（道路与铁道工程专业论文）SMA路面现场热再生技术研究.pdf

r e s e a r c ho nh o ti n p l a c er e c y c l i n g t e c h n o l o g yo fs m ap a v e m e n t at h e s i ss u b m i t t e dt o s o u t h e a s tu n i v e r s 时 f o rt h ea c a d e m i cd e g r e eo fd o c t o ro fs c i e n c e b y m a t a 0 s u d e r v i s e db vs u d e r v l s e db v p r o f e s s o rh u a n g x i a o m i n g s c h o o lo f t r a n s p o r t a t i o n s o u t h e a s tu n i v e r s 时 d e c e m b e r2 0 0 9 1 1 一 及取得的研究 其他人已经发 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文所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并 表示了谢意 研究生签名 喜堕日期 兰 丝车侈 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 g 泻导师签名研究生签名 勺脚导师签名日期 地立丝 摘要 s m a 路面现场热再生技术研究 摘要 研究生 马涛 导师 黄晓明 东南大学交通学院 江苏南京 2 l 0 0 9 6 s m a s t o n em a s t i c a s p h a l t m i x n 鹏 混合料由于其优良的综合路用性能 在路面上 面层修筑中受到越来越广泛的推广应用 但是使用经验不足或车辆荷载与环境因素的长 期作用都会造成s m a 路面的路用性能下降甚至出现较严重的病害 由于s m a 混合料 多使用昂贵的改性沥青及优质集料 在维修过程中直接对其铣刨弃用不仅会造成巨大的 经济损失 同时会引发环境污染 因此研究s m a 路面的再生问题就显得尤为重要 目 前的再生技术主要是针对基质沥青及普通热拌沥青混合料 针对改性沥青路面的再生技 术研究较少 而针对s m a 路面的再生技术更是一项空白 鉴于现场热再生技术对路面 表层功能性病害具有优越的适用性 因此本文重点针对s m a 路面的现场热再生技术进 行研究 以期为s m a 路面的成套再生应用技术研究打下良好的基础 作为再生研究的根本前提 论文对s m a 混合料的老化特性进行了研究 首先 利 用室内模拟老化试验 在与基质沥青对比的基础上 借助宏观性能试验手段以及微观组 分结构分析方法 探究了不同环境因素对s b s 改性沥青的老化作用以及s b s 改性沥青 的性能老化规律与机理 其次 通过力学模型的推导分析了集料的骨架力学特性 在此 基础上设计了集料破碎试验探究了集料破碎的内在规律 并进一步通过室内旋转压实试 验和实际路面回收料试验验证分析了s m a 混合料级配细化特征 最后 通过室内模拟 老化试验和路面实际使用状况调查 分析了木质纤维 聚丙酯纤维以及玄武岩短切矿物 纤维的不同老化特征 针对老化s m a 混合料性能恢复的最大难点 老化沥青性能的再生恢复 论文进 行了再生剂性能评价及研发 首先 结合目前的再生剂开发与使用现状 从微观组分补 充和宏观性能调合角度分析了再生剂对老化沥青的再生机理 并分析了现有再生剂对老 化沥青微观结构调节和宏观性能恢复的不足 其次 基于扩散理论及扩散模拟试验分析 了再生剂浸润扩散能力的影响因素 并通过再生沥青胶浆分布状态的评价以及对混合料 路用性能的影响分析进一步揭示了再生剂的作用特性及现有再生剂的不足 最后 分析 东南大学博七学位论文 了 改性再生 理念 总结再生剂功能需求 提出了 通过室内试验筛选了不同组分材料并获取了最佳再生剂配方 并通过室内试验评价了研 发再生剂对老化沥青良好的再生恢复作用 工艺条件是室内再生配比设计以及实体施工组织设计的重要影响因素 因此论文针 对s m a 混合料技术特性进行了现场热再生关键工艺条件研究 首先 结合现有依托设 备和实体工程 分析了现场热再生机组的施工温度特征 总结提出了现场热再生应具备 的理想工艺条件 其次 通过加热温度场数值模拟分析 推荐了合理的现场热再生加热 方式 再次 通过设计的混合料拌和分散试验 再生沥青胶浆分布试验以及混合料性能 影响试验等室内模拟试验分析了现场热再生混合料拌和工艺特征 最后 通过马歇尔击 实 旋转压实以及轮碾成型试验分析了现场热再生混合料成型工艺特征 并通过碾压温 度场的数值模拟分析 提出了现场热再生碾压温度场温度要求 基于前述的老化特性分析 再生剂研发以及工艺条件分析 论文进行了s m a 混合 料现场热再生配合比设计方法研究 首先 通过沥青胶结料以及混合料性能试验探索了 新型添加剂提高再生沥青及混合料性能的可行性 其次 通过设计的贯入试验研究分析 了集料的内摩阻力 结合集料骨架的级配衰变特征 针对现场热再生工艺特点 提出了 控制关键粒径通过率恢复的旧料级配调整方法 