高速公路乳化沥青厂拌冷再生基层配比设计及施工工艺研究

1、高速公路乳化沥青厂拌冷再生基层配比设计与施工摘要:借鉴国内外沥青路面冷再生技术方面的经验, 对掺加水泥的乳化沥青冷再生混合料进 行配合比设计及路用性能评价, 在最佳乳化沥青和水泥用量下进行乳化沥青冷再生混 合料性能试验, 分析了乳化沥青厂拌冷再生技术的施工工艺及质量控制, 并将再生的 混合料应用于高速公路沥青路面上基层,实践表明其满足相应的路用性能要求。 关键词:道路工程 乳化沥青 冷再生 配合比 施工工艺0概述目前我国的公路建设飞速发展,每年投资规模已经超过 2000亿元。据统计,截至 2008年底,我国公路通车总里程达 368万公里,其中高速公路 6.03万公里。但是,我国于 20世 纪

2、90年代陆续建成的高速公路大部分已进入维修期, 大量翻挖、 铣刨的沥青混合料被废弃, 既污染环境, 又浪费资源。 采用再生技术, 加大可再生能源的开发, 使得旧路面的材料得到 重新利用, 对降低建设成本、 合理利用资源、 保护生态环境以及促进我国公路建设都有着极 其重大的意义,也是一项符合可持续发展规律的有效措施。九景 (九江景德镇 高速公路为国家高速公路网杭瑞高速(杭州-云南瑞丽在江西省 的一段, 起点九江, 终点景德镇, 全长 134.712公里, 该项目于 1997年 4月开工建设, 2000年 12月建成通车,总投资 30.2亿元,到目前为止使用年限已达 8年。近年来随着社会经济 文化

3、的发展, 交通量特别是重型和超重型车辆的增加, 全路段各种公路病害发育, 出现程度 不等的病害(如裂缝、翻浆、沉陷等病害 , PCI 数值基本在 60-70之间,原有路面结构已 经无法满足日益增长交通量的需求。 2008年 7月江西省交通厅决定对九景高速公路沥青路 面进行大修技术改造施工,并在 K126+480K132+560处铺筑双幅 6.08公里的试验路。试 验路施工于 2008年 8月 8日开始, 2008年 11月 17日结束, 2009年进行了全线技术改造。 为了贯彻可持续发展和建设节约型社会战略, 充分利用九景高速公路旧沥青路面材料, 节约 资源、 保护环境、 减少投资。 经过比较

4、研究, 试验路主要采用了乳化沥青并掺加少量水泥的 厂拌冷再生新技术对原有沥青路面进行技术改造, 其最大特点是能够保证再生混合料的生产 质量,混合料级配、水泥用量以及拌和均匀程度等均可由再生拌和设备自行控制。1 原路面状况及冷再生基层沥青路面结构方案1.1 原路面状况九景高速公路原沥青路面结构为:12cm 沥青混合料结构层 +20cm水泥稳定碎石 +30cm级配碎石, 这种路面结构由于沥青面层较薄, 在车辆荷载的作用下, 水泥稳定基层这个承重 层首先发生了损坏, 使路面的损坏成为结构性破坏, 无法通过沥青面层的简单维修得到解决。 经过近八年的运营,目前路面承载能力急剧下降,路面强度偏低、平整度较

5、差,各种裂缝、 翻浆、 车辙、 水损害等常见的路面损害形式均有不同程度的体现,路面破损面积较大, 水泥 稳定碎石基层已出现严重结构性破坏。通过对原路面进行调查发现,原沥青路面在行、超车道普遍存在水损坏、翻浆、车辙、 松散及严重的纵横裂缝以及修补不良等病害现象,见附图 1、图 21 2 图 1沥青路面水损坏、冒浆 图 2沥青路面水损坏、坑槽 1.2冷再生基层沥青路面结构方案技术改造后的路面结构形式为:30cm 级配碎石 +20cm水泥稳定碎石 +12cm再生沥青混合 料 +8cmAC-25+6cmAC-20+4cmAC-13。 处治方案为:铣刨掉旧油面层; 处理已破坏的原有水 泥稳定碎石基层;在

6、处理完的基层上再铺 12cm 的再生沥青混合料上基层;然后再铺三层共 18cm 的沥青混凝土面层。 2乳化沥青冷再生施工配比设计 2.1级配组成设计国外沥青稳定基层的级配范围较宽。 根据国外经验, 乳化沥青稳定基层材料不宜采用碎 石级配,而应采用连续级配,以保证足够的细料数量来增加粘结力。在国内的技术手册中, 对于热拌和冷拌的级配要求其实相差不大。 因为乳化沥青中的沥青与普通热沥青实质上是同 一种材料,最终将得到相同的粘结效果,只不过乳化沥青有一个粘附、脱水与蒸干的过程。 因此, 它的材料组成及技术要求与普通沥青混合料基本相同。 综合考虑国内外关于冷再生和 沥青稳定基层的级配范围,并参考公路沥

7、青路面冷再生技术规范 JTG F41-2008中的级 配范围,设定适合本地区的工程设计级配范围如表 1。表 1乳化沥青冷再生基层级配表 已经遭到破坏, 为了更好的提高再生混合料的性能, 需要掺加的新的骨料来对旧沥青混合料 级配进行调整, 以便于更好的适应新的交通量要求和提高新的道路力学和路用性能。 本项目 采用门山顶产碎石,规格为 1122mm ,测得其压碎值为 19.9%,针片状颗粒含量为 3.6%。 同时, 为了提高冷再生混合料的早期强度及路用性能, 在旧沥青混合料冷再生过程中添加了 一定量的普通硅酸盐水泥。经过设计,各种材料的掺配比例为:RAP (1030mm :RAP (010mm :

