（道路与铁道工程专业论文）掺加水泥的乳化沥青冷再生混合料设计方法与使用性能.pdf

硕l 学位论文 摘要 我国经济的繁荣 促进了交通事业的发展 至2 0 0 7 年底我国公路通车总里程已经 达到3 5 7 万公里 其中高速公路5 3 万公里 我国现有公路中 2 0 世纪9 0 年代修建的 已经陆续进入大 中修阶段 对于在沥青路面养护 维修和改造过程中所产生的大量废 弃材料 通过冷再生这一节能环保的再生方式加以利用 在公路建设中具有重要的现实 和长远意义 在乳化沥青冷再生混合料中加入一定量的水泥 可提高混合料的早期强度 弥补常 规冷再生的缺点 但是 目前国内外在乳化沥青冷再生混合料设计中水泥仅作为一种填 料经验性地加入 专门针对水泥和乳化沥青各自特点的乳化沥青冷再生混合料的研究很 少 本文通过大量实验室试验 系统地讨论了掺加水泥的乳化沥青冷再生混合料设计方 法及其使用性能 并与普通热拌沥青混合料使用性能技术标准进行了对比 试验结果显示 掺加水泥的乳化沥青冷再生混合料试件在6 0 0 c 烘箱 鼓风设备关 闭 中养生3 天后已经完全干燥 代表了冷再生沥青混合料现场理想使用条件 最佳含 水量可根据干密度最大原则确定 最佳油石比随水泥用量的增加而减少 2 0 0 c 与1 5 0 c 抗压回弹模量和1 5 0 c 与2 5 0 c 劈裂抗拉强度i t s 均随水泥用量增加变化不大 6 0 0 c 混 合料动稳定度从o 水泥用量下的4 4 次 m m 迅速增加到6 水泥用量下的8 0 0 0 次 m m 4 0 0 c 动稳定度具有相对比较意义 其值从4 5 0 0 次 m m 增加到2 1 0 0 0 次 m m 2 的水 泥用量可使0 天 7 天 终期末3 个龄期冻融劈裂强度比t s r 提高幅度在2 0 以上 但 是 随着水泥用量的再增加 混合料各龄期的t s r 逐步趋同 并未进一步提高 然而 掺加水泥的乳化沥青冷再生混合料 1 0 0 c 破坏应变随水泥用量的增加而减小 在1 7 0 0 岬 4 0 0 0 嶂之间变化 当水泥用量超过2 破坏应变低于现行规范对热拌改性沥青混 合料在年极端最低气温 3 7 0 c 冬严寒区不小于3 0 0 0 肛的要求 关键词 沥青混合料 冷再生 乳化沥青 水泥 设计方法 使用性能 n 掺加水泥的乳化沥青冷再生混合料设计方法与使用州 能 a b s t r a c t p r o s p e r i t y o fo u rc o u n t r y se c o n o m yp r o m o t e st h ed e v e l o p m e n to ft r a n s p o r t a t i o n e n t e r p r i s e b yt h ee n do f2 0 0 7 t h et o t a lh i g h w a ym i l e a g eo fo u rc o u n t r yh a sa c h i e v e d 3 5 7 0 0 0 0k i l o m e t e r s o fw h i c ht h ef r e e w a yi s5 3 0 0 0k i l o m e t e r s t h ef r e e w a y sb u i l ti nt h e 19 9 0 sh a v ea l r e a d ye n t e r e dt h es t a g eo fh e a v ya n dm e d i u mm a i n t e n a n c e am a s s i v em a t e r i a l a b a n d o n e di nt h eb i t u m e np a v e m e n tm a i n t e n a n c e r e h a b i l i t a t i o na n dr e c o n s t r u c t i o n i sr e u s e d t h r o u g hc o l dr e c y c l i n g as a v i n gr e s o u r c ea n de n e r g ya n dp r o t e c t i n ge n v i r o n m e n tr e c y c l i n g m e t h o d w h i c hi so fi m p o r t a n ts i g n i f i c a n c en o wa n di nt h ef u t u r ei nh i g h w a yc o n s t r u c t i o n p o r t l a n dc e m e n t 晰t l l p r o p r i e t yp r o p o r t i o n c a l li m p r o v ee a r l yi n t e n s i t yo fc o l d r e c l a i m e dm i x t u r eu s i n ge m u l s i o na s p h a l t a n dm a k eu pt h ed e f i c i e n c yo fi t b u t a tp r e s e n t c e m