再次 通过室内混合料性能试验总结分 析了木质纤维 聚丙酯纤维以及矿物纤维等三种纤维对s m a 沥青混合料性能的影响特 点 并结合室内模拟拌和试验探究了新纤维的施工工艺条件适用性 最后 基于沥青 集料以及纤维等s m a 混合料组成材料的老化特性及性能再生恢复分析 结合现场热再 生工艺技术特征 提出了比较完整的s m a 现场热再生混合料配合比设计方法 并结合 实体工程试验段的修筑进行了验证 关键词 s m a 路面 现场热再生 老化 s b s 改性沥青 再生剂 施工工艺 温 度场 配合比 u s e di ns m a m i l l i n ga n da b a n d o n i n gs m a d u d n gm a i l l t e n a n c ec a nc a u s ee n o 册o u s e c o n o m i cl o s sa n ds e r i o u se n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n t h e r e r o r e r e c y c l i n go fs m a p a v e m e n t d l l r i n gm a i n t e n a n c ei sv e 巧i m p o r t a n t b u tt h ec u r r e n tr e c y c l i n gt e c i l n o l o g yi sm a i n l ya b o u t u n i l l o d i f i e da s p h a l ta n dc o m m o na s p h a l tm i x t u r e s r e c y c l i n gt e c l l n o l o g yf o rm o d i f i e da s p h a l t a i l ds m a p a v e m e n th a ss e l d o m b e e ns t u d i e d b e c a u s eo fi t sg o o da p p l i c a b i l i t yt or e h a b i l i t a t e 血n c t i o n a ld i s 订e s so fp a v e m e n ts u m c e h o t i np l a c er e c y c l i n gt e c l l l l o l o g yf o rs m a p a v e m e n t w a si n v e s t i g a t e di nt h i sp a p e r t h ea g i n gc h a r a c t 甜s t i c so fs m aw e r ei n v e s t i g a t e d f i r s t b a s e do nl a b o r a t o 巧a g i i l g t e s t sa n dc o m p a r i s o nt ou m n o d i f i e da s p h a l t t h ee a e c t sb yd i a e r e n te n v i r o n m e n t a lf a c t o r st o a g i n go fs b sm o d i f i e da s p h a l ta n dt h ea g i n gm l ea n dm e c h a n i s mo fs b sm o d i f i e da s p h a l t w e r ea n a l y z e d s e c o n d m e c h a n i c a lm o d e lw a sb u i l tt oa n a l y z em em e c h a i l i c a lc h a r a c t e s t i c s o fa g 铲e g a t e a n da g g m g ec m s ht e s tw a sd e s i g n e dt oa n a l y z et h ec m s h i n gm l eo fa g g r e a g e a n dt h e nt h ed e 伊a d a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fs m a 铲a d a t i o nw e r ea n a l y z e db yb o t l lg r a t o 巧 c o m p a c t i o nt e s ti n1 d b o r a t o 巧a n ds i e v i n gt e s to fa s p h a l tm i x t u r ec o l l e c t e df r o mf i e l d a tl a s t m ea g i n gc h a m c t e n s t i c so fx y l o nf i b e r p a nf i b e ra n dm i n e r a lf i b e rw e r ea n a l y z e