（交通运输工程专业论文）沪宁高速公路扩建工程原路面再生利用研究.pdf

i l r l l l f l r f l l l r lj i i iii ififiifi iif i j i i i i jill y 17 5 319 9 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，论文中不包含其它人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得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：写_ 约专日研究生签名：型! 上日 苴日弘，t f ，y jo 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、缩印或其它复制手段保存论文。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： 蕴导师签名：钷龃日 期：型! 日录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论1 1 1 研究的背景和意义1 1 2 国内外应用与研究现状，l 1 3 本文主要研究内容2 第二章沪宁高速公路扩建工程沥青路面再生方案3 2 1 沪宁高速公路扩建j 二程原路面铣刨方案3 2 1 1 沪宁高速公路原路面结构形式3 2 1 2 沪宁高速公路原路面结构铣刨原则3 2 1 3 原路面铣刨材料总景测算4 2 2 本i ：程可选择的沥青路面再生方法4 2 2 1 厂拌热再生4 2 2 2f 拌冷再生6 2 2 3 现场冷再生7 2 3 乳化i l f i 青再生机理分沂8 2 3 1 乳化沥青再生混合料强度形成机理9 2 3 2 乳化沥青再生混合料强度的影响冈素9 2 3 3 水泥哥l 化沥青再生混合料的研究与意义1 0 2 4 沪宁高速公路扩建l ：稗采i j 的再生方案1 3 第三章再生混合料配合比设计及性能研究1 4 3 1 水泥冷再生混合料试验研究1 4 3 1 1 水泥检测1 4 3 1 2 击实试验1 5 3 1 3 力学性能1 7 3 2 乳化沥青再生混合料配合比设计研究2 0 3 2 1 乳化沥青冷再生配合比设计程序。2 0 3 2 2 原材料检测2 3 3 2 3 慢裂慢凝乳化沥青再生料最佳乳化沥青含景确定2 3 3 2 4 慢裂慢凝乳化沥青再生料性能验征一2 5 3 2 5 慢裂快凝乳化沥青再生料最佳乳化沥青含景确定2 6 3 2 6 慢裂快凝乳化沥青再生料性能验证。2 8 3 3 本章小结。2 9 第四章乳化沥青冷再生试验段铺筑与施工工艺研究3 1 4 1 试验路概况31 东南人学硕i 二学位论文 4 2 乳化沥青冷再生料性能研究3 2 4 2 1 混合料抽提3 2 4 。2 。2 混合料马歇尔试验3 2 4 2 3 混合料劈裂强度试验3 3 4 2 4 混合料水稳定性试验3 4 4 2 5 混合料高温稳定性试验。3 4 4 2 6 混合料低温抗裂性试验3 5 4 2 7 混合料回弹模量试验3 5 4 3 乳化沥青冷再生混合料拌合设备的研制。3 5 4 3 1 冷再生混合料拌合楼的关键问题一3 5 4 3 2 冷再生拌合楼生产性能的验证3 6 4 4 乳化沥青冷再生料施j r 工艺3 7 4 4 1 旧路铣包0 3 7 4 。4 2r a p 材料的破碎、筛分和贮存3 7 4 4 3j l ：基的准备3 7 4 4 4 拌和3 8 4 4 5 通l 杖3 8 4 4 6 摊铺3 8 4 4 7 碾f e ；：1 8 4 4 8 养生3 9 4 4 9 乳化沥青冷再生质量验收要求4 0 4 5 乳化沥青冷雨生试验段检测4 2 4 5 1 弯沉及弹性模最检测一4 2 4 5 2 压实度检测4 4 4 5 3 通车一年后检测4 5 4 5 4 通车五年后观测4 7 4 5 试验路小结4 7 4 6 本章小结4 8 第五章再生技术在沪宁高速公路扩建工程中的应用一4 9 5 1 沪。j 高速公路扩建i i ：程采用的再生利用方式4 9 5 1 1 柔性基| i 丢沥青路面段的再生方式4 9 5 1 2 水泥稳定碎石基层沥青路面段的再生方式5 0 5 2 乳化沥青厂拌冷再生技术的应用5l 5 2 1 老路面铣刨与铣刨料的筛分、破碎5 l 5 。