（道路与铁道工程专业论文）现场冷再生混合料力学性能试验研究.pdf

摘要 目前我国道路建设进入维修、养护阶段，如果在道路改造中把原有路面材料 直接废弃，采用新料，不仅会造成环境污染，而且浪费资源，因此，针对目前国 际资源紧缺形式，对废旧沥青混合料进行再生利用的研究是有必要的。 本文通过资料调研、室内试验、理论分析及工程经验总结，对以往现场冷再 生技术经验进行归纳总结，对冷再生进行深入研究探讨，重点探讨旧料评价指标、 沥青发泡试验研究、常温再生剂研制思路研究、中粒式再生混合料目标级配设计、 泡沫沥青( 乳化沥青) 混合料设计方法，以期对现场冷再生技术进行规范化，严 格化。 首先对旧沥青路面材料进行分析，通过室内试验，对胶结料材料性能进行评 价，采用现行规范推出的针入度分级体系和s h r p 性能分级体系试验对老化沥青进 行评价分析。其次对目前冷再生再生剂( 泡沫沥青、乳化沥青) 进行研究分析， 具体包括泡沫沥青的研制，采用正交试验对泡沫沥青发泡特性影响因素进行显著 性分析，并针对目前冷再生再生剂存在问题探讨常温冷再生再生剂的研制；再次 结合我国面层与基层混合料大部分趋于中粒式混合料的特征，从影响冷再生混合 料的关键因素之一一级配入手，基于设计骨架密实结构混合料的思想，通过n 法、 k 法和i 法等方法设计级配，并经过贝雷法级配检验，以期得到冷再生中粒式骨 架密实混合料目标级配范围，避免级配范围过宽导致路面材料性能不均，从而影 响冷再生混合料路用性能。 最后对泡沫( 乳化) 沥青冷再生混合料进行设计研究，以废旧沥青混合料为 研究对象，通过室内试验研究，对再生混合料的力学性能进行评价分析，确定再 生剂最佳掺量，并对再生混合料高温稳定性、水稳定性、疲劳特性进行研究，以 期推动现场冷再生技术在我国的广泛应用。 关键词：评价指标；再生剂；正交试验；目标级配；混合料设计；疲劳性能 a bs t r a c t a tp r e s e l l t ，o u rc o u n t sr o a dc o n s t m c t i o ni ss t 印i n g i n t ot h es t a g eo fc o n s e r v a t l o n a n dm a i n t e n a i l c e w a s t i n gt h e 嘶西n a lp a v e m e n tm a t 嘶a l si nm er o a d 缸锄s f o m a t i o na n d u s i n gn e wm a t 嘶a l sw i l ln o to n l yc a u s ee 1 1 v i r o m n e n t a lp o l l u t i o 玛a n dw a s t e r e s o u r c e s t h e r e f o r e ，a c c o r d i n gt o t h ef 0 肌so fc u r r c l l ts h o r t a g eo fi n t e m a t l o n a lr e s o u r c e s ，l t l s n e c e s s a r yt or e s e a r c ho nt h er e c y c l i n go fw a s t ea s p h a l tm l x n l r e t l d u 曲r e s e 锄c h i n go np a p e r s ，l a b o r a t o 叫t e s t i n g ，m e 0 础c a la i l a l y s l sa n de 1 1 黟n e c n n g e x p 商e n c ei st o 删撕z em ee x p 秭e i l c eo f c o l di n p l a c er e c y c l i n gt e c h n o l o g y i no r d e rt 0 m a k et h ec 0 1 dr e c y c l i n gt e c l l i l o l o g ym o r es t a i l d a r d i z a t i o n 锄ds t r i c t ，w es t u d y d e 印l yt l l ek e y t e c l u l o l o 西e so fc o l dr e c y c l i n 岛w h i c hf o c u s i n g r e s e a r c ho f r e c y c l i n ga