db y l a b o r a t o 巧a g i n gt e s t sa n d6 1 e di n v e s t i g a t i o n t h ep e r f 0 n n a n c er e c o v e 巧o fa g i l l ga s p h a l ti sv e 巧i m p o n a n ta n dd i 伍c u l td u 矗n g p e 雨m a n c er e c o v e 巧 o fa g i n gs m a t l l e r e f o r e m ec h a r a c t e 订s t i ce v a l u a t i o na n d d e v e l o p m e n to fr e c y c l i n ga g e n tw a si n v e s t i g a t e d f i s t b a s e do nt l l ed e v e l o p m e n ta n d a p p l i c a t i o no fc u r r e n tr e c y c l i n ga g e n t t h er e c y c l i n gm e c h a 伍s m 锄dd e f e c t s o fc u r r e n t r e c y c l i n ga g e n t si nc o m p o n e n tm o d i 6 c a t i o na i l dp e r f b 衄a n c ei m p r o v e m e n tt oa g i n ga s p h a l t m e q u i p m e n tw e r ea n a l y z e db a s e do nf i e l dc o n s t n l c t i o na 1 1 d l ei d e a lr e q u i r e m e n t sf o rh o t i n p l a c er e c y c l i n ge q u i p m e n ta n dc o n s t l l l c t i o nw e r es u m m a r i z e d s e c o n d b a s e do nn u m e r i c a l s i m u l a t i o na n a l y s i so fh e a t i n gt e r n p e m t u r ef i e l d t h ei d e a lh e a t i n gm e a n sw a ss u g g e s t e df o r t h ee q u i p m e n tu s e di nt h i sp a p e r t h i r d t h ec h a r a c t e r i s t i c so fm i x i n gp r o c e s sf o rh o t i np l a c e r e c y c l i n gt e c l l n 0 1 0 9 yw e r ea n a l y z e db yd e s i g l l e dl a b o m t o 巧t e s ts u c ha sm i x t u r em i x i n g 锄d s i e v i n gt e s t r e c y c l i n ga s p h a l tm o r t a rd i s t r i b u t i o nt e s ta n dr e c y c l i n gm i x t u r ep e 怕n n a n c et e s t a tl a s t t h ec h a m c t e r i s t i c so fm 0 1 d i n gp r o c e s so fh o t i np l a c er e c y c l i n gt e c h n o l o g yw e r e a n a l y z e db ym a r s h a l lc o m p a c t i o nt e s t g y r a t o 巧c o i n p a c t i o nt e s ta n dw h e e lc o r n p a c t i o nt e s t a 1 s o b a s e do nn 啪e r i c a ls i m u l a t i o na n a l y s i so fc o m p a c t i o nt e m p e r a t u r ef i e l d c o m p a c t i o n t e m p e r a t u r er e q u i r e m e n t sf o rh o t i 1 1p l a c er e c y c l i n gt e c l l l l o l o g yw e r er e c o m m e n d e d b a s e do nt h ea n a l y s i so fa g i n gc h a r a c t e r i s t i c so fs m a d e v e l o p m e mo