2 2 冷再生混合料的拌和生产5 2 5 2 3 乳化沥青冷再生下基层的施工工艺5 2 5 2 4 施工质量检测5 4 5 3 水泥厂拌冷再生技术的应用5 6 5 3 1h n - l m 4 标水泥厂拌冷再生应用5 6 u 目录 5 3 2h n l m 6 标水泥j 拌冷再生成用5 9 5 4 沪宁高速公路通车后路面使用性能分析6 2 5 a 1 路面性能指标总体情况6 2 5 4 2 全线路面弯沉情况6 3 5 4 3 全线路面平整度情况6 3 5 4 4 全线路面车辙情况“ 5 4 5 全线路面抗滑指标情况6 5 5 4 5 全线路血破损情况6 5 第六章原路面再生利用的经济效益分析6 7 6 1 柔性基层沥青路面经济效益分析6 7 6 2 水泥稳定碎石基层沥青路面经济效益分析6 8 6 3 采川再生技术后其它经济效益分析6 9 6 4 再生技术的经济效益分析总结6 9 第七章结论与展望7 0 7 1 研究结论7 0 7 2 有待进一步研究的问题7 l 致 谢7 2 参考文献7 3 硕士在读期间发表的论文7 5 i i i 摘要 摘要 沪宁高速公路在由四车道扩建为八车道的过程中，将产生1 0 0 多万吨的沥青面层铣刨料 和2 0 0 多万吨的二狄碎石基层铣刨料，为妥善利用老路面铣刨材料，沪宁高速公路扩建工程 开展了路面再生技术的研究和应用工作。 本文针对国内外常用的路面再生技术研究和应用现状丌展调研工作，寻找可以用于本工 程的路面再生技术；根据沪宁高速公路扩建工程改造方案和工程实际特点，选择确定了适合 本工程的路面再生方案。 之后，针对不同的旧料组合配比，对水泥冷再生混合料进行了击实试验和力学性能试验： 重点对乳化沥青冷再生混合料进行了再生机理研究和配合比设计工作，从室内试验的角度验 证了再生技术的可行性。在大规模施工前，为验证混合料性能和解决施工设备、工艺问题， 铺筑了乳化沥青冷再生试验段，并通过试验段的实施，制定了乳化沥青冷再生混合料基层的 施工工艺和质量验收标准，一年后的现场调查表明，冷再生试验段质量优良。在沪宁高速公 路扩建工程大规模施工中，选择h n l m 4 标作为乳化沥青冷再生混合料应用的研究对象，选 择h n l m 4 和h n l m 6 标作为水泥冷再生混合料底基层应用的研究对象，对乳化沥青冷再生 混合料和水泥冷再生混合料的旋工工艺和质量控制进行研究。 最后，对本次扩建工程再生利用进行了经济效益分析，根据计算，本次扩建工程通过再 生利用共节约造价约1 2 亿元，表明路面再生利用技术具有明显的经济效益，同时也保护环 境、节约资源。 关键词：沥青路面；冷再生；乳化沥青；配合比设计；施工工艺；施工质量控制 a b s t r a c t a b s t r a c t i no r d e rt os o l v et h ep r o b l e mo fh o wt ou s et h e10 0b i l l i o n st o n sm i l l i n ga s p h a l tm i x t u r ea n d2 0 0 b i l l i o n st o n sm i l l i n gl i m e n vt r e a t e dm i x t u r ei nh u n i n ge x p r e s s w a ye x t e n s i o nf r o mf o u rl a n e st o e i g h tl a n e s ，t h ep r o j e c tr e s e a r c h e di na s p h a l tr o a dr e c y c l i n gt e c h n o l o g y t h i st h e s i sl a u n c h e st h ew o r ko fs u r v e y i n ga n ds t u d y i n gt ot h ed o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a l c o m m o n l yu s e dr e g e n e r a t i o nt e c h n i q u e ，a n dl o o k sf o r t h es u i t a b l er e g e n e r a t i o nt e c h n i q u ef o rt h i s p r o j e c t