g e n t ，莎a d a t i o nd e s i g n ，t l l e f i r s to fa 1 1 ，m ep 印e ra i l a l y s i s0 1 d 嬲p h a l t o nt l l ee v a l u a t i o no fo l dm a t e r i a l ，t l l e m e t h o do f m i x t u r ed e s i g n p a v 锄e n tm a t 函a l s 廿1 】o u 曲也e 硫e r i o r t e s t i n gt 0e v a l u a t et h ep r o p e r t i e so f c e m e n t i t i o l l sm a t e f i a l ，w r h i c hu s i n gt l l ec x i s t i n gn o m s i n 昀d u c e dp e i l 吡a t i o ns h r pp 柏瓶姐c e 黟a d i n gs y s t 锄锄d 鲫i n gs y s t 锄f o ra s p h 2 l l t a 西n gt e s t s e c o n d l y ，“i sn e c e s s a 巧t 0r e s e a r c ha 1 1 d 锄a l y s i st l l ec u r r 锄tr e c y c l i n ga g 饥t ( f 0 锄 嬲p h a l t 锄u l s i l c i e d 姆p h a l t ) ，i n c l u d i i 唱m ed e v d o p m l 瞰to ff o 锄e d 却h a l t t h ep a p e r u s e s 0 r t h o g o n a lt 懿tt 0a n a l y s i sn l es i 鲥矗c 肌t l yf a c t o r so f 圮b u t b l ef o 锄i n gp r o p e n i 销o f f o 锄e da s p h a l ta n d 缸也ev i e wo ft l l ep r c s e n tp r o b l e m so fr e c y c l i n ga g e n ti nt l l ec o l d r e c y c l i n gt e c h n o l o g yt o 唧l o r et h er e s e a r c ho fr e c y c l i 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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“”) 作者签名：熏阖蔚 导师虢尧钎 日期：娜7 年斗月。日 日期：印7 年叶月，p 曰 1 1 问题的提出 第一章绪论 在我国经济持续快速发展、交通量同益繁重、轴载不断增加的背景下，越来越 多的道路陆续进入了维修期限。我国部分经济发达地区道路行业的重心己经率先开 始从道路新修建设向大中修养护转移。 我国以半刚性基层柔性路面结构为主要结构形式，如今两种主要道路维修方案 为直接加铺和翻挖重建，然而两种施工工艺均存在重大缺陷。翻挖重建的方式在施 工过程中丢弃的废料不但造成资源浪费，而且占用大量的土地资源，对环境形成了 直接的危害。直接加铺的施工方法势必会造成路面标高的抬升，使得路面结构进一 步复杂，对以后的维修工作带来了极大的不便。正是传统维修手段中存在的种种弊 端，使得倡导旧料回收利用的路面再生工艺逐步发展起来。 沥青路面再生技术是将原有的路面材料，以不同方式加以再生或重复使用的一 种路面养护维修技术。具体到道路工程上，就是指将已经破坏的路面面层、基层材 料翻挖回收、破碎处置后，重新利用到新建路面结构层次之中，达到旧料回收利用 的目的。按照不同的工艺，可以分为热再生技术和冷再生技术。热再生技术包括就 地热再生和厂拌热再生，冷再生技术包括厂拌冷再生和就地冷再生。热再生技术主 要用于恢复老化沥青的粘结性能，重新发挥沥青的胶结料作用，将沥青资源再生利 用，因此用于热再生的材料只能是沥青面层材料。而冷再生技术主要是将原有的路 面材料加以重复使用，原有的路面材料主要起骨料的作用，因此用于冷再生的路面 材料不仅可以是沥青面层材料，还可以是无机结合料稳定的基层材料。 从我国道路损害的情况统计可以看出，道路的损害很大程度与基层有关，因此 结合我国实际，冷再生在我国的应用前景较热再生更为广阔。