fr e c y c l i n ga g e n t a n dr e a s o n a b l ep r o c e s sc o n d i t i o n s t h em i xd e s i g nf o rh o ti n p l a c er e c y c l i n gs m aw a s i n v e s t i g a t e d f i r s t u s i n gn e wt y p ea d d i t i v e st oi m p r o v et h ep e r f o m a n c eo fr e c y c l i n ga s p h a l t a i l dm i x t l i r ew e r ei n v e s t i g a t e d s e c o n d i 衄e r 衔c t i o n a lr e s i s t a n c eo fa g 乒e g a t ew a sa n a l y z e d b yd e s i g n e dp e n e 倾t i o nt e s ta n dt h em e m o dd e f i n e da sc o n t l 0 1 1 i n gp a s s i n gr a t er e c o v e 巧o f t h ec r i t i c a lp a r t i c l e st oa j u s tt h e 伊a d a t i o no fa g i n gs m aw a sr e c o m m e n d e d t h i r d t 1 1 e i m p r o v e m e n t so f 衄e ed i f f e r e n t 舶e rt 0s m ap e 怕咖a n c e 锄dt h e i ra p p l i c a b i l 时t ot h e p r o c e s sc o n d i t i o n so fh o ti n p l a c er e c y c l i n gt e c h n o l o g yw e r ea n a l y z e d a t1 a s t 吐l em i xd e s i g n m e t h o df o rh o ti n p l a c er e c y c l i n gs m am i x t u r ew a sr e c o m m e n d e da n dv e r i f i e db yt e s tr o a d k e yw o r d s s m ap a v e m e n t h o ti n p l a c er e c y c l i n g a g i n g s b sm o d i f i e da s p h a l t r e c y c l i n ga g e n t c o n s m l c t i o nt e c h n 0 1 0 9 y t e m p e r a t u r ef i e l d m i xd e s i 印 目录 摘要 目录 a b s t r a c t i 第l 章绪论 l 1 1 研究背景及意义 1 1 1 1 研究背景 1 1 1 2 研究意义 2 1 2 国内外沥青路面再生技术发展概况 4 1 2 1 国外沥青路面再生应用发展概况 4 2 2 国内沥青路面再生应用发展概况 5 1 2 3 沥青路面现场热再生技术应用概况 7 1 2 4 改性沥青混合料冉生技术研究概况 1 0 1 2 5 再生剂应用研究概况 1 1 1 3 本文主要研究内容与技术路线 1 3 第2 章s m a 混合料老化特性研究 1 5 2 1s b s 改性沥青老化特性分析 1 5 2 1 1s b s 改性沥青老化吲素影响分析 1 5 2 1 2s b s 改性沥青老化性能分析 1 9 2 1 3s b s 改性沥青老化机理分析 3 8 2 2s m a 骨架老化特性分析 4 3 2 2 1 集料骨架力学特性分析 4 3 2 2 2 集料破碎特性分析 4 6 2 2 3s m a 级配衰变特性分析 4 8 2 3 纤维性能老化分析 5 2 2 3 1 纤维室内老化试验分析 5 2 2 3 2 路面纤维使用状况 5 3 2 4 本章小结 5 4 第3 章再生剂研发 5 6 3 1 再生剂再生机理分析 5 6 3 1 1 微观机理 5 6 3 1 2 宏观机理 5 8 3 2 再生剂作用特性分析 6 2 3 2 1 再生剂扩散特性分析 6 2 3 2 2 再生沥青胶浆状态分析 6 7 3 3 再生剂研制 7 3 3 3 1 再生剂开发思路分析 7 4 3 3 2 再生剂配制 7 5 3 3 3 再生剂评价 一8 3 3 4 本章小结 8 9 第4 章s m a 路面现场热再生关键工艺条件研究 9 0 4 1 现场热再生实体工艺分析 9 0 4 1 1 现场热再生基本t 艺流程分析 9 0 4 1 2 依托现场热再生工艺运行效果分析 9 2 4 2 现场热再生加热t 艺分析 9 6 4 2 1 加热温度场数值分析建模 9 7 4 2 2 加热温度场数值分析 1 0 l v 东南人学博十学位论文 4 3 现场热再生拌和工艺条件分析 