b a s e do nt h eh u n i n ge x p r e s s w a ye x t e n s i o ns c h e m ea n dt h ec h a r a c t e ro ft h ep r o j e c t ，t h e r e g e n e r a t i o nt e c h n i q u ew a sc h o s e n t ot h ec e m e n tr e g e n e r a t e dm i x t u r e ，c o m p a c t i o nt e s ta n dm e c h a n i c sp e r f o f i n a n c et e s tt od i f f e r e n t r a pc o m b i n a t i o nw e r ec a r r i e do u t t ot h ee m u l s i o nr e g e n e r a t e dm i x t u r e t h er e g e n e r a t i o nt h e o r y a n dm i x t u r ed e s i g nw e r es t u d i e d ，a n dt h er e g e n e r a t i o nf e a s i b i l i t yw a sp r o v e db yt h es e r i e so ft e s t s i nl a b b e f o r et h ec o n s t r u c t i o no ft h ee x t e n s i o n f o rv e r i f yt h ep e r f o r m a n c eo ft h er e c y c l e dm i x t u r e a n ds o l v et h ep r o b l e m sa b o u tc o n s t r u c t i o ne q u i p m e n ta n dc r a f t ，t h ep r o j e c tc o n s t r u c t e dt h ee m u l s i o n r e g e n e r a t e dm i x t u r et e s ts e c t i o n t h r o u g ht h et e s ts e c t i o n t h ec o n s t r u c t i o nc r a f ta n dt h es t a n d a r do f q u a l i t ya s s u r a n c eo ft h ee m u l s i o nr e g e n e r a t e dm i x t u r eb a s ew e r ef c i r m u l a t e d t h er e s u l to ft h e d e t e c t i o nt ot h et e s ts e c t i o na f t e ro n e y e a ri n d i c a t e dt h eq u a l i t yo ft e s ts e c t i o ni sg o o d d u r i n gt h e c o n s t r u c t i o no ft h ee x t e n s i o n ，t h eh n l m 4s e c t i o nw a sc h o s et os t u d yt h ea p p l i c a t i o na n dt h e q u a l i t yc o n t r o lm e t h o do ft h ee m u l s i o nr e g e n e r a t e dm i x t u r e a n dt h eh n l m 4s e c t i o na n dt h e h - l n l 6s e c t i o n 、e r ec h o s et os t u d yt h ea p p l i c a t i o na n dt h eq u a l i t yc o n t r o lm e t h o do ft h ec e m e n t r e g e n e r a t e dm i x t u r e i nt h