细 集料的含量，如铣刨前2 3 6 m m 的筛孔通过率为4 1 6 9 的沥青混合料在铣刨后 通过率可增大到5 2 7 2 ；0 0 7 5 r a m 的可以由6 1 0 增大到8 1 2 p 。 2 2 2 旧沥青路面材料的破碎 旧沥青路面材料的处理主要是由再生混合料的设计所决定。对于铣刨回收的 旧沥青路面材料一般不需要二次破碎，而对于翻松后回收的旧沥青路面材料应经 过破碎和筛分，以减少粒径集料