4 3 1 混合料室内拌和试验分析 1 l l 4 3 2 再生混合料性能影响分析 1 1 8 4 4 现场热再生成型工艺条件分析 1 2 4 4 4 1 混合料室内成型试验分析 1 2 4 4 4 2 碾压温度场数值分析 12 9 4 5 本章小结 1 3 8 第5 章老化s m a 混合料性能再生研究 1 4 0 5 1 新型添加剂的应用 1 4 0 5 1 1 新型添加剂改性作用分析 1 4 0 5 1 2 新型添加剂适用性分析 1 4 3 5 2 集料骨架恢复 1 4 6 5 2 1 集料骨架内摩阻力研究 1 4 6 5 2 2 集料骨架恢复 1 5 0 5 3 新纤维再生应用分析 1 5 5 5 3 1 使用性能分析 1 5 5 5 3 2 t 艺适用性分析 1 5 7 5 4s m a 混合料现场热再生配合比设计方法分析 1 5 8 5 4 1 总体原则 1 5 8 5 4 2 旧路面评价 1 5 9 5 4 3 外掺材料参数确定 1 6 4 5 4 4 再生沥青混合料配合比设计 1 6 8 5 4 5 试验段铺筑 1 7 1 5 5 本章小结 1 7 7 第6 章结论与展望 1 7 8 6 1 主要研究结论 1 7 8 6 2 主要创新点 1 8 l 6 3 进一步研究的建议 1 8 l 参考文献 致谢 攻读博士学位期间发表的论文及专利申请 18 1 8 9 1 9 0 第1 章绪论 改性沥青及s m a 混合料是我国高速公路最常用的表面层混合料类型 随着使用年 限的增加及环境因素 交通荷载的长期作用 路面性能必然出现一定程度的下降 如何 进行改性沥青及s m a 路面的再生利用 受到了我国各级政府部门的大力关注 论文的 研究工作结合国家 8 6 3 弦项目 透水性路面用复合改性沥青及再生沥青混合料技术 2 0 0 2 a a 3 3 5 1 0 0 国家自然科学基金面上项目 改性沥青混凝土路面再生利用技术 研究 5 0 8 7 8 0 5 4 以及国家西部交通建设科技项目 改性沥青及s m a 路面性能恢复 与再利用技术研究 2 0 0 8 3 1 8 0 0 0 4 4 的研究计划 围绕资源节约 环境保护和可持续 发展这一国家战略 结合江苏省高速公路养护公司引进的 卡罗泰康再生列车 的开发 利用 进行s m a 路面现场热再生机理与应用技术研究 为建立改性沥青及s m a 路面 再生利用的理论体系和工程应用提供技术保障 1 1 研究背景及意义 1 1 1 研究背景 自1 9 8 8 年沈大高速公路建成通车以来 我国高速公路以前所未有的速度发展 截 至2 0 0 8 年底 高速公路通车里程已经突破6 万公里 位居世界第二位 其中沥青路面 占据了9 0 以上的比例 根据国家高速公路发展规划 我国将在2 0 2 0 年前形成完善的 国家高速公路网 2 1 然而与国外先进国家道路发展状况相比 我国高速公路建设起步较 晚 技术基础相对薄弱 受经济迅猛发展的影响与需要 在一定程度上造成了技术完善 程度相对滞后于建设速度的局面 同时由于交通气候状况以及管理水平与国外有较大差 异 我国道路结构形式及使用状况都呈现出比较鲜明的特点 3 5 总结相关研究睁 1 对我国沥青路面病害状况的调查结果发现 尽管我国沥青路面设 计寿命为1 5 年 但是部分路面在运营2 3 年后就出现了不同程度的早期病害 且大部 分重交通沥青路面在运营后5 6 年 长的7 8 年就进入大面积维修和改造期 我国沥 青路面病害总体可分为两大类 1 2 1 5 类为结构性损坏 包括路面结构整体或某一部分 的破坏 使路面不能支承预定荷载 此类病害主要出现在早期修建的高速公路中 另一 类为功能性损坏 主要是由于平整度和抗滑性能等的下降 使路面不再具有预定的功能 如车辙 泛油 推挤 开裂等 此类病害目前在我国比较普遍 除部分路面是由于长期 使用后沥青混合料性能老化造成的功能下降外 很多路面都是由于车流量的迅猛增长引 发的重载超载现象以及材料 施工控制不当等造成的早期病害 因此 就我国目前的实 东南人学博士学位论文 际状况而言 高速公路在飞速建设的同时 不仅已经进入了一个持续的大规模养护维修 期 而且在很长一段时间以内 早期病害的防治也是必须加以重视的 据估算 l6 1 从现在起我国每年约有1 2 的沥青路面需要翻修 而我国常规的维修方 法基本上是将旧沥青路面铣刨废弃再加铺新的沥青路面 因此 每年路面翻修产生的废 沥青混合料就达到了约2 2 0 万吨 而这一数字还将以每年1 5 的速度增长 这些废弃的 旧沥青混合料不仅占用大量的土地 而且还会造成生态环境的污染 与此同时 还需要 生产大量的优质新沥青混合料用以替代废弃旧沥青混合料 耗费大量建设资金 而无论是从集料还是从沥青角度 1 7 2 0 我国沥青路面都具有良好的再生利用价值 因此 如果能实现旧沥青混合料的高效再生利用 不仅能大大节约资源 缓解公路建养 资金短缺矛盾 同时能保护生态环境 符合目前可持续性发展的大势所趋 1 1 2 研究意义 根据国外经验 2 2 1 对旧沥青路面再生利用 其节省费用一般在6 6 7 美国 每年再生利用废旧沥青混合料约为3 亿吨 直接节约材料费就达1 5 2 0 亿美元 2 3 2 5 1 而我国的使用经验也表明 2 8 1 与新沥青路面相比较 再生沥青路面材料费平均节约 