el a s t ，t h i st h e s i sa n a l y z e dt h ee c o n o m i cb e n e f i t so ft h er e g e n e r a t i o ni nt h ee x t e n s i o n p r o j e c t a b o u tl2 0m i l l i o ny u a n w a ss a v e dt h r o u g hr e g e n e r a t i o n p a v e m e n t r e g e n e r a t i o nh a so b v i o u s e c o n o m i cb e n e f i t s ，p r o t e c t st h en a t u r a le n v i r o n m e n t ，a n ds a v e st h em a t e r i a l s k e y w o r d s ：a s p h a l tp a v e m e n t ；c o l dr e c y c l e ；e m u l s i f i e da s p h a l t ；m i x t u r ed e s i g n ；c o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e ； c o n s t r u c t i o nq u a l i t yc o n t r o l u 1 i 第一章绪论 1 1 研究的背景和意义 第一章绪论 沪宁高速公路是上海与南京之间重要的客货通道，随着沿线经济的飞跃发展，自1 9 9 6 年通车以来， 全线年均交通量递增1 8 3 ，东段的递增率更高达2 4 4 ，到2 0 0 2 年底，沪! j 1 高速公路的日均交通 量已超过4 1 万辆，远超过当初设计全线日通行量为2 5 万辆的水平，并且通行车辆中重车、超载车 的比例很高。巨大的交通压力导致路面出现大量病害，道路服务质量出现较：l ：幅度的下降，特别是无锡枢 纽以东段交通十分拥挤，且经常发生堵车现象，沪宁高速双向四车道已不能满足运营的需要，对长江三角 洲地区的经济发展产生了制约作用。 为了满足日益增长的交通需求，适应社会经济发展的需要，发挥通道资源优势，巩固沪j2 高速公路在 路网中的地位，恢复道路使用功能，更好地为区域经济发展服务，江苏省政府决定实施沪宁高速公路江苏 段扩建。i ：程。沪宁高速公路扩建：l 程全线按照高速公路标准设计，采用“两侧拼接为主、局部分离。的扩 建方案，全线扩建里程为2 4 8 1 9 9 k i n ，计算行。乍速度1 2 0 k m h ，路基宽度4 2 5 m ，桥涵设计荷载为汽午一 超2 0 级、挂车一1 2 0 ，其它技术指标按部颁公路j ：程技术标准( j t j 0 0 l - 9 7 ) 执行，扩建l 程概算总投 资1 0 8 8 6 亿元，平均每公里造价4 3 8 7 6 万元，计划工期四年。 根据扩建方案，本次扩建工程需要对原路面进行改造，经初步测算，在路面改造过程中将产生1 0 0 多 万吨的沥青面层铣刨料和2 0 0 多万吨的二灰碎石基层铣刨料，如何妥善处理数量巨大的铣刨材料，成为扩 建工程中一个非常重要且必须解决的问题。 本文正是对扩建工程中产生铣刨材料的合理应用问题进行研究，该研究对沪宁高速公路扩建：j ：程路面 改造的实施具有重要的意义，其研究成果若在沪宁高速公路扩建工程中得到应用，则可以节省人量的原材 料，降低工程造价，避免环境污染，避免大量土地的占用。同时，通过对沪宁高速公路扩建j l ：程的原路面 再生利用进行深入研究和工程实践，可以发展和完善适合我国特点的的路面再生系列技术，可以为我国今 后其他高速公路改扩建工程的实施提供借鉴，其研究成果可以在今后类似工程中大规模推广应用，该项研 究也将推动我国路面再生技术的发展。本项研究符合国家发展节约型经济、追求可持续发展的目标，也符 合国家的环境保护政策，并具有可观的经济效益和社会效益。 1 2 国内外应用与研究现状 道路的改扩建j 程中无法避免地会产生铣刨或挖除的原路面材料，这些路面材料应当进行充分利用， 因此，路面再生技术应运而生，路面再生技术与传统的沥青路面维修和改造方式相比，能够：1 了约大量的沥 青、砂石等原材料，节省工程投资，同时有利于处理废料、保护环境，因而具有显著的经济效益和社会、 环境效益。