本文就沥青类现场冷 再生进行研究分析，泡沫沥青( 乳化沥青) 冷再生工艺是将旧沥青面层( 有时连同少 量基层) 铣刨破碎处置后，加入一定量的新集料并通过专门设备喷入泡沫沥青( 乳化 沥青) ，经过拌和、碾压成型的施工过程，是一种节能环保、经济简便的先进道路维 修手段，在美国、加拿大、南非、澳大利亚和欧洲都有着成功的先例，但我国无论 从室内研究还是实践应用都仍处于起步阶段。由于冷再生技术在我国应用时间有限， 沥青发泡特性、乳化机理、混合料性能、施工过程等许多技术环节的问题并没有完 全解决，远未达成共识，缺乏系统性的研究成果。 现如今，我国众多道路面临大中修养护，是泡沫沥青( 乳化沥青) 冷再生技术 难得的推广机遇，因此近几年该技术的工程应用稳步增加。但是我国对该技术研究 时间较短，工程应用也仅限于试验路铺筑阶段，对该技术中老化沥青的评价指标、 再生剂研制、混合料路用性能标准乃至施工工艺尚未进行深入的研究，缺乏深入全 面的研究成果，严重制约了该技术的推广应用。因此有必要对冷再生技术进行全面 的、系统的研究与总结，并进行必要的试验论证。诸如有关再生材料的技术指标、 再生剂的选定指标与最佳剂量、各种再生路面适应的道路等级、再生路面结构设计 中的材料参数等一系列技术问题应该达到规范化。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究应用状况 废旧沥青路面材料的再生技术在发达国家已经受到普遍的重视，被纳入了可持 续发展的范畴，并得到广泛的应用。欧美等国已经形成一套完整的再生技术，达到 规范化和标准化的成熟程度。 1 ) 泡沫沥青冷再生技术研究 早在1 8 8 9 年，美国内布拉斯加州就有人在路面深层修补中将沥青加入到基层材 料中以提高路面结构的承载力。1 9 2 8 年德国的a u g u s tj a c o b i 注册了第一个制造 沥青泡沫的专利。1 9 5 6 年美国依阿华州立大学的l a d ic s a n y i 博士首次将泡沫沥青 用作道路稳定土基层的稳定剂陋1 。但由于泡沫沥青稳定施工对设备要求较高，而初 期应用时一直采用热蒸汽工艺进行厂拌施工，再加上缺乏标准的设计方法，因此限 制了这项技术的推广应用。 1 9 6 8 年澳大利亚m o b i lo i l 公司改进了原有生产工艺以冷水替代热蒸汽直接将 水注入热沥青，使得泡沫沥青的广泛应用变得现实和经济。1 9 9 1 年m o b i lo i l 公司 的专利权结束后人们又重新对泡沫沥青的研究产生了兴趣，许多公路部门引进该项 技术进行试验和研究。 2 0 世纪7 0 年代b o w e r i n g 和m a r t i n e 等人对泡沫沥青稳定劣质路面材料进行了 研究口1 。7 0 8 0 年代美国的不少州都开展了这方面的应用研究，修建了试验路段。 进入9 0 年代后泡沫沥青引起了研究者新的关注。1 9 9 7 年后澳大利亚m a i nr o a d s 的 m k e n d a l 、j r a m a n u a j a m 等人开始采用泡沫沥青稳定集料技术对昆士兰地区的道路 进行冷再生，以提供具有柔性又耐疲劳的路面结构，为此进行了一系列试验路研究 h 3 。南非的k m m u t h e n 等人对泡沫沥青再生混合料的设计、沥青的发泡性能进行了 较系统的研究1 。这些研究为泡沫沥青冷再生技术的实践应用奠定了理论基础。 在这种形势下，从上个世纪九十年代中后期开始，美国、加拿大、澳大利亚、 南非及欧洲各国都积极推广应用节能环保的泡沫沥青再生新技术，从公路到城市道 路，从厂拌到就地再生，从几公里较短的试验路到十几公里以上的工程项目不断涌 现。到上个世纪末，国外一些地区使用泡沫沥青再生技术已经比较成熟。在理论研 究和工程实践相互促进、不断深入的基础上，最终南非于1 9 9 8 年提出了泡沫沥青再 生混合料设计规程。美国一些州也都相继制定了再生的手册，比如：爱荷华州于 2 0 0 3 年出版了全厚度再生规范哺1 ，并于2 0 0 6 年连续出版了就地冷再生规范 3 ，内容 2 涉及到乳化沥青和泡沫沥青的设计、施工的各个方面。加拿大的安大略省也于2 0 0 3 年颁布了泡沫沥青全厚度再生规范油3 。与此相应，著名的筑路设备机械公司w r i t g e n 由于一直经营泡沫沥青施工机械，也出版了冷再生手册阳1 ，用以指导具体的施工过 程。国外各地区一系列规范的制定标志着泡沫沥青再生混合料再生技术理论和施工 工艺的不断进步，也从侧面说明了这项技术的发展f ； 景和实用性。 