e n ti sj u s tu s e da sf i l l e rw h i c hi sa d d e di ne x p e r i e n t i a li nd e s i g np r o c e s so ft h em i x t u r ea t h o m ea n da b r o a d s ot h er e s e a r c h e so nt h em i x t u r et a k i n gi n t oa c c o u n tt h er e s p e c t i v e i n f e c t i o n so fa s p h a l ta n dc e m e n ts p e c i a l l ya r ef e w t h r o u g hl o t so fl a b o r a t o r yt e s t s t h i st h e s i s s y s t e m a t i c a l l yd i s c u s s e st h ed e s i g nm e t h o da n dp e r f o r m a n c eo ft h em i x t u r e a n dc o n t r a s t s 析t ht h eo r d i n a r yh o tm i xa s p h a l tt e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o n t h et e s tr e s u l t ss h o wt h a tt h es p e c i m e n so fe m u l s i f i e da s p h a l tc o l dr e c y c l e dm i x t u r ew i t h c e m e n ta r ec o m p l e t e l yd r ya f t e rb e i n gc u r e di nt h eo v e n f a nc l o s e d a t6 0 0 cf o r3d a y s w h i c hh a sr e p r e s e n t e dt h ei d e a lc o n d i t i o no fc o l dr e c y c l e da s p h a l tm i x t u r e t h eo p t i m u m w a t e rc o n t e n tc a nb ed e t e r m i n e da c c o r d i n gt ot h ep r i n c i p l eo fm a x i m u md r yw e i g h td e n s i t y t h eo p t i m u mb i n d e rt o a g g r e g a t er a t i od e c r e a s e sw h e nc e m e n tc o n t e n ti n c r e a s e s r e s i l i e n t m o d u l u sa t2 0 ca n d15 0 ca n di n d i r e c tt e n s i l es t r e n g t h i t s a t15 0 ca n d2 5 0 ca l ld on o t h a v eo b v i o u s l yc h a n g ew h e nc e m e n tc o n t e n ti n c r e a s e s t h ed y n a m i cs t a b i l i t ya t6 0 0 cc h a n g e s f r o m4 4 c y c l e s m ma t0 c e m e n tc o n t e n tt o8 0 0 0 c y c l e s m ma t6 c e m e n tc o n t e n tr a p i d l y t h ed y n a m i cs t a b i l i t ya t4 0 0 ch a st h er e l a t i v ec o m p a r i s o ns i g n i f i c a n c e c h a n g i n gf r o m 4 5 0 0 c y c l e s m mt o21 0 0 0 c y c l e s m m i n c r e m e n tr a n g eo ft e n s i l es t r e n g t hr a t i o t s r i n0 d a y 7 d a ya n df i n a lc u r i n gt i m ea t2 c e m e n tc o n t e n ta r ea l lm o r et h a n2 0 b u tt s r i n v a r i o u sc u r i n gt i m ed on o ti n c r e a s em o r ew h e nc e m e n tc o n t e n ti n c r e a s e sa g a i n w h i l e