随着人们对环保、社会效益的关注，以及技术的进步，沥青路面再生利用技术越来越受到人们 的重视。 l 、 东南大学硕上学位论文 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，但由于以后人规模的公路建设，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。到八十年代底美国再生沥青混合料的川量儿乎为全部路用沥青 混合料的一半，并且在再生剂开发、再生混合料设计、施工设备等方面的研究也日趋深入。沥青路面在美 国是最大的再生产品，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( 鼬心) ，重复利用率达8 0 。据美国联邦环境署的估计，1 9 9 7 年整个同体废料为1 9 5 0 0 万吨，沥青 路面废料占固体废料的1 3 多。沥青路面的再生利用在美国已是常规实践，一般来说使瑚1 5 2 5 的同收 路面材料( 黜心) 的沥青混合料性能都很好。 欧洲国家也十分重视这项技术。联邦德国是最早将再生料应用- 丁高速公路路面养护的国家，该国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，过去再生材料主要用于低等级公路的路面和基层。近儿年已开始廊埘于重交通道路上。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 ：程中开始逐步推广应用这项技术。 从国外的情况来说，沥青路面再生技术已经是比较成熟的技术，在混合料设计方法、试验方法、施ji ： 设备与工艺、质量控制与验收、再生沥青路面性能研究等方面开展了相当7 “泛的研究并取得了丰富的成果， 并且在大量的工程中都得剑成功应用。 我国的沥青路面再生技术研究的起步一r 作相当于国外米讲较晚。加之从八十年代中疑王i 现我国交 通部门各项工作的重点均是围绕新建工程来开展的，对沥青再生技术不够重视，人力、物力投入不足，致 使我国对这方面研究和应用基本处于缓慢发展状态。由- 丁缺乏必要的理论指导及科学的设计方法和机械设 备的支持，目前我国路面1 日料绝大部分并没有得到合理的应用。 现在随着人们环保意识的提高，可持续发展和循环经济已提上议事日程，目前对再生技术也开始重视， 开展相关研究和少量的工程实践，但工作远远不够，随着我国高等级沥青路面改扩建i ：程以及维修的不断 增加，非常有必要对路面再生技术进行深入、系统研究。 1 。3 本文主要研究内容 为解决沪宁高速公路扩建工程原路面再生利用问题，本研究需开展土要以下几个方面的研究： l 、通过广泛国内外调研，基于沪宁高速公路原路面状况分析结果和沪。j 。扩建r 程特点，进行沪宁高 速公路扩建j i 程路面再生方案选择研究； 2 、根据所选择的再生方案，开展再生混合料的室内试验研究l ：作，包括再生混合料的配合比设计、 室内性能试验等； 3 、在室内试验研究的基础上，进行试验段实施：i ：作，对再生混合料的施ji ：设备和施门：艺进行验证 研究，对大规模施j 生产的混合料性能进行验证； 4 、总结试验段的实施经验，优化完善再生混合料的施工工艺及质量验收要求，提出具体的施j l ：指导 意见，解决现场施工中遇到的有关技术问题； 5 、对沪宁高速公路扩建工程进行原路面再生利用相关经济效益进行分析。 2 第二章沪宁高速公路扩建t 程i l f i 青路面i l f 生方案 第二章沪宁高速公路扩建工程沥青路面再生 方案 沪宁高速公路在国内属于早期修建的高速公路，本次扩建在国内也属丁开展比较早的扩建项目，在这 之前只有沈大高速、沪杭甬高速、海南环岛高速等为数不多的扩建项目，但由丁各个项目的扩建方案各异， 而目这些项目都没有进行路面再生利用，因此，可供借鉴的经验1 卜常少。 沪宁高速公路扩建工程从节约十地、节约投资、施i ：难易等多个方面出发，在多种扩建方案中进行了 综合比较，最终采用的是“两侧加宽、局部分离”的扩建方式，根据扩建拼宽方案，需要铣刨老路面，因 此，将产生大量的沥青面层和基层的铣刨料。根据沪宁高速公路扩建ji ：程的实际情况，选择合适的路面再 生方案，是首先需要解决的问题。 2 1 沪宁高速公路扩建工程原路面铣刨方案 2 1 1 沪宁高速公路原路面结构形式 原沪宁高速公路为双向四车道，1 9 9 2 年开始建设。