国外大规模关注该技术仅从上个世纪七十年代发泡设备改良之后开始的。其研 究内容大多集中在沥青发泡试验、泡沫沥青再生混合料的级配范围、配合比设计、 性能评价及其施工工艺上。本文仅就国外室内沥青发泡试验，泡沫沥青混合料路用 性能研究、施工工艺进行介绍： 室内发泡试验 良好的沥青发泡效果是泡沫沥青冷再生的首要技术环节，只有保证良好的发泡 效果，才有可能得到性能优良的泡沫沥青再生混合料。沥青发泡虽然是一个物理变 化过程，但发泡效果影响因素较多，整体变化复杂而不易控制，国内外学者都曾对 发泡试验的影响因素及评价标准进行过研究。 1 9 8 3 年m b r e n n e n 等人对3 种沥青在1 4 9 、1 6 3 和1 7 7 进行了发泡试验， 每一种温度选择了3 个用水量即1 5 、2 和2 5 ，使用膨胀率和半衰期作为评价指 标。最终发现这些评价指标受产生泡沫的数量、发泡用水量和发泡温度的影响。认 为较高的发泡温度和用水量的增加都使得膨胀率增大，但同时使得半衰期减少并 根据不同沥青的发泡试验结果认为1 6 3 的发泡温度和2 的用水量可以得出较好的 发泡效果n 们。 1 9 8 3 年r u c k e l 等人提出了沥青发泡特性的试验方法，包括使用两个发泡温度 ( 1 6 3 和1 7 7 ) 和3 个用水量( 1 5 、2 和2 5 ) 6 个变量来确定沥青理想的发泡条 件。他还发现在试验室里，发泡容器的容积大小对发泡倍数和半衰期也会产生影响 【i l 】 o 2 0 0 3 年新西兰的m o f r e hf s a l e h 通过试验发现与硬质沥青( 针入度8 0 1 0 0 ) 相 比，软质沥青( 针入度1 8 0 2 0 0 ) 具有较好的发泡效果刳。 路用性能 由于泡沫沥青再生混合料特殊的物理性能，水稳定性成为研究者们关注的焦点。 k mm u t h e n 认为泡沫沥青再生混合料含有相对少的胶结料和较高的空隙率，因此其 强度特性与水分含量密切相关碍1 。c a s t e d o 和w o e d 的研究也表明泡沫沥青再生混合 料对水的浸入比较敏感，饱水强度有时会远小于养护后的强度随1 。以至于在配合比 设计时，获得最佳水稳定性成为了判定泡沫沥青用量的公认标准州8 m m 3 钉n 引，在 试验方法上，大部分研究人员均选择了干湿劈裂强度。 c a s t e d of r a n c o 等人( 1 9 8 4 ) 发现了石灰等添加剂可以降低混合料的水敏感性 n 引。水泥也被发现具有同样的效果同时价格更低( l e w i s ，1 9 9 8 ) 口 。更高含量的沥 青也可以降低水敏感性，因为它可以达到更高的密度，导致更低的渗透性( 低空隙 率) ，并更好的用胶结料裹覆了水敏感性的细集料。m a c c a r r o n e ( 1 9 9 8 ) 推荐，要获得 好的性能，泡沫沥青试件最少还应该具有在浸水条件下1 0 0 k p a 的间接抗拉强度和干 燥状态下2 0 0 k p a 的问接抗拉强度1 。养生对泡沫沥青再生混合料的强度有非常重要 的影响( v a nw ij ka n dw 0 0 d ，l9 8 3 ) 。与热拌沥青混合料相比，泡沫沥青再生混合 料的温度敏感性并不很强。1 9 8 5 年s a k r 和m a n k e 指出泡沫沥青再生混合料的稳定 性，在很大的程度上是受集料的嵌锁情况的影响而不是胶结料的粘结性引。相似的， m u t h e n 指出：在泡沫沥青罩，大颗粒集料并未被胶结料很好地裹覆，因此集料在更 高的温度下仍然保持了相互之间的内摩擦力。然而，沥青胶浆在高温下其稳定性和 粘结性都会下降，这可能导致混合料强度的降低哺。 也有学者采用车辙试验评价泡沫沥青再生混合料的高温性能。澳大利亚昆士兰 交通部门曾采用i m a g ef l a t s 的材料进行泡沫沥青再生混合料车辙试验，试验结果 差异很大，压实后立即试验的轮辙深度在不到2 0 0 0 次就超过1 4 m m ，压实后2 4 h 试 验结果是1 0 0 0 0 次试验的车辙深度仍小于l m m h l 。 少数学者曾经尝试采用不同试验方法评价泡沫沥青再生混合料的疲劳性能。澳 大利亚曾采用现场材料进行了混合料梁式疲劳测试( 简支梁中间点加载) ，结果显示 养生后的试件疲劳性能在某种程度上高于常规沥青混合料，但变异性相当大。 m u t h e n 指出：泡沫沥青再生混合料的力学特性介于粒料类和水泥结构之间嗨1 。 