t h e f a i l u r es t r a i no fe m u l s i f i e da s p h a l tc o l dr e c y c l e dm i x t u r e 析t hc e m e n ta t 10 0 cd e c r e a s e s w h e nc e m e n tc o n t e n ti n c r e a s e s c h a n g i n gf r o m1 7 0 0 肛t o4 0 0 0 肛 w h e nc e m e n tc o n t e n ti s m o r et h a n2 t h ef a i l u r es t r a i na t 一10 0 cd o e sn o tm e e tt h es p e c i f i c a t i o n si nw h i c hf a i l u r e s t r a i no fh o tm o d i f i e da s p h a l tm i x t u r ei sn ol e s st h a n3 0 0 0 肛a tt h el o w e s tt e m p e r a t u r eo f 3 7 0 ci nw i n t e rf r i g i dc o l da r e a s i i i 硕 j 二学位论文 k e yw o r d s a s p h a l tm i x t u r e c o l dr e c y c l i n g e m u l s i f i e da s p h a l t p o r t l a n dc e m e n t d e s i g n m e t h o d p e r f o r m a n c e i v 掺加水泥的乳化沥青泠再生混合料设计方法与使用性能 插图索引 图1 1 几种典型的沥青路面损坏 3 图1 2 美国纽约州一乡村公路路面冷再生前后对比 5 图2 1 常规冷再生混合料设计流程 1 1 图2 2 掺加水泥的乳化沥青冷再生混合料设计流程 1 2 图2 3 估计乳化沥青用量的调整量 1 8 一图3 1 旧沥青路面 凡廿 材料级配 2 2 图3 2 原状旧沥青路面 凡奸 材料与分离后矿料级配比较 2 3 图4 1 两种击实方法下混合料2 5 0 c 劈裂抗拉强度 2 8 图4 26 0 0 c 鼓风设备关闭烘箱内三种养生方法下混合料2 5 0 c 劈裂抗拉强度 3 0 图4 30 水泥用量混合料干密度作为含水量的函数 3 2 图4 4 不同水泥用量下混合料最佳含水量 3 3 图4 5 不同水泥用量下混合料最大干密度 3 3 图4 6 不同水泥用量下5 沥青用量混合料不同龄期2 5 0 c 劈裂抗拉强度 3 4 图4 7 不同水泥用量和沥青用量下混合料2 5 0 c 终期劈裂抗拉强度 3 5 图4 8 不同水泥用量和沥青用量下混合料2 5 0 c 劈裂破坏劲度模量 3 5 图4 9 不同水泥用量和沥青用量下混合料2 5 0 c 劈裂破坏应变 3 6 图4 1 0 不同水泥用量下两种乳化沥青混合料o 天2 5 c 劈裂抗拉强度 3 8 图4 1 1 不同水泥用量下两种乳化沥青混合料7 天2 5 0 c 劈裂抗拉强度 3 9 图4 1 2 不同水泥用量下两种乳化沥青混合料2 8 天2 5 0 c 劈裂抗拉强度 3 9 图4 1 3 不同水泥用量下两种乳化沥青混合料终期2 5 0 c 劈裂抗拉强度 4 0 图5 1 不同水泥用量下混合料2 0 0 c 抗压回弹模量 4 3 图5 2 不同水泥用量下混合料15 0 c 抗压回弹模量 4 3 图5 3 混合料2 0 0 c 与15 0 c 混合料抗压回弹模量比较 4 4 图5 4 不同水泥用量下混合料2 0 0 c 和1 5 0 c 抗压强度 4 4 图5 5 不同水泥用量下混合料1 5 0 c 和2 5 0 c 劈裂抗拉强度 4 5 图5 6 不同水泥用量下混合料15 0 c 和2 5 c 劈裂试验破坏劲度模量 4 6 图5 7 不同水泥用量下混合料15 0 c 和2 5 0 c 劈裂试验破坏应变 4 6 图5 8 不同水泥用量下混合料6 0 0 c 和4 0 0 c 动稳定度 4 7 图5 9 不同水泥用量下混合料不同龄期冻融劈裂试验残留强度比 4 8 图5 1 0 不同水泥用量下混合料 1 0 0 c 弯曲试验破坏应变 4 9 图5 1 1 不同水泥用量下混合料 1 0 0 c 弯曲试验弯拉强度 5 0 v u 硕二j 学位论文 图5 1 2 不同水泥用量下混合料 1 0 c 弯曲试验破坏劲度模量 5 0 v l i i 掺加水泥的乳化沥青冷再生混合料设计方法与使用性能 附表索引 表2 1a i 冷再生混合料集料级配 1 4 表2 2a i 乳化沥青使用指南 一1 6 表3 1 旧沥青路面 r a p 材料级配及离心分离和燃烧后矿料级配 2 2 表3 2 老化s b si d 聚合物改性沥青性质 2 4 表4 12 5 0 c 劈裂抗拉强度确定的不同水泥用量下混合料最佳油石比 3 7 表b 3 1a c 1 3 等三种混合料矿料级配范围与旧沥青路面 凡心 材料级配 6 1 表b 4 1 两种击实方法下混合料2 5 0 c 