1 9 9 6 年建成通乍，当时的面层结构为4 c m a c 1 6 b + 6 c m a c - 2 5i + 6 c m a c - 2 5i i ，基层为2 0 4 0 c m 的二灰碎彳i ，底基层为2 0 4 0 c r n 的二灰十或二灰砂，路 面结构总厚度为7 6 c m 。 各市段的路面结构如下表： 表2 - 1 沪宁高速公路原路面结构表 结构层类型苏州段无锡段常州段镇江两段镇江东段南京段 a c 1 6 b 上面层 4 e r n4 c m4 c m4 c m4 e m4 e r a a c - 2 5i 中面层6 e m6 0 n6 c m6 e m6 e r a6 e r a a c 2 5 i i 下面层 6 e m6 c m6 c m6 c m 6 c m 6 c m 二灰碎石基层 3 0 c m2 5 c m4 0 c m 2 0 c m 3 0 c m2 0 c m 二灰土底基层3 0 c m3 5 c m2 0 c m4 0 c m3 0 c m4 0 c m + 说明：其中南京段底基层的材料为二灰砂。 2 1 2 沪宁高速公路原路面结构铣刨原则 沪宁高速公路原路面保留利川方案的确定主要考虑了以_ 卜两点冈素： l 、原沪j 。高速公路的路面病害主要集中在行车道，病害的主要类型为坑槽、裂缝等病害，而超车道 的路况良好，病害发生的较少。 2 、沪宁高速扩建后的交通组织是采取分车道行驶的方案，即货车只允许在外侧两个车道行驶，内侧 两个车道供客车行驶，而且最里面的车道仅供小型客车行驶。 本着充分利用老路的原则，结合中交第二公路勘察设计院和华中科技大学联合研究课题“沪宁高速公 3 东南人学硕j j 学位论文 路扩建工程现有路况评价及对策研究”的结论，最终，扩建上程采用的路面保留利用原则如下： l 、原来的超车道结构层全部保留： 2 、原来的行车道铣刨中上面层，下面层及以f 的结构层次保留利用； 3 、原来的硬路肩铣刨至路基顶面； 4 、当完成e 述铣刨：r 作后，如果还有病害没有处理，则根据病害所处的层位进行铣刨，要求病害必 须清除彻底，不得留有隐患； 5 、沪宁无锡路面四标( h n l 似标) 采用柔性基层路面结构，要求将原路面结构层全部铣刨。 2 1 3 原路面铣刨材料总量测算 沪宁高速公路扩建- t 程全线长度约为2 4 8 k m ，h n l m 4 标柔性基层段约2 2 k i n ，根据上述原则，在不 考虑病害处理工程量的假设下，根据铣刨的厚度、宽度、长度，沪宁高速公路扩建t 程需要铣刨沥青面层 和二灰碎彳i 基层总量匡算如_ 卜： 表2 - 2 沥青面层铣刨材料数量 段落 铣刨深度( 咖)铣刨宽度( m )长度( 1 口n ) 铣刨数量( m 3 ) 行7 f 道 1 0 3 7 5 4 5 21 6 9 5 0 0 全线除h n l m 4 标 馍努肖1 62 54 5 21 8 0 8 0 0 斟- l m 4 标1 610 5 4 47 3 9 2 0 表2 - 3 二灰碎石基层铣刨材料数量 段落 铣刨深度( c i l l )铣刨宽度( m )长度( k i n ) 铣刨数量( m 3 ) 全线除h n l m 4 标 3 02 54 5 23 3 9 0 0 0 i - i n l m 4 标 2 51 0 54 41 1 5 5 0 0 根据以上估算，则沥青面层铣刨材料数量为4 2 4 2 2 0m 3 ，二灰碎石基层铣刨材料数量为4 8 7 5 0 0m 3 ，若 考虑由于病害处理而铣刨的1 ：程量，根据现场病害调查数据，总铣刨工程量还会增加3 0 左右，估计本次 扩建j ：程的沥青面层铣刨量为5 5 万o ，二灰碎石基层铣刨量为6 3 万m 3 。 2 2 本工程可选择的沥青路面再生方法 目前，路面再生的种类很多，按i r 路面的性质不同可分为沥青路面的再生和水泥混凝土路面的再生； 按再生形成的层位不同可分为雨生面层、再生基层和雨生底基层：按再生方式的不同可分为热再生和冷再 生；按拌和地点的不同可分为现场再生和厂拌再生。根据美国沥青再生协会( 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 g a s s o c i a t i o n ) 的定义，沥青路面雨生技术可分五种方法：( 1 ) 厂拌热再生( h o tr 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 ) 。