b i s s a d a ( 1 9 8 7 ) 的研究表明泡沫沥青再生混合料的疲劳特性不如常规热拌沥青材料 n 引。l i u l e 等人( 1 9 8 3 ) 认为泡沫沥青的疲劳特性与热拌沥青相似h 制。 对于泡沫沥青再生混合料的抗压强度和回弹模量，国内外的研究相对较少。 b o w e n n g ( 1 9 7 0 ) 提出了作为基层处置材料时泡沫沥青再生混合料的养生方法及对应 的强度标准：0 5 m p a ( 浸水4 天) ，0 7 m p ( 6 0 下养生3 天) 幢引。b o w e r i n g 和 m a r t i n ( 1 9 7 6 ) 还建议泡沫沥青材料在实际的无侧限抗压强度下通常应该在1 8 m p a 到5 4 m p a 范围内，泡沫沥青材料的抗拉强度也要在o 2 m p a 到0 5 5 m p a 的范围内， 但这都取决于含水量的多少n 3 。 施工工艺与设备研发 就地再生工艺即在旧路面破碎铣刨的同时喷入泡沫沥青，生产泡沫沥青再生混 合料并碾压成型的过程他。施工工艺很大程度依赖于再生设备特性，将泡沫沥青冷 再生技术的付诸实际应用的一个关键环节在于开发集沥青发泡、再生料拌和为一体 的现场施工设备。加拿大s o t e r 公司从1 9 9 0 年左右开始冷再生技术研究，开发了沥 青发泡装置，成功安装在美国卡特彼勒公司的r r 2 5 0 型再生机上。日本小松公司也 开发了安装于g s 3 6 0 型再生稳定土拌和机上的泡沫沥青系统托刳。目前，德国筑路 设备机械公司维特根w i r t g e n 开发、研制了多种型号的泡沫沥青冷再生机械，用于 厂拌冷再生和就地冷再生施工阳1 。另外德国宝马格公司( b o m a g ) 生产的m p h l 2 1 、 4 m p h l 2 2 ，意大利的玛连尼( m a r i n i ) 生产的c m r 2 5 0 ，美国卡特彼勒公司( c a t e r p i l l a r ) 生产的r m 5 0 0 等都是冷再生设备的典型代表。这些再生设备的出现和完善，为泡沫 沥青冷再生工艺的推广应用起到了至关重要的作用。 2 ) 乳化沥青冷再生技术研究 乳化沥青是由微小沥青颗粒悬浮在水介质中的乳状液。1 9 0 6 年沙得范韦斯特 鲁姆首次在专利中提到使用沥青和水的均匀混合物来铺筑沥青路面从此，乳化沥青 开始蓬勃发展，有广泛的道路建筑应用。乳化沥青既可以用作喷洒型的粘层油或透层 油，也可以和石料拌和成为稀浆封层或冷再生混合料。 美国在乳化沥青冷再生的研发、生产和应用方面都居于世界领先地位。美国 a s t m 协会对阴离子和阳离子乳化沥青分别颁布了技术规范。 在欧洲各国中，法国是应用乳化沥青最多的国家，乳化沥青的研发和应用技术 都比较先进。德国也是乳化沥青的应用大国之一，乳化沥青的发展方向已包括一下 几个方面，即可以控制破乳时间的乳化沥青、掺聚合物的乳化沥青、精制乳化沥青、 高浓度乳化沥青，但是在乳化沥青冷再生方面还应用较少乜驯。 1 2 2 国内研究应用状况 与发到国家相比，我国的沥青路面冷再生现状，无论从再生利用方式、材料性 能到实用施工技术的研究均处于初步阶段，尚未形成完整的配合比设计方法、施工 工艺和质量控制指标等相关技术。 1 ) 泡沫沥青冷再生的研究 我国泡沫沥青冷再生技术的室内研究和工程应用均处于起步阶段。国内最早的 利用现场路面冷再生技术是对河北省境内的一段路进行改造。使用的机械是邯郸市 交通局于1 9 9 8 年l o 月引进的世界上最先进的再生机一德国w i r t g e n 公司的w r 2 5 0 0 。 该工程位于河北省邯郸市广平镇附近，距邯郸大约7 0 k m ，这个是中国的第一个冷再 生项目。这次是首次采用大型现代化再生机械一次性完成旧路的再生施工，同时也 是中国第一次以泡沫沥青作为稳定材料，它是中国公路建设的一个里程碑，随后修 筑了一小段试验路，并试图开展一些课题研究。在最初几年工程应用情况进展甚为 缓慢，但是这段时间同济大学、长安大学以及长沙理工大学等国内专家学者对这项 新技术和新材料进行了探索性的研究，为该技术的试验路段的铺筑创造了条件。 从2 0 0 4 年开始，江苏无锡开始铺筑了一小段o 6 k m 的试验路。2 0 0 6 年，上海、 湖北、陕西、广东等地也陆续在国道、省道甚至高速公路上铺筑试验路段，但均在 2 k m 以内。在室内研究和工程经验积累基础上，2 0 0 7 年泡沫沥青冷再生工程应用大 幅提高，工程数量和长度均出现了明显的增长。 截止至2 0 0 4 年，我国仅有少量泡沫沥青冷再生技术的工程应用，但近两来该技 术的推广应用增长极为迅速，三年时间工程总量增加了十余倍。