劈裂抗拉强度试验结果 一6 1 表b 4 26 0 0 c 鼓风设备关闭烘箱内三种养生方法下混合料2 5 0 c 劈裂抗拉强度试验结果 6 2 表b 4 3 实验室6 0 0 c 鼓风设备关闭烘箱养生试验结果 一6 2 表b 4 4 混合料最佳含水量试验结果 6 3 表b 4 5 不同水泥用量下5 沥青用量混合料2 5 0 c 早期劈裂抗拉强度试验结果 6 3 表b 4 6 不同水泥用量和沥青用量下混合料2 5 0 c 终期劈裂抗拉强度试验结果 6 4 表b 4 7 慢裂快凝型乳化沥青混合料2 5 0 c 各龄期劈裂抗拉强度试验结果 6 5 表b 5 1 混合料单轴压缩试验抗压强度与抗压回弹模量 6 5 表b 5 2 混合料15 0 c 劈裂试验结果 6 5 表b 5 3 混合料车辙试验结果 6 6 表b 5 4 混合料各龄期冻融劈裂试验结果与残留强度比 6 6 表b 5 5 混合料 1 0 c 弯曲试验结果 6 6 i x 湖南大学 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 l j j j r l 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 哥每也 日期 五归睥 月雩be t 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 本人授权湖南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0 在年解密后适用本授权书 2 不保密日 请在以上相应方框内打 日期 如岔年否月茹e 1 日期 2 g 年2 月弓 e l 喈椒 j 寥驾 名名签签者师作导 硕士学位论文 第1 章绪论 我国经济的繁荣 促进了交通事业的发展 根据最新的2 0 0 4 年国务院制定的 国家高速公路网规划 我国将建成规模为8 5 万公里的国家高速公路网 2 0 0 5 年国务院又审议通过了 农村公路建设规划 目标是到2 0 2 0 年全国农村公路里 程达到3 7 0 万公里 按照目前这些规划 随着国家高速公路网的建成 我国路网 总里程将达到6 5 0 万公里 至2 0 0 7 年底 我国高速公路里程已达到5 3 万公里 路网总里程也已经达到3 5 8 万公里 即今后还将要建设包括2 8 万公里国家高速 公路在内的约3 0 0 万公里的各等级公路 并且随着交通量的增大 公路的扩建与 改建也在同步进行 我国现有公路中 2 0 世纪9 0 年代修建的已经陆续进入大 中修阶段 公路养护与维修任务日益繁重 这是我国公路发展的需要 也是公路 建设发展到一定程度后的必然 公路的新建 改建和养护维修任务仍然任重道远 路面再生技术可以将旧路面材料再生利用 保护环境 节省资源 降低工程 造价 随着公路新建 改建和养护维修事业的发展 以及资源供应的日益紧张 加之人们环境保护意识的增强 将路面再生技术用于公路的新建 改建和养护维 修显得具有重要的现实和长远意义 目前 因旧路面材料自身方面的原因 路面 再生技术主要应用在公路的改建和养护维修工程中 在公路新建工程中少有应用 但从长远来看 利用新技术克服旧路面材料自身方面的缺陷 将路面再生技术应 用于各等级公路建设和养护维修将是突破我国公路交通事业资源和环境制约瓶颈 的一条重要途径 我国道路路面结构以沥青路面居多 尤其是高等级公路中沥青面层公路所占 比重很大 据不完全统计 我国已建成的高等级公路路面约有7 5 为沥青路面 沥青路面再生技术是将原有的旧沥青路面材料 以不同方式加以再生或重复使用 的一种工程技术 按照不同的工艺 可以分为热再生技术和冷再生技术l lj 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 与热再生相比 冷再生不仅可以节约能源和资源 1 0 0 利用旧 沥青混合料 而且可以延长施工季节 改善施工人员的工作条件 减少环境污染 与其他传统的施工方法相比 冷再生一般可以节省总投资4 0 5 0 t 2 5 乳化沥青操作上简单 方便 是最为常用的冷再生广义再生剂 但是由于乳 化沥青冷再生混合料拌和时需加入的水以及乳化沥青 再生沥青路面 r e c l a i m e d r e c y c l e da s p h a l tp a v e m e n t r a p 材料中的水使混合料早期强度低 导致开放交通延迟 即使开放交通后 也要在行车荷载和环境因素的作用下 水 掺加水泥的乳化沥青冷再生混合料设计方法与使用性能 分逐渐蒸发 混合料逐步密实 形成最终强度 为解决这一矛盾 可以在冷再生 混合料中加入一定量的水泥 利用水泥吸水水化加速乳化沥青破乳 提高混合料 的早期强度 缩短强度形成时间 同时水泥又是冷再生沥青混合料的辅助再生剂 可与乳化沥青一起提高冷再生混合料的使用性能 1 1 课题的提出与研究意义 2 0 世纪8 0 年代以来 我国公路建设以前所未有的速度发展 交通部于8 0 年 代末提出了 五纵七横 1 2 条路线 含支线 的规划布局方案 l9 9 2 年得到国务院 认可 并于1 9 9 3 年正式部署实施 规划总里程达3 5 万公里 随着国民经济持续 高速发展 国务院于2 0 0 4 年审议通过了 