通常对于沥青路面而言，以下几种再生方式使用较多： 2 2 1 厂拌热再生 厂拌热再生是将回收的沥青路面材料与新的沥青、集料材料( 有时还包括再生剂) 混合，在拌和厂集 4 第_ 二章沪宁高速公路扩建t 程沥青路面再生方案 中生产再生热拌沥青混合料的过程。厂拌热再生是目前世界上应用最为，“泛的沥青路面再生方法，已经是 一种成熟的技术。据统计美国公路部门每年回收超过5 0 0 0 万吨的混合料，其中3 3 用于厂拌热再生，4 7 被用于其它形式的再生，废弃的混合料不超过2 0 。对再生的热拌沥青混合料来说，如果经过正确的设计 和施工，其性能通常能够相当于甚至优于传统的热拌沥青混合料。在各种再生形式中，厂拌热再生被认为 是一种非常有效的方法。厂拌热再生按拌和设备的不同分为连续式厂拌再生和间歇式厂拌再生两种。厂拌 热再生具有以下优点： 再生混合料的性能与传统的h m a 混合料性能相同或比其更优，可用于沥青路面的表层。 再生沥青路面可以重复使用旧沥青路面材料，减少新材料的用量，节约自然资源，减少废料处理问 题并降低相关费用，具有较高的经济性。 可以用来修正原沥青路面的设计问题，使其性能优化，且可修复路表面绝大多数的破坏如松散、泛 油、推挤、集料磨光、车辙和裂缝等。 通过添加新的集料、沥青或添加剂改善原混合料的级配和沥青问题，可以在厚度不变或变化较小的 情况卜改善路面结构。 可以维持原路面的线形和标高不变。 再生热拌沥青混合料的运输、摊铺和碾压设备及施：r 工艺与传统的热拌沥青混合料基本相同，只需 要对现有的拌和设备作较小的改动且可以满足现有的环保要求。 厂拌热再生也具有一定的局限性： 一般地，厂拌热再生混合料中同收的沥青混合料( 黜心) 用量较少，一般为混合料总量的1 0 3 0 ， 连续式拌和楼r a p 最高用量可以超过5 0 。 厂拌热再生混合料生产过程中的产量和生产效率受r a p 用量的影响。 厂拌热再生施工对交通的干扰较大。 混合料运输的费用较高。 厂拌热再生混合料的摊铺温度比传统的热拌沥青混合料略低，这主要是为了避免出现拌和楼中混 合料的加热温度过高。由于厂拌热再生混合料的出料温度略低，再生混合料比一般混合料硬，因此可供碾 压的时间也略有减少。 厂拌热再生可以使用现有的拌和设备生产再生沥青混合料，仅对相关部位作适当的改造即可。 厂拌热再生沥青混合料的配合比设计已经是成熟的技术，运用马歇尔方法和s u p e r p a v e 方法都可以设 计出满足路刚性能要求的再生沥青混合料。 厂拌热再生技术是目前适合我国现阶段的沥青路面再生技术。这种方法基本不增加设备的费h j ，只需 对原有拌和设备进行相关改造即可，摊铺与碾压设备都与常规沥青混合料一致。在这种再生方法中，沥青 路面同收混合料( r a p ) 的用量相对较少，生产出的沥青混合料的性能与新混合料相当。而且这种雨生方 法在欧美等发达国家使用的历史都较长，有大量成功的经验。厂拌热再生的优点主要在于：厂拌热再生沥 青混合料质量较稳定，质量控制相对于其它再生技术也较容易。 厂拌热再生技术涉及到的沥青混合料设计方法、质量控制与质量保证过程目前都较为成熟，便于在我 国推广使用。 5 东南大学硕士学位论文 图2 一卜1 厂拌热再生拌和设备( 间歇式)图2 - 1 2 厂拌热再生拌和设备( 连续式) 2 2 2 厂拌冷再生 厂拌冷再生是将回收的沥青路面材, t q - ( 凡廿) 和沥青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面以下1 5 0 n m i 的厚度。该法就是： 将回收的沥青路面在拌和场破碎，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。冷拌再生沥青混合料的摊铺、碾压与热拌沥青混合料相似。厂拌冷再生可以使刖多种冷再生剂 或乳化沥青将i f i t j j 7 青胶结料的性能恢复或接近原有状态。将同收材料破碎成适宜的级配然后通过试验确 定适量的添加剞，再摊铺、碾压到要求的密度，表面再铺以热沥青薄层罩面、表面处治层等罩面。冷再生 需要较高的生产率。 厂拌冷再生可用于修复面层和基层的病害，厂拌冷再生对反射裂缝和行驶质量低下等病害的修复效果 良好；厂拌冷再生也可改善路面的几何线形和修复任何类型的裂缝。厂拌冷再生的路面一般能满足上 常的 需要，但为了防止厂拌冷再生路面发生水损害以及分散交通荷载作用的需要，常常在厂拌冷再生路面上加 铺一层热拌沥青混合料。 