如今我国己经具备 w r 2 5 0 0 ，w r 2 0 0 0 ，2 2 0 0 c r 等多种型号的再生设备，w r 2 5 0 0 型再生机数量己经接近 4 0 余台。 我国科研相关学者在沥青发泡试验研究中取得了一些初步成果。何桂平等人通 过对s h e l1 6 0 7 0 号沥青的发泡试验，考察了温度、气压和加水量三个因素对沥青发 泡性能的影响通过方差和多元均值比较技术分析，认为三者对于沥青发泡性能均有 着显著的影响心引。 拾方治采用四种常用沥青进行发泡试验，认为沥青品种、发泡温度和发泡用水 量是影响泡沫沥青发泡特性的主要因素，并发现各种沥青的最佳发泡条件均在沥青 温度1 5 0 、用水量1 5 左右取得，没有明显差异心5 l 。曹翠星等人通过对发泡数据 的非线性拟合，提出两种沥青发泡性能的衰退方程，并以此分析和验证发泡机理心引。 路用性能方面，水稳定性成为研究者们关注的焦点。在配合比设计时，获得最 佳水稳定性成为了判定泡沫沥青用量的公认标准，在试验方法上，几乎所有的研究 人员均选择了干湿劈裂强度。 拾方治通过劈裂疲劳试验，认为在相同应力比下，泡沫沥青再生混合料的疲劳 性能和粗粒式沥青混合料相当心7 1 。 对于泡沫沥青再生混合料的抗压强度和回弹模量，拾方治曾对该材料的模量进 行过测试，认为泡沫沥青再生混合料的模量在8 0 0 一1 2 0 0 m p a 范围内乜 。 2 ) 乳化沥青冷再生的研究 我国江苏和湖南等省早期曾进行过用乳化沥青冷拌再生废旧渣油路面材料的研 究，但仅局限于小范围的室内试验和少量的试验路阶段。 从八十年代初就开始对旧沥青路面再生利用进行研究，但由于公路建设重心的 转移，养护工作得不到重视，路面再生技术研究也处于停滞状态，再加上当时的公 路等级低，旧沥青路面再生的问题不是特别突出，故迟迟没有研制开发出实用性的 旧沥青路面再生技术及设备投入工程应用。乳化沥青主要用于路表面的维修处治及 作为粘结层使用。而今大量沥青路面已陆续进人了维修或改建期，开发适用于沥青 路面的再生技术这一工作已提到公路工作者的议题。 近年来，我国在吸收和借鉴国外乳化沥青冷再生研究的基础上，0 6 年交通部颁 布的沥青混合料规范中对乳化沥青的技术作了相应的要求乜引。然而由于我国乳化沥 青冷再生起步较晚，目前主要使用的乳化沥青主要是国外产品，乳化剂的品种稀少， 质量不稳定，当前乳化沥青的研制主要也是采用国外经常使用的乳化剂。 1 3 本文主要研究内容 1 主要研究内容 在国内外目前研究成果的基础上，对旧沥青混合料沥青类冷再生技术进行综合 研究，通过必要的室内试验，以明确冷再生沥青混合料的路用性能及应用技术，从 而形成一条利用旧沥青路面再生技术以提高路面性能、延长使用寿命、降低维修成 6 本的有效途径，为设计、施工、监理单位应用冷再生技术提供科学的依据。 本文主要研究内容包括以下五点： ( 1 ) 旧沥青路面混合料分析及胶结料材料性能评价方法与指标研究 分析旧沥青的老化程度： 旧沥青混合料的级配： 旧沥青混合料的沥青含量 ( 2 ) 泡沫沥青研制，沥青发泡特性及发泡效果影响因素研究 ( 3 ) 常温冷再生再生剂的探讨研究 ( 4 ) 冷再生中粒式混合料目标级配研究 ( 5 ) 再生混合料设计及室内试验性能研究 2 研究方法与技术路线 ( 1 ) 旧沥青路面胶结料材料性能评价方法与指标研究 采用旋转蒸发器法对沥青胶结料进行回收：对回收的沥青胶结料进行路用性能 检验，分别按照我国现行规范规定的试验方法与技术标准及美国s h r p 研究成果沥青 p g 分级试验方法与标准对回收沥青胶结料进行对比评价分析。 ( 2 ) 泡沫沥青研制，沥青发泡特性及发泡效果影响因素研究分析 在沥青发泡机理和评价指标分析的基础上，通过不同发泡条件下的室内发泡试 验，对沥青发泡效果的影响因素进行分析评价，通过正交试验方法进行室内试验及 分析研究影响发泡效果因素的显著性。 ( 3 ) 冷再生中粒式混合料目标级配研究 通过传统级配设计，基于国内外冷再生混合料级配范围，通过贝雷法级配检验 分析，进一步优化冷再生混合料级配范围。 ( 4 ) 再生混合料设计及室内试验研究 对泡沫( 乳化) 沥青冷再生混合料进行设计研究，以废旧沥青混合料为研究对 象，通过室内试验研究，对再生混合料的力学性能进行评价分析，确定再生剂最佳 掺量，并对再生混合料高温稳定性、水稳定性、疲劳特性进行研究。 7 第二章旧沥青路面混合料分析及胶结料材料性能 评价方法与指标研究 在再生路面设计研究之前，需要对现场铣刨材料进行研究分析t 具体包括r a p 材料级配组成、r a p 的集料级配、老化沥青含量及老化沥青老化程度等进行室内 研究分析。 