国家高速公路网规划 这是中国历史 上第一个 终极 的高速公路骨架布局 同时也是中国公路网中最高层次的公路 通道 由7 条首都放射线 9 条南北纵向线和18 条东西横向线组成 简称为 7 9 18 网 总规模约8 5 万公里 2 0 0 5 年国务院又审议通过了 农村公路建设规划 总体目标是 具备条件的乡 镇 和建制村通沥青 水泥 路 到2 0 2 0 年全国农村公 路里程达3 7 0 万公里 基本形成较高服务水平的农村公路网络 使农民群众出行更便 捷 更安全 更舒适 适应全面建设小康社会的总体要求 截至2 0 0 7 年年底 全国 公路总里程达3 5 8 万公里 高速公路达5 3 万公里 其中 国道1 3 7 1 万公里 省道2 5 5 2 万公里 县道51 4 4 万公里 乡道9 9 8 4 万公里 专用公路5 7 l 万公 里 村道1 6 2 1 5 万公里 引 随着时间的推移和公路通车里程的不断增加 我国早期建成的等级公路陆续 进入大 中修期 维修养护 翻修重建的任务越来越重 我国公路已经开始由原 来的以建设为主的发展阶段步入建养并重的发展阶段 建设 维修 重建和升级 改造的任务交织在一起 建养并用 协调发展 是公路交通事业自身发展的客观要求 公路新建 改建和养护维修任务繁重 以及资源供应的日益紧张 加之越来 越苛刻的环保政策 将路面再生技术用于公路的新建 改建和养护维修显得具有 重要的现实和长远意义 路面再生技术不仅可以将旧路面材料再生利用 保护环 境 节省资源 降低工程造价 而且改建或养护维修中 通过再生技术 还可以 矫正原有路面材料的缺陷 改造原有路面的结构 延长路面的寿命 国外的应用 实践证明 路面再生技术是公路建设可持续发展战略的重要组成部分 就目前来 看 因旧路面材料自身方面的原因 路面再生技术主要应用在公路的改建和养护 维修工程中 少有在公路新建工程中的应用 但是就长远来看 利用新技术克服 旧路面材料自身方面的缺陷 将路面再生技术应用于各等级公路建设和养护维修 是突破资源和环境制约瓶颈 使我国公路交通事业走上可持续发展道路的一条重 要途径 沥青路面作为一种无接缝的连续式路面 具有许多优点 平整 行车平稳舒 适 噪音低 耐久 抗滑 防渗等等 已成为目前公路路面的主要形式之一 我 国现有公路里程3 0 0 多万公里 其中半数以上为沥青路面 沥青路面在公路路面 中占有的比例越来越大 有资料显示 现有高速公路中沥青路面约占7 5 由于 车辆荷载的作用和自然 人为及其它因素的影响 沥青路面可以出现车辙 疲劳 开裂 低温开裂和各种表现形式的水损坏等病害 如图1i 所示 a 松散 坑洞 鍪 c 车鞋 图11 几种典型的沥青路面损坏 按照沥青路面8 一l5 年的设计年限 从现在起 我国每年约l o 的沥青路面 进入中修 大修或重建阶段 发达国家的经验表明 通常情况下 公路交付使用 后 短则五 六年 长则十来年 沥青路面需要不同形式的罩面维修一次 目前 来看 我国沥青路面的真正使用寿命远没有达到设计寿命 一般在通车3 5 年就 要翻修面层 为此 每年要花费大量资金进行公路路面的保养和维修 而且产生 大量的旧沥青混合料当作废物被弃置 每年产生的旧沥青混合料达到数百万吨之 巨 如能把旧沥青混台料再生利用 每年可节省材料费用数亿元人民币 而这个 掺加水泥的乳化沥青冷再生混合料设计方法与使用性能 数字还在以每年约1 5 的速度增长 另一方面 假如这些为数巨大的沥青混合料 不予利用 不仅浪费了资源 也会对环境造成严重的污染 主要表现在如下几个 方面 大量开采新集料 使不能在中 短期内再生的石矿资源日趋枯竭 破坏 自然环境 引起水土流失 大量废弃的沥青混合料需要巨大的场地来堆存 而 沥青又不能在短期内自然分解 经过日晒雨淋后 对周围水土 空气造成环境污 染 需要花费额外的资金来治理环境污染 废料中的集料与沥青均不可能以人 类文明史的年限来再生 这种资源一旦枯竭 就消耗完毕 从而影响社会的可持 续发展 也影响社会与自然的多样性 丰富性 废旧沥青路面材料的再生利用 最早可以追溯到19 l5 年在美国开始的试验研 究 由于种种原因 此后相当长的时间里 这项技术一直没有引起足够的重视 2 0 世纪7 0 年代起 美国重新开始研究这项技术 伴随着施工关键设备如间歇式 拌和机及路面铣刨车的研制成功 再生沥青路面迅速推广应用 2 0 世纪7 0 8 0 年 代起 其他一些国家 包括中国 日本 前苏联 德国 荷兰 芬兰和南非等也 相继开展了规模不同的沥青路面再生技术试验研究与推广应用 沥青路面再生技术按照不同的工艺 可以分为热再生技术和冷再生技术 冷 再生是利用原路面结构层的材料 经过机械粉碎 添加乳化沥青或泡沫沥青等 搅拌后碾压 再生后一般作为改造后的路面基层 在轻交通道路上在上面封层即 可 重交通道路需摊铺沥青砼 其最大的优点是原路面材料的重复利用 能较大 程度地节约资源 保护环境 避免山石过多被开采 图1 2 所示为美国纽约州一 乡村公路路面冷再生前后对比1 5 7 从目前的工程实践来看 沥青路面冷再生技术在道路再生中具有明显的优势 具体表现为 节省成本 包括材料和运输成本 与传统的施工方法相比 总投 资可节省4 0 5 0 旧沥青路面材料重新利用 避免了旧料堆积 保护了环境 也节约了宝贵的土地资源 不损坏路基 提高旧路等级 