4 5 5 0 整体工程造价降低2 0 2 5 如果我国每年因高速公路翻修产生的2 2 0 万吨废旧旧料能够再生利用 仅材料费就可以直接节约达3 5 亿元 估计到2 0 1 5 年这一 数字将达到1 5 亿元 因此 再生利用技术研究具有显著的经济 社会和环境效益 与普通沥青相比 改性沥青具有更为优良的路用性能 因此得到了广泛应用 2 9 1 然 而由于改性沥青的大规模使用历史相对较短 目前的再生利用技术主要是针对基质沥青 3 0 1 加之改性沥青老化性状难以预测 再生设计复杂等因素 关于旧改性沥青的再生研 究 国际上尚处于起步阶段 对老化改性沥青混合料的再生利用 各国都表现的很慎重 一些国家在应用中规定旧改性沥青混合料掺量不超过2 0 其实质是将旧改性沥青混合 料仅作为一部分集料代替品使用 而没有实现真正意义上的再生利用 3 卜3 2 1 然而改性沥青的使用已经是大势所趋 在美国目前大部分州都已经规定新修路面需 使用改性沥青 3 3 1 而我国目前大部分新修高速公路上面层都是用了改性沥青 3 4 1 以江苏 省为例 绝大部分新修高速公路的上中面层均使用了改性沥青 因此 进行改性沥青再 生技术研究不仅是现有改性沥青路面维修的需要 更是以后高速公路养护维修的必需技 术途径 具有深远的发展意义 然而无论是改性沥青还是改性沥青混合料都是一个广泛的概念 依据改性剂 级配 2 一 型的改性沥青 及混合料 其改性机理 设计原理以及老化机理必然会有所不同 相应的再生技术应用 也就会有所区别 而再生技术同样是一个系统的概念 依据其原理及方法的不同 又可 以划分为不同的类型 因此 在研究的起步阶段 为使得研究更加有针对性和效率性 就必须有所侧重 采取由点及面的研究手段 首先重点单个突破 最后集成成套技术 图1 1 所示为目前国际范围内常用的改性剂 3 5 可以看出 s b s 是目前使用最为广 泛的改性剂 在我国s b s 改性沥青应用比例超过了5 0 占据了统治地位 而在改性 沥青混合料中 s m a 由于其优越的综合路用性能 在我国使用越来越广广泛 以江苏 省为例 其s m a 路面使用比例超过了5 0 如图1 2 所示 而相比于其他沥青混合料 使用s b s 改性沥青的s m a 混合料造价相当昂贵 在生产时不仅消耗了大量优质沥青 改性剂和石材 同时也消耗了大量能源 若维修时将其废弃必然是一种巨大的资源浪费 图1 1常用沥青改性剂种类图1 2 江苏省s m a 路面使用比例 与其他再生技术相比 现场热再生技术能够直接就地一次性完成路面修复层的加热 翻松 新材料添加 拌和 摊铺及碾压成型 不仅达到了旧料的百分百利用 无需旧料 的运输废弃 具有成本节约大 环保系数高的特点 同时还具有施工速度快 工期短 开放交通早 施工对交通的干扰小等优势 是路表功能性病害修复的最直接最有效的技 术方式 3 8 1 基于我国目前的路面病害特点 路表的功能性病害占据了相当大的比例 同时路面的早期病害也是一个不可忽视的重要现象 而基于国外沥青路面应用经验以及 我国的沥青路面发展趋势 3 9 枷 随着沥青路面修筑和管理技术的不断完善 长寿命沥青 路面是必然的发展方向 也即在以后的路面使用寿命过程中 路面结构及材料都会处于 比较稳定的状态 仅需在使用过程中对磨耗路表材料进行养护维修 因此 无论是现阶 段病害修复的需要还是长远技术发展的需求 对现场热再生技术的研究都具有重要意义 东南人学博上学位论文 可以看出 对旧改性沥青路面进行再生利用 蕴含巨大的社会经济效益 顺应交通 行业建设可持续发展的战略举措 然而目前针对改性沥青再生的研究相对较少 而针对 s m a 混合料的再生技术研究更是一个空白 而相比于其他沥青混合料s m a 不仅使用普 遍 性能优越 价格昂贵 同时其材料组成及再生应用的影响因素更加复杂 同时 由 于我国再生利用成套技术的研究起步较晚 设备复杂等因素的影响 相比于其他再生技 术 现场热再生技术的成功实施也具有更高的难度 因此 为使得研究更加有针对性和 突破性 本文将重点针对使用s b s 改性沥青的s m a 混合料的现场热再生技术展开研究 以期为推该改技术的应用与推广打下良好基础 同时也为改性沥青路面再生利用成套技 术的研究提供有价值的参考意义 1 2 国内外沥青路面再生技术发展概况 1 2 1 国外沥青路面再生应用发展概况 相关资料和研究显示美国是最早进行路面再生利用也是目前再生技术发展最成熟 的国家之一 4 肛5 0 早在1 9 1 5 年美国就有了关于旧沥青再利用的记录 1 9 5 6 年以后 随 着美国州际公路网络的初步形成以及原油价格的上涨 再生技术逐渐被重视起来 自 1 9 7 3 年石油危机爆发后 美国联邦公路局就大力资助再生技术的研究工作 包括交通运 输研究委员会及材料与实验协会在内的各种组织协会均大力推动该项研究工作的进展 与交流 1 9 8 1 年美国4 0 个州共使用了3 5 0 万吨沥青混合料 同年出版了 路面废料再 生指南 及 沥青路面热拌再生技术手册 1 9 8 3 年又出版了 沥青路面冷拌再生技术 手册 到1 9 8 5 年 美国使用了近2 亿吨再生沥青混合料 九十年代 美国旧沥青混凝 土的再生利用率达到9 0 以上 再生混合料用量占全部路用沥青混合料近5 0 美国 联邦公路局 f h w a 1 9 9 8 