2 1r a p 原材料室内试验研究 r a p 料为佛山官西线路段面层及部分基层铣刨料。采用离心分离法得到含有 旧沥青的三氯乙烯溶液旋转蒸发器法用于回收溶液中的旧沥青。 211r a p 级配的评估 1 ) 旧沥青混合料样品，如图2 1 所示： 艮酒 翻21r p 由于沥青的存在，旧料中的团块在高温下会发生软化、松散( 冷凝后仍然形成 块体) ，这将影响到筛分的结果，因此采用自然风干而非加热烘干的方法得到干燥 的样品。当选择采用温箱烘干时，材料加热温度必须调整为5 0 摄氏度恒温进行烘 干。 根据需要选用o 0 7 5 唧3 7 5 岫的一组标准方孔套筛进行筛分试验，筛分前 先用3 7 5 衄方孔套筛过筛，筛除少量较大粘团颗粒考虑到材料组成离散性大的 影响为保证试验结果能够真实地反映材料特性。在室内试验过程中需陆续抽取 5 份样品进行筛分试验，每次都按规定的方法从料堆的不同部位均匀取样，再按 四分法缩分至一次试验所需质量。最后绘制筛分曲线如下图2 2 所示： 表2 1r a p 抽提前的级配表 筛孔通过卜列筛孔( m m ) 重量百分数( ) 尺寸0 0 7 3 1 52 6 51 91 61 3 29 54 7 52 3 61 1 80 6o 30 1 5 ( m m ) 5 l9 6 59 4 89 2 79 0 58 7 38 2 25 8 63 9 4 2 7 9 1 8 111 58 3 3 6 4 7 29 5 89 5 89 4 49 1 98 8 58 1 75 6 13 7 72 8 32 0 81 5 71 3 4 1 2 1 31 0 09 7 79 2 79 0 48 4 97 6 74 7 52 8 11 9 21 2 88 56 35 3 41 0 0 9 7 9 2 8 88 47 6 34 8 22 8 31 9 31 2 78 46 1 4 8 51 0 01 0 09 7 79 3 59 08 3 45 3 93 4 32 3 71 5 91 0 27 45 9 均值 9 8 59 7 19 3 99 0 98 6 98 0 15 2 93 3 6 2 3 7 1 6 11 0 98 36 9 图2 2r a p 料筛分曲线 通过筛分结果可以看出，旧沥青混合料采用的级配与a c 一2 0 型沥青混凝土的 级配比较接近，4 7 5 m m 筛孔的通过率) 4 5 ，属于a c 一2 0 f 型。回收沥青路面材料 级配与a c 一2 0 级配范围对比见表2 2 。 表2 2 同收沥青路面材料级配与a c 一2 0 沥青混凝土级配范围对照表 通过下列筛孔( m m ) 重量百分数( ) 筛孔尺寸m m 3 1 5 2 6 51 91 61 3 29 54 7 52 3 61 1 80 60 30 1 5o 0 7 5 a c 一2 0 级配上限 1 0 01 0 01 0 09 28 07 25 64 43 32 41 71 37 1 只集料9 8 5 9 7 1 9 3 99 0 98 6 9 8 0 1 5 2 93 3 62 3 71 6 11 0 98 36 9 a c 一2 0 级配下限 1 0 01 0 09 07 86 25 02 61 61 28543 9 筛分级配曲线 j u u u 二严 ，_ _ 一 9 0 0 、。7 8 0 o ， 7 0 0 7 j j， ， 6 0 0 霉 形留-j 盘5 0 o 心 萌4 0 o 赠 一 3 0 0 2 0 0 ， ， l o o 白 一 ；2 暮； g 筛孔 。， 嚣 鑫蒜毽g g 图2 3r a p 料筛分曲线与a c 一2 0 级配曲线对比 由图2 3 可以看出：虽然回收沥青路面材料的级配与a c 一2 0 f 型沥青混凝土的 级配比较接近，但9 5 m m 1 6 m m 粒径范围内通过率较高，骨料含量少，0 0 7 5 m m 、 4 7 5 m m 、1 6 咖筛孔的通过率接近上限，而9 5 、1 3 2 m m 筛孔的通过率更是超过了 上限。分析沥青混合料路面经过长时间行车荷载的作用和相互间的挤压，一部分 大粒径粗集料就会被压碎或挤压成粒径较小的细集料。在再生沥青混合料矿料组 成设计中，为了使新旧矿料按不同比例掺配在一起的级配符合规范规定的级配范 围，就要采用增加4 7 5 m m 1 6 m m 粒径粗集料用量的方法，同时要将高出级配范围 上限的9 5 咖孔径的通过率调回到级配范围中来。 