且能够精确控制铺层 厚度 可以充分利用旧路的沥青 石料等材料 减少了新材料的开采 具有重 大的环保效益 沥青冷再生技术采用的筑路机械具有封闭式自动控制添加系统 可以实现合理配比 防止粉尘飞扬 有利于文明施工 乳化沥青使用简单 方便 是最为常用的冷再生广义再生剂 但是由于乳化 沥青冷再生混合料拌和时加入的水以及乳化沥青 再生沥青路面材料中的水使混 合料早期强度低 需要时间使混合料中的水逐渐散发 混合料逐步密实 从摊铺 成型到达到一定的强度需要一段时间 一般在4 h 8 h 甚至更长 因此导致开放 交通延迟 通常会造成一定时间的交通中断 即使开放交通后 也要在行车荷载 和环境因素的作用下 水分逐渐蒸发 混合料逐步密实 形成最终强度 乳化沥 青冷再生混合料强度特别是早期强度低 是限制乳化沥青冷再生混合料推广的一 个重要因素 硕士学位论文 为解决这一问题 可以在冷再生混合料中加入一定量的水泥 利用水泥吸水 水化加速乳化沥青破乳 提高混合料的早期强度 缩短强度形成时间 可在短时 篓 蕊 a 冷再生前 三二 羔遵圈 b 冷再生后 图12 美国纽约州一乡村公路路面冷再生前后对比 间内开放交通 这具有重要的现实意义 同时水泥又是乳化冷再生混合料的辅助 再生剂 可与乳化沥青一起提高冷再生混合料的使用性能 1 2 国内外研究现状及文献综述 12 1 国内应用现状及相关研究 震淫 掺加水泥的乳化沥青冷再生混合料设计方法与使用性能 我国在早期曾不同程度地利用冷再生技术用于道路的新建 改建和养护维修 但都将其一乍为废料利用 一般只用于轻交通道路 人行道或道路垫层 上世纪八 十年代 河南省将乳化沥青加入渣油表处面层材料 并分别用拌和法和层铺法修 筑了试验j 占用于低等级公路沥青路面 甘肃省兰州公路总段从l9 8 3 年以来采用阳 离子乳化 万青作再生剂对夏兰路 兰包路 甘川路修筑了冷法再生沥青路面 近 几年某些 路单位又开始尝试着将旧沥青路面简单再生用于中轻交通量公路或道 路基层 女 1 9 9 2 年同济大学在淮阜路采用阳离子乳化沥青进行冷法再生沥青路面 试验 19 97 年江苏淮阴市公路处用乳化沥青冷法再生旧料后铺筑路面 取得了一 定效果 119 8 年1 0 月邯郸市交通局引进了世界最先进的德国维特根公司w r 2 5 0 0 再生机 次利用现场再生技术对河北省境内的一段路进行了改造 我国j 三期沥青路面的冷再生注重实践 以直接的应用为特点 带有一定的经 验性 随j 沥青路面冷再生技术的发展 实验室试验研究逐步得到重视 许多学 者对冷再 三沥青路面材料试验作了深入的探讨 李艳 掣8 等通过试验分析说明了沥青路面冷再生材料作为底基层完全能满足 路用材料l 9 力学性能要求 杨宇亮1 9 j 等应用正交设计方法对回收旧沥青混合料的 冷拌再生影响因素进行分析 得出了各影响因素之间的关系 提出修正的马歇尔 试验 并给出适用的旧沥青混合料冷拌再生设计方法 曹翠星l lo j 等介绍了泡沫沥 青的应用发展 分析了泡沫沥青冷再生技术的现状和有待研究的问题 王丽 l l 等在抗压强度 抗压回弹模量与劈裂强度试验的基础上 探讨了冷再生沥青混合 料力学性能变化规律及其影响因素 李强 l2 j 等通过劈裂拉伸和控制应力的方式对 冷再生沥青混合料的疲劳性能进行了室内试验研究 总结了疲劳方程和疲劳曲线 分析了温度对疲劳性能的影响 并与相似试验条件下一般水泥稳定类材料的疲劳 规律进行了比较 结果表明 随温度降低再生混合料的疲劳阻抗提高了 同时其 疲劳寿命对应力水平的敏感程度也有所增强 在高应力水平下其具有比一般水泥 稳定类材料更为优越的疲劳性能 王海燕i l3 等结合大量工程实践 探讨了沥青混 凝土路面现场冷再生的结构和材料组成设计方法 谭忆秋 1 4 j 等基于美国公路战略 研究计划 s 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 s h r p 成果 针对乳化沥青冷 再生混合料的设计 通过实验室试验 提出了修正高性能沥青路面 s u p e r p e r f o r m a n c ea s p h a l tp a v e m e n t s u p e r p a v e 体积设计法 取得了良好效果 拾方治 吕伟民 孙大权 李秀君及其他合作者 4 1 5 i 8 2 0 0 4 2 0 0 5 年发表 了多篇关于沥青路面冷再生的论文 其中 冷再生沥青混合料设计方法概述 一 文通过对国外有关研究与施工经验的总结 对冷再生混合料设计进行了讨论 并 对美国部分州公路局和单位有关冷再生设计方法进行了介绍 沥青路面再生技 术简介 一文对国内外沥青路面再生技术现状与发展趋势进行了系统总结 介绍 了沥青路面的再生原理和技术途径 阐明了沥青路面再生的重要意义 同时 针 硕士学位论文 对沥青路面再生的常用方法 分析比较了不同再生方法的特点 提出了根据沥青 路面损坏类型采用不同再生方法的建议 泡沫沥青就地冷再生混合料设计方法 与工程应用 一文建议首先应对旧路路况进行调查 包括分析病害及其原因 结 构承载能力及交通条件等 然后 采用就地冷再生机现场取样 进行室内混合料 设计 包括根据取样材料和泡沫沥青要求 确定混合料的设计级配 根据沥青发 泡试验 确定选用沥青的最佳发泡条件 养护后测定试件的劈裂抗拉强度 