年公布的资料表明 所有5 0 个州的政府公路局几乎都将沥 青路面旧料作为骨料及粘结料的代替材料 用以生产与传统沥青混凝土品质相同的热拌 再生沥青混凝土 其中旧料的添加量随各州政府规范而异 一般在1 0 至5 0 之间 加利福尼亚州在厂拌热再生中 应用了微波技术和高速热气流传热再生新技术 旧料的 掺加率达到了9 0 1 0 0 2 0 0 1 年美国沥青再生协会出版了 美国沥青再生指南 从工程评价与方案比选到材料设计 施工与质量评定都进行了较为全面的阐述 标志着 美国的再生技术研究已经达到了相当成熟的地步 目前美国材料的重复利用率稳定在8 0 以上 每年再生利用沥青混合料约3 亿吨 仅材料费就节约近2 0 亿美元 日本从1 9 7 6 年开始对旧沥青路面材料进行再生利用 1 9 8 4 年日本道路协会出版了 路面旧料再生利用技术指南 并就有关厂拌再生技术编制了手册 1 9 9 3 年 全日本 4 第1 章绪论 旧沥青路面材料的再生利用率为7 8 2 0 0 0 年再生利用率已达到9 0 全日本近两干 台沥青混合料拌和设备中 一半以上可以生产再生沥青混合料 2 0 0 2 年 日本再生的热 拌沥青混合料达4 1 6 7 万吨 占路面沥青混合料应用量的5 5 2 6 5 1 5 3 欧洲国家经过近3 0 年的研究 沥青路面再生技术研究和应用也已经达到了相当高 的规范化程度 5 4 5 5 前苏联早在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 并于1 9 7 9 年出版了 旧沥青混凝土再生混合料技术准则 1 9 8 4 年又出版了 再 生路用沥青混凝土 详细阐述了路拌再生和厂拌再生方法 原联邦德国在1 9 7 8 年沥青 路面旧料回收利用率就已接近1 0 0 并率先将再生沥青混合料应用于高速公路的路面 维护 并于1 9 8 1 年编制了 热拌再生沥青混凝土施工规范 在法国和芬兰 几乎所有 的城镇都组织进行旧路面材料的收集和储存工作 再生沥青混合料也由主要用于低等级 公路的面层和基层 发展到应用于重交通道路路面 欧洲沥青路面协会 e a p a 已通 过互联网宣布 5 6 其成员国的旧沥青路面材料l o o 通过再生进行重复利用 1 9 9 7 年国 际经合组织对1 4 个国家的路面材料再生利用情况进行了调查 发表了 道路工程再生 利用战略 白皮书 5 7 螂 并指出旧沥青路面材料的再生利用率为7 5 1 0 0 热再生技 术应用最为普遍 再生材料主要用于路面面层结构 极少用作回填材料和其他用途 而 相对来讲 无论是集中厂拌还是就地路拌 冷再生技术推广程度要低于热再生技术 对于沥青路面材料再生利用的使用性能 1 9 9 7 年澳大利亚在 沥青混凝土路面再生 指南 5 9 枷1 中指出 含有6 0 再生料的沥青路面使用寿命与传统沥青路面相同 甚至有 较优的抗车辙性能 美国在2 0 世纪8 0 年代中后期到9 0 年代发表的系列研究报告表明 6 1 娟 无论是路用性能还是使用寿命 再生路面和全新料沥青路面都没有明显的区别 日本道路协会对热拌再生沥青混合料应用于条件苛刻的重交通道路路面的调查结果表 明 6 7 石9 1 只要对热拌再生沥青混合料进行恰当的质量控制管理 铺装后性能与全新料路 面没有区别 纵观国外沥青路面再生技术的发展可以看出 这些国家的再生技术发展起步较早 非常注重再生混合料再生技术实用性的研究 因此在再生剂的开发 混合料的评价与设 计以及相应的施工工艺及配套机械的研发等方面均取得了巨大的成就 经过数十年的 断完善 已经达到了规范化和标准化的成熟程度 不仅形成了多种再生技术 同时可 根据自身的实际条件和路面性能长远规划选择合理的适用性再生技术 1 2 2 国内沥青路面再生应用发展概况 我国沥青路面再生应用的发展可以分为三个阶段 2 6 2 7 7 0 8 2 东南人学博上学位论文 二十世纪五十到七十年代 我国曾在轻交通道路 人行道或道路的垫层中 上利用过旧沥青材料 七十年代初期 山西 湖北 河南等省份曾将回收利用的废旧渣 油沥青路面材料用作道路养护维修时的基层材料 但当时我国的道路发展还比较落后 甚至还没有真正意义上的高速公路 因此也谈不上真正意义上的沥青混合料再生技术 进入8 0 年代 随着经济的迅速发展 交通量及重型车辆的迅猛增长 又限于公路 建设投资的有限 沥青路面再生技术开始真正意义提到公路维修养护的工作日程 1 9 8 2 年 交通部设立沥青渣油路面再生利用课题 对沥青路面的再生机理 再生设计方法与 工艺等进行研究 通过理论研究 对沥青的化学热力学和流变学性能 在老化过程中的 流变行为变化规律以及沥青再生本质有了深刻的认识 并在此基础上初步提出了沥青混 合料的再生设计方法 山西省及湖北省均结合各自省内的沥青路面维修工程修筑试验段 8 0 多公里 1 9 8 3 年建设部下达的 废旧沥青混合料再生利用 项目研究中 把旧渣油 路面加入适当的轻油使之软化 采用适当改装的普通设备进行混合料的拌和 并在苏州 武汉 天津 南京四个城市铺筑了三万多平方米的试验路 尽管试验路初步效果观测表 明再生路面完全可以达到不低于常规热拌沥青路面的性能 但由于生产工艺不成熟 生 产设备缺乏 实用性的再生技术不够完善 因此造成再生沥青混合料质量无法保证 沥 青路面再生利用投资大 