现场铣刨旧路面的沥青混合料抽提后筛分分析，结果如表2 3 所示。 表2 3 沥青混合料燃烧后筛分试验结果 筛孔尺寸分计筛余重量( g )分计筛余累计筛余 通过量( ) ( m m )l2平均 ( )( ) 1 3 21 0 1 51 0 5 51 0 3 56 96 99 3 1 9 51 1 3 41 1 1 611 2 5 7 51 4 48 5 6 4 7 54 2 1 64 1 8 44 2 02 84 2 4 5 7 6 2 3 61 2 9 71 3 1 31 3 0 5 8 75 1 14 8 9 1 1 82 0 2 82 0 2 22 0 2 51 3 56 4 63 5 4 0 61 7 7 21 7 3 81 7 5 5 1 1 77 6 32 3 7 0 37 8 0 17 7 0 97 7 5 55 1 78 1 4 71 8 5 3 o 1 59 1 2 28 9 6 89 0 4 5 6 0 38 7 51 2 5 0 0 7 53 5 7 43 6 2 63 62 。48 9 91 0 1 l o 从回收沥青路面材料级配与抽提后的混合料级配对比分析可知，抽提后的混 合料级配更加偏细，回收沥青路面材料在再生混合料中到底是作为“黑色集料 还是作为沥青混合料对待，一直是工程技术人员困惑和争论的问题。一般来 兑在 冷再生混合料中回收沥青路面材料更宜作为“黑色集料 处理雎3 。在施工拌和过 程中，沥青短暂的发泡状念虽然能够满足施工和易性，但理论上泡沫沥青并不能 直接裹覆大粒径的骨料，仅能够裹附细集料形成沥青胶浆。这些沥青胶浆分散在 粗集料的四周，并在碾压过程中溃散粘结粗集料，从而形成泡沫沥青再生混合料 的初期强度。因此，混合料的初期强度的形成有赖于充足的细集料。如果按照铣 刨料抽提之后的真实级配进行材料设计，那么势必造成粘结颗粒之中粘附的细料 在设计时被考虑为自由状态下的细料，而实际上，铣刨料粘结颗粒之中的细料在 施工拌和中是无法对混合料初期强度作出贡献的。这样就会造成在施工中的细料 不足，最终影响混合料的初期强度。另外从现场施工客观条件考虑，选择铣刨料 级配也便于实际施工。再次考虑到本次铣刨料面层材料占整个铣刨料比列较少的 特点。因此，无论从施工客观条件还是从沥青类再生混合料初期强度的形成考虑， 都应该选择铣刨料级配进行再生混合料的级配设计。 2 1 2 老化沥青抽提回收 从旧沥青混合料中回收得到的沥青经过长时间的路用荷载和自然老化作用， 内部结构已经发生变化，进而导致其性能也相应的发生变化。因此有必要对老化 沥青进行回收，以便利于对老化沥青的老化程度、化学组成成分及流变性能进行 研究。 将旧混合料放入1 0 0 士5 的烘箱，待旧混合料软化后将其破碎，在室内使 用沥青混合料离心抽提仪进行旧混合料抽提试验，试验采用的溶剂为三氯乙烯。 旧沥青混合料的抽提试验分为两步：一是旧混合料在溶剂三氯乙烯的冲刷下，矿料 与沥青分离，旧矿料留在振动筛上以便作筛分试验。二是旧沥青与三氯乙烯的混 合溶液进入蒸馏箱，通过高温蒸馏和冷凝得到旧沥青。每次抽提试验称量已加热 破碎的旧混合料1 0 0 0 9 ，抽提出的集料和旧沥青供下一步研究使用。r a p 料的含水 率和含油量如表2 4 所示。 表2 4r a p 料的含水量和含油鼍 编号 原质量( g ) 烘干质量矿粉质量抽提后质含水量( )沥青含量 ( g ) ( g ) 量( g )( ) 11 0 0 09 7 2 36 89 5 3 52 7 73 4 3 21 0 0 09 7 28 4 9 5 2 3 2 83 4 1 3 1 0 0 09 7 2 2 7 69 5 2 7 2 7 83 4 4 41 0 0 09 7 1 91 0 29 5 1 12 8 l3 4 2 51 0 0 09 7 2 19 o9 4 9 12 7 93 4 3 平均值 1 0 0 09 7 2 18 2 59 5 2 4 2 7 9 3 4 3 22 胶结料材料性能评价方法与指标研究 沥青含量测定后，对回收沥青性质进行必要的检测( 针入度检测、延度检测、 软化点检测、粘度检测( 6 0 粘度) 、p g 分级试验) 以及老化沥青组分分析，对 老化沥青性能指标的测试有助于选择合适的冷再生粘结荆。然而考虑到沥青足一 种十分复杂的烃类与非烃类的混合物，由于分子量大，结构复杂，难以对其进行精 确地分离，因而论文在考虑现有试验条件的基础之上，同时采用现行规范推出的 针入度分缴体系和s h r p 性能分级体系试验对老化沥青进行评价分析，以便为确 定再生剂的种类和