选择 湿试件最大劈裂抗拉强度值对应的沥青用量作为设计值 最后 该文结合试验路 工程 简述了泡沫沥青就地冷再生的施工工艺 随着冷再生实践的发展 常规冷再生混合料的缺点逐渐暴露出来 冷再生混 合料原始材料中的水分及拌和过程中加入的水使常规冷再生混合料早期强度低 导致开放交通延迟 通常会造成一定时间的交通中断 即便开放交通后 也要在 行车荷载和环境因素的作用下 使水分逐渐蒸发 混合料逐步密实 形成最终强 度 为解决这一矛盾 实践中在冷再生混合料中加入一定量的水泥 利用水泥吸 水水化加速乳化沥青 或泡沫沥青 破乳 提高混合料的早期强度 缩短强度形 成时间 掺加水泥的乳化沥青 或泡沫沥青 冷再生混合料的工程实践大致有 2 0 0 3 年广东省佛山市利用乳化沥青掺加少量水泥再生了佛山市石南大桥北至国道3 2 5 线连接线工程2 2 k m 路段 2 0 0 4 年沈阳三鑫公路工程公司和营口市公路管理处首 先引入了维特根2 2 0 0 c r 和w r 2 5 0 0 s 就地冷再生设备 进行了乳化沥青掺加少量 水泥 泡沫沥青掺加少量水泥和水泥就地冷再生的试验和施工 其中采用维特根 w r 2 5 0 0 s 在营大路进行的乳化沥青掺加少量水泥冷再生为我国最早也是最大的 乳化沥青冷再生工程 同时在鞍山市采用维特根2 2 0 0 c r 和w l b l l o 进行了泡沫 沥青掺加少量水泥的冷再生 2 0 0 5 年天津市市政公路管理局以乳化沥青掺加少量 水泥在京哈公路 天津段 维修改造工程中选取0 5 k m 作为试验段 进行了乳化 沥青冷再生技术在旧路改造中的应用 2 0 0 7 年河北省廊坊市以乳化沥青和泡沫沥 青作为再生剂掺加少量水泥进行了大香线2 2 5 k m 路段的维修改造工程 掺加水泥的乳化沥青 或泡沫沥青 冷再生混合料的科研课题研究大致有 1 9 9 3 年南京市市政设计院完成的 提高阳离子乳化沥青混合料早期强度的研究 1 1 9 科研项目提出了提高阳离子乳化沥青混合料早期强度的三种方法 快裂型阳离 子沥青乳化剂加缓附加剂 掺入废旧沥青混合料冷再生和掺加水泥 和适合开放 交通的早期强度马氏稳定度指标 2 0 0 1 年河北省邯郸市交通局公路养护管理处完 成的 冷再生技术在公路工程中的应用研究 2 0 中应用维特根w r 2 5 0 0 冷再生机 掺加不同剂量水泥 发泡沥青 石灰等进行了旧路面结构层冷再生作为新路面基 层的研究 2 0 0 5 年湖北京珠高速公路管理处项目 废旧沥青路面材料再生利用综 合技术研究 2 1 中采用泡沫沥青掺加少量水泥在孝襄高速公路修筑了2 1 k m 的试 掺加水泥的乳化沥青冷再生混合科设计方法 j 使用t 牛能 验路 对旧料性能评价 冷再生柔性基层技术指标 再生料配合比设计方法和施 工工艺进行了研究 同年 河北省交通厅项目 高速公路半柔性高强基层冷再生 技术 1 2 2 采用乳化沥青掺加水泥对旧路面材料进行了冷再生研究 并在京秦高速 公路k 1 6 5 0 0 0 一k 1 6 5 7 5 0 段上修筑试验路 2 0 0 6 年江苏省交通科学研究院项目 沥青路面冷再生技术应用研究 23 j 结合沪宁高速公路扩建工程研究了掺加有水 泥的乳化沥青厂拌冷再生和泡沫沥青厂拌冷再生 水泥再生和热再生 掺加水泥的乳化沥青 或泡沫沥青 冷再生混合料的科学论文大致有 李龙 2 4 通过正交试验分析说明了材料 再生路面材料 水泥 乳化沥青 用水量 掺 配比与混合料强度的关系 从理论上分析了掺加水泥的乳化沥青冷再生混合料强 度的形成机理及水泥在混合料强度形成过程中所起的作用 严金海 25 把水泥作为 一种添加剂加入 并阐述了几种添加剂的选择标准 通过试验分析了水泥和乳化 沥青用量对混合料强度的影响 从理论上分析说明了掺加水泥的乳化沥青冷再生 混合料强度的形成机理 拾方治等在 泡沫沥青混合料设计方法的试验研究 2 6 j 一文结合国外有关研究 提出了泡沫沥青混合料材料组成和设计原理 并通过试 验研究得出泡沫沥青用于稳定路面铣刨料作为路面基层的可行性 通过分析不同 养护方法 不同水泥用量及泡沫沥青用量与劈裂抗拉强度之间存在的关系 得出 了确定最佳沥青用量的控制指标 考虑到泡沫沥青混合料的力学特性对湿度有很 强的依赖性 初步得出一套基于水稳性的泡沫沥青混合料配合比设计方法 1 2 2 国外应用现状及相关研究 废旧沥青路面材料再生利用的试验研究 最早是1 9 1 5 年在美国开始进行的 但以后由于大规模的新路建设 且再生沥青混合料的性价比与新拌沥青混合料差 距较大和施工关键设备不能满足人们的期望 故对这项技术没有引起足够的重视 1 9 7 3 年石油危机爆发 燃油供应困难 严格的环保法制限制了砂石材料的生产 导致了建设资金的减少和筑路材料的供应不足 废旧沥青路面材料的再生利用才 又引起了人们的重视 1 9 7 4 年美国重新开始研究这项技术 且伴随着施工关键设 备如间歇式拌和机及路面铣刨车的研制成功 再生沥青路面迅速在全美推广应用 冷再生是在2 0 世纪7 0 8 0 年代在日本 德国和美国首先出现 而后在世界 上一些主要国家发展起来的一种新技术 目前已成为国际上道路维修改造的主要 方法之一 l9 7 6 年 日本开始了就地冷再生在乡村公路上的应用 随着实际工程 和实验室研究的深入 