收益慢 因此并没有形成实质意义上比较成熟的再生沥青混合 料再生技术 而8 0 年代后期开始 我国进入了大规模公路建设期 路面再生技术研究 基本处于停滞状态 9 0 年代后期 随着早期修建的沥青路面进入大规模改建及修复阶段 沥青路面再生 技术再次得到关注与探索 1 9 9 6 年湖南省在低等级公路改造中使用废机油为再生剂进行 了沥青路面再生利用的应用研究 1 9 9 7 年江苏省淮阴市用乳化沥青冷拌再生旧料后铺筑 路面 进入2 1 世纪 沥青路面再生技术才真正意义上引起了国内的广泛重视与研究 2 0 0 0 年 沈大高速公路营口段开展了旧沥青路面材料再生试验研究 2 0 0 1 年 北京市 采用沥青混合料再生技术铺筑了第一条环保沥青路 并于2 0 0 2 年推出 北京市路面沥 青混凝土旧料再生利用管理办法 2 0 0 2 年同济大学和东南大学承担了国家高技术研究 发展计划 8 6 3 计划 再生沥青混合料技术 的课题研究 对再生沥青混合料性能及 再生配合比设计方法进行了深入系统研究 2 0 0 3 年 广佛高速公路路面大修中 引进美 国a s t e c 公司双滚筒沥青再生拌和设备进行沥青路面的再生利用 这是我国第一个大 规模应用厂拌热再生技术的高速公路项目 目前使用状况良好 6 第l 章绪论 与国外发达国家相比 我国的沥青路面再生现状 无论从再生利用方式 材料性能 还是实用施工技术及设备的研究均处于起步阶段 且缺乏系统的理论指导和实用的核心 技术 但是近年来 沥青路面再生技术逐渐成为了我国沥青路面发展的热点及核心研究 之一 江苏 广东 河北 河南 山东等省份均引进了先进的再生设备 并已投入的实 体工程中应用中 取得了良好的实际应用效果 得到了较为广泛的认可 与此同时 国 内的很多高校及科研机构均针对了沥青路面再生技术开展了深入研究 并初步取得了很 多颇富成效的科研成果 交通运输部于2 0 0 8 年4 月颁布的 公路沥青路面再生技术规 范 不仅是我国近年来沥青路面再生技术发展的一个总结 更标志着我国沥青路面再生 技术在近年来飞速发展和取得丰硕研究成果的基础上进入了跨越式发展的新时期 有了 更加明确的发展目标与方向 1 2 3 沥青路面现场热再生技术应用概况 现场热再生是指在原有沥青路面上通过加热软化 以机械方式翻松 铣刨 路面旧 料 根据需要添加一定数量的沥青 再生剂 新混合料或新骨料 然后进行热拌和 并 将所形成的再生混合料现场重新摊铺压实 从而达到消除路面病害 恢复路面性能的道 路维修过型8 3 由于再生设备加热深度 铣刨厚度及拌和能力的限制 现场热再生技术 对处治深度不超过6 c m 的表面功能性病害恢复较为适宜 如对车辙 磨光 坑槽等路面 早期病害的处治 而对于诸如路肩滑坡 路基沉陷 基层坑洞等路面结构性破坏所导致 病害的处治不太适宜 因此 现场热再生工艺多要求破坏路面具备良好的基层及排水设 施 或可以提前修复路面结构性病害 且其病害主要是路表功能性丧失引起的病害 8 4 1 1 9 9 7 年 国际经合组织发表的白皮书指出现场热再生技术得到了较多国家采用 但 只有少数国家推广程度较高 且较少用于高速公路 其主要原因是由于相对其他再生技 术 现场热再生设备庞大复杂 施工工艺尤其是对路面现场加热难以控制 因此相对于 厂拌热再生技术 现场热再生技术起步较晚 技术成熟度和推广度也较低 然而随着高速公路快节奏高效率运行以及环境保护的需要 现场热再生1 0 0 利用 旧路面材料 环保系数高 成本低 工期短 对交通运行影响小 完成后即可开放交通 等其他再生方式难以比拟的优势 逐渐得到欧美国家的广泛重视 而近年来 德国 美 国 芬兰 日本 加拿大等国家均已开发出性能良好的现场热再生设备进一步推动了现 场热再生的实体工程应用 8 5 9 2 1 美国f h w a 的沥青路面再生指南针对现场热再生技术 特点提出了一般性应用指导原则 9 3 1 如表1 3 1 8 所示 东南大学博士学位论文 表1 3 就地热再生工程的一般步骤 步骤 详细细节 目的 初步路面评价表1 4主要确定路面结构的适合性 h i r 的适用性表1 5 如果h i r 不合适 确定其它的修复或重建方法 详细的路面评价表1 6现有路面面层的主要质黾和性能 h i r 具体操作技术的选择表1 7表面再生 复拌再生 重铺再生或复拌重铺冉生 完成h 取工程表1 8 质量控制 表1 4 初步路面结构评价估 评价项目详细信息目的 路面类型 路面结构 路面历史 工作进度表 h i r 的适用性 补充详细 历史信息 交通最的评估 工作进度表 结构病害 局部的结构病害 非结h 瓜的适用性 h i r 操作的选择 确定 路面结构 构性病害是否需要局部的预处理 任何特殊的处治或材料 面层处应在h i r 前采取必要的处理措施 如冷 先前的处理措施 治 道路标线材料 等等 铣刨 宽度 道路中线 坡度 面层断面h 限的适用性 在h i r 前 应先进行处 线形和断面 车辙和磨耗 理 如冷铣刨 检修井 集水并 公共事业井盖等 工作进度表 保护措施 潜在的可燃气 杂项 临近物 设备 树木 易燃物 体的测定 表1 5 现有路面评估获得的信息的重要性 面层病害 路面评估项目路面评估参数 磨耗车辙裂缝摩擦力 裂缝 类型和程度 nnmn 面层情况横断面mm nr 纵断面 rrnn 厚