相比厂拌热再生沥青混合料的配合比设计，厂拌冷再生混合料配合比的设计不是那么成熟。厂拌冷再 生一般用水泥、乳化沥青、泡沫沥青等作为再生剂。石料和乳化沥青存在配伍性的问题，因此，i 式- t l l l 室内 对石料和乳化沥青混和后的稳定性的试验非常重要。由于施工是在有水存在的环境下进行的，质鼙控制、 质量保证等与传统的沥青混合料施工相比有很大的差异，不如厂拌热再生方法可靠，但已经较为成熟。 图2 - 2 厂拌冷再生拌和设备 6 第二章沪宁高速公路扩建t 程沥青路面再生方案 2 2 3 现场冷再生 现场冷再生( c 瓜) 是指原有路面材料被现场利用的一种路面改建技术。主要指旧路面材料在现场拌 和而不需要加热，旧路面经过铣刨、破碎得到沥青路面再生材料( 黜心) ，加入新的集料或路面再生剂， 然后摊铺、压实。 采用现场冷再生可以使路面恢复所需的线形、断面，消除原路面的车辙、不规则和不平整的i x 域。还 可以消除横向、纵向和反射裂缝。路面现场冷再生的应用不断增加的另一些主要原冈有：减少对材料特别 是碎石的开采，生产效率高，费用低，对交通的影响减少到最小，可以保留原有的路面标高，对环境的影 响小，节约石油资源。对于那些离拌和场较远的次要道路和低交通龄道路，现场冷再生比集中厂拌冷再生 更适用。现场冷再生不需要将r a p 材料运到拌和场，然后再将冷再生材料运同施i ：现场，节约了运输费 用。 现场冷再生的优点有： 充分利用旧路面的集料，减少对石料的开采，从而保护资源，特别是住路面集料比较紧缺的地区更 是如此。 通过再生利用减少了对沥青材料的需求，1 只路面中残留的沥青可以通过再生方式得到利刖。 现场冷再生可以使已破坏的路面恢复到原有的路面路拱及坡度，这对r 路面排水、跨线桥净空控制 等非常重要。 现场冷再生不需要加热，节约能源，减少了烟尘、废气对环境的污染，现场冷雨生比现场热再生更 有利于环保。 现场冷再生已被证明可以减少沥青路面的反射裂缝。通过延缓和减少反射裂缝，可以延长路面的使 用寿命，并提高行车的舒适性。 由于现场利用旧路面材料，减少了材料的往返运输，减少了燃油消耗。 在相同的条件下，与其它的路面改造方案相比，现场冷再生由。r 利刖j f l 路面材料，一i ：程造价降低。 现场冷再生减少路面材料的往返运输，施工时对相邻车道的交通影响较小，减少了公众的交通延误。 通过现场冷再生和加铺新的罩面，可以比较彻底地解决各种路面病害，如纵横缝、坑洞、车辙、不 规则裂缝。 现场冷再生可减少道路线犁设计、测肇的时间和费用。 图2 - 3 现场冷再生 7 东南人学硕i j 学位论文 现场冷再生的缺点有： 现场冷再生还是比较新的路面改造技术，其混合料配比设计的经验还不是很成熟，目前很多火学、公 司等研究机构正在进行配合比设计的研究工作。 现场冷再生的质量控制和质量保证( q c q a ) 不如集中厂拌再生可靠，旧路面的材料状况影响再生路 面的性质。如果旧路面材料比较一致，再生后的路面会比较均匀，如果旧路面材料变化较大，设计施工中 应根据不同路段的情况调整配比和施j 工艺，以获得均匀一致的路面，这往往取决于1 ：程人员的经验和施 工工艺的戍变能力。 现场冷再生的j i ：艺需要相对温暖、干燥的施：r 条件，气候条件要求高。 现场冷弭生的路面水稳定性筹，易受水分的侵蚀和剁落，因此需要一个封层或热拌沥青混凝十罩面层。 为了获得足够的强度，乳化沥青冷再生路面通常需要2 周的养生时间。 通常沥青路面的铣刨深度为1 0 - - - 1 5 c m ，这样可以消除反射裂缝。根据旧路面开裂的深度，现场冷再生 可能会侵入一部分基层材料，这样很难保证再生后路面的均匀性。 2 3 乳化沥青再生机理分析 乳化沥青再生混合料是一种复杂a 勺复合材 ；：乐实不久的乳化泐青再生湿台料是由初步开始破乳并恢 复沥青性质的乳化沥青、较多数量的水、粗集科、细集科和矿粉构成，某些情况下还包括较少量的水泥； 压实成型的混合料，在行车荷载和环境温度作h j 下，水分不断蒸发、乳化沥青不断破乳井恢复沥青粘结性 质，3 0 天后乳化沥青再生混合料含有很少量水分，强度发育完成，最终达剑与热沥青路面几乎相同的效果。 乳化沥青再生混合料与热沥青混合科的明显区别在丁： l 、乳化沥青再生混合料中含有水分。这是和热沥青混合料的最人的不同。由于含有水分，所以乳化 沥青再生混合料就有一个破乳、水分蒸发的过程，铺筑完成后人约3 0 d