1 9 8 7 年日本道路协会编制了 就地冷再生技术指南 1 9 8 3 年美国交通运输研究委员会编制出版了 沥青路面冷拌再生技术手册 欧洲一 些国家对沥青路面冷再生技术的研究也在同一时期展开 2 0 世纪7 0 年代中期 德国 荷兰和芬兰等国家相继进行了小规模的冷再生试验研究 并迅速推广应用 相比之下 德国沥青路面冷再生技术研究的发展速度较快 居欧洲首位 1 9 8 3 年 8 硕一j 二学位论文 德国就出版了 沥青路面冷拌再生技术手册 国外一些国家的沥青路面冷再生研究起步较早 已经形成一个技术系统 作 为沥青路面冷再生技术基础与重要组成部分的冷再生沥青路面材料评价与混合料 设计 一些交通部门和组织机构对冷再生沥青路面进行了大量研究 2 7 38 1 有的国 家对这些研究成果进行研究整理 已经形成了相对完整的方法 美国国家沥青技 术中心 5 n a t i o n a lc e n t e rf o ra s p h a l tt e c h n o l o g y n c a t 1 9 9 7 年的报告全面总 结了沥青路面冷再生的研究成果 其中包括了沥青路面冷再生的材料与混合料设 计的研究成果 随着冷再生研究的深入 国外对在乳化沥青 或泡沫沥青 冷再生过程中掺 加水泥的研究也成为 种事实和必然 主要在加拿大 捷克和日本有相对广泛的 应用 虽然从混合料微观材料结构到宏观力学性质的若干角度都进行了观察 分 析和研究 但无论是材料研究范围还是研究方法等不够丰富 总体上没有形成一 个完善的技术系统 意大利p a r m a 大学的g i u l i a n i f m o n t e p a r a a 和r a s t e l l i s 通过实验室试验从微 观材料结构观察分析和宏观物理力学试验两方面对水泥在乳化沥青冷再生混合料 中所起的作用进行了观察和研究 发表了多篇论文 3 弘4 1 1 对水泥与沥青的相互关 系 混合料的微观物理结构模型 水泥对混合料物理力学性质的影响作了详细的 阐述 捷克共和国b r n o 大学的j ir if i g e r 和m i c h a lv a r a u s 在 c o l dr e c y c l i n go f p a v e m e n t si nt h ec z e c hr e p u b l i c 1 4 2 一文中选定了几种水泥用量和乳化沥青用量 的组合 根据试验结果阐述了水泥 沥青用量对冷再生混合料不同龄期劈裂抗拉 强度的影响 乌克兰k h a r k i v 车辆与公路国立大学的v a l e r i y z 等在 r e u s eo f m i l l e d a s p h a l tc h i p sf o rh i g h w a yc o n s t r u c t i o n 1 4 3 一文中通过试验分析了水泥和乳化沥 青及其用量 击实功对冷再生混合料在若干温度下抗压强度 初期和终期抗水损 害能力等物理力学性质的影响 同时研究了乳化沥青和普通沥青作为透层油对水 泥 乳化沥青 水泥和乳化沥青不同再生混合料与普通热拌沥青混合料罩面之间 的粘结强度的影响 西班牙p r o b i s a 公司的j u a nj o s 6p o t t i m a r i am a r t i n e z 和j a v i e r m a n c e b o 在 as t e pf o r w a r di nt h er e c y c l i n gf i e l d m i x e dr e c y c l i n gw i t he m u s i o n a n dc e m e n t 4 4 j 中采用少量水泥 o 5 探讨了水泥对混合料强度 抗水损害 能力的影响 南非p r e t o r i a 大学和c o n c o r 道路公司的h o d g k i n s o n a 和v i s s e r a t 在 t h er o l eo ff i l l e r sa n dc e m e n t i t i o u sb i n d e r sw h e nr e c y c l i n gw i t hf o a m e d b i t u m e no rb i t u m e ne m u l s i o n 4 5 一文中根据试验阐述了包括水泥在内的几种水 硬性填料对乳化沥青和泡沫沥青冷再生混合料干燥和浸水劈裂抗拉强度以及残留 劈裂强度的影响 掺加水泥的乳化沥青冷再生混合料设计方法与使用性能 1 3 本文主要研究内容 本文拟对掺加水泥的乳化沥青冷再生混合料进行实验室试验研究 主要研究 内容包括以下几个方面 1 掺加水泥的乳化沥青冷再生混合料设计方法研究 试验室试验从原材料 的评价 试验方法 混合料种类及集料级配 试件制作及养生条件 最佳含水量 水泥及其用量对混合料早期强度和终期强度的影响 最佳油石比几个方面对掺加 水泥的乳化沥青冷再生混合料的设计方法进行了研究 2 掺加水泥的乳化沥青冷再生混合料设计指标和使用性能评价研究 掺加 水泥的乳化沥青冷再生混合料的设计和使用性能指标试验 包括确定混合料抗压 回弹模量和抗压强度的单轴压缩试验 确定混合料劈裂抗拉强度的劈裂试验 评 价混合料高温抗车辙性能的车辙试验 评价混合