8、新矿料:矿粉:水泥 =50:30:16:2:2。 乳化沥青冷再生混合料级配组成曲线见图 3所示,以干筛合成级配作为设计级配,抽 提合成级配作为参考。 2.2乳化沥青冷再生配比设计目前全球范围内还没有得到普遍认可的冷再生混合料配合比设计方法。 冷再生混合料的 成型方法对各项指标的影响显著。我国已有的冷再生工程中有采用马歇尔击实成型试样的, 也有采用旋转压实成型的, 所得马歇尔稳定度相差一倍甚至更高, 而工程实际的压实功更加 接近旋转压实的情况。 所以规范鼓励采用旋转压实方法进行混合料设计。 本项目就采用了旋 转压实方法进行了乳化沥青冷再生混合料配合比设计。1 、确定最佳含水量采用上述图 3中的混

9、合料设计级配, 固定乳化沥青用量为 3.0%, 变化拌和用水量采用 土工击实法成型冷再生试件,确定最大干密度为 2.248g/cm3时对应的最佳含水量为 3.7%。 2 、确定最佳油石比采用旋转压实仪成型试件,控制总含水量为(3.70.3%,试模直径为 150mm ,压实 仪转角 1.25,压头压力为 600kpa ,旋转 50次后放入 60 鼓风干燥箱中 6h 再旋转 25次后 立即脱模, 放入 60 鼓风干燥箱中养生 48h 。 养生结束后待试件冷却至室温后进行劈裂强度、 浸水劈裂强度等指标的测试,其各项指标检测结果见表 2。表 2 各项指标检测结果 34 从上述检测结果可知,对应劈裂强度

10、最大时的油石比为 3.0%,对应浸水劈裂强度最大 时的油石比为 3.0 %, 取油石比 3.0%作为设计油石比。 在设计油石比下测得成型后试件湿密 度为 2.256 g/cm3。2.3乳化沥青冷再生混合料性能检验1 、高温稳定性检验按目标配合比设计,采用 5cm 高车辙试模成型车辙试件检测动稳定度,结果符合规定 要求。检测结果见表 3。表 3 车辙试验结果采用旋转压实仪成型试件, 旋转 50次后 60 养生 6h , 取出冷却后做劈裂试验和浸水劈 裂试验,进行初期强度检验,试验结果见表 4。表 4 劈裂试验结果因此, 经设计后, 九景高速公路乳化沥青冷再生上基层采用的目标配合比为 RAP (1

11、030mm :RAP (010mm :新矿料(1122mm :矿粉:水泥=50:30:16:2:2,外掺乳化沥 青为 3.0%,外掺用水量为 2.5%。3、乳化沥青厂拌冷再生施工工艺及质量控制53. 1 施工工艺九景高速公路技改试验段乳化沥青冷再生拌和厂采用的拌和设备是 300T 间隙式拌和 楼,具有破碎、筛分、电子计量功能以及水、水泥和乳化沥青添加功能;工作性能稳定、结 构简单且方便拆装;具有很强的实用性。通过精心调试,确定其拌和能力为 180t/h-300t/h之间,最佳拌和速度为 250t/h。采用经试验验证的生产配合比进行拌和生产。确定的生产配 合比为 9.5-31.5:0-9.5:新

12、料 =50:30:16;水泥、矿粉剂量上基层为 2.0%;沥青用量为 2.7%; 7天无侧限抗压强度 4.0MPa 。图 6 乳化沥青混合料厂拌冷再生生产情况拌和时注意控制冷再生混合料的拌和时间, 若过度拌和, 则粗集料表面的乳化沥青容易 剥落, 而且可能导致乳化沥青提前破乳, 使混合料劲度过大; 而拌和不充分则可导致集料不 能充分地被乳化沥青裹覆。 混合料拌和时乳化沥青可能不完全均匀地裹覆集料, 但没有必要 延长拌和时间来提高集料的裹覆程度, 因为在混合料的摊铺、 碾压过程中, 沥青可进一步地 裹覆集料。 集料进入拌缸后加入水泥和矿粉, 最后加乳化沥青和水进行拌和, 拌和时间采用 由试拌确定

13、,干拌 5S ,湿拌 30S ,拌和周期约 50S 。混合料外观质量以混合料均匀一致,所 有矿料颗粒全部均匀分布、 颗粒全部裹覆沥青, 混合料无花白料,无结团城块为度。 清晨和 傍晚拌和用水量取低限,在中午气温较高时拌和用水量取高限。传统的摊铺机即可摊铺厂拌冷再生混合料, 混合料中适度的水份可防止熨平板下的混合 料发生“撕裂” 、 “脱空”等现象。乳化沥青混合料的松铺系数一般为 1.11.4,在试验路铺 筑过程中采用松铺系数为 1.2。若需要多层铺筑,则在铺上一层前需养生一段时间(好的养 生条件下 25天 。雨天不能摊铺,若气温低于 10,也应停止摊铺。九景高速试验路乳化沥青冷再生基层采用传统

14、热拌沥青混合料的摊铺机械和工艺。 这与 传统摊铺稍有不同之处在于, 摊铺冷再生沥青混合料时摊铺机熨平板不必预热, 以防止混合 料中水分散失过快而影响混合料的和易性。 试验段乳化沥青冷再生基层的施工过程中, 摊铺 速度一般控制在 1.5m/s, 混合料的压实是保证乳化沥青冷再生层质量的重要环节, 选择合理 的压路机组合方式和碾压步骤至关重要。 根据生产经验, 经多次生产实践比较, 得出按以下 压实工艺时碾压效果较好。厂拌冷再生混合料的压实可用钢轮压路机和轮胎压路机。 以乳化沥青为再生剂的冷再生 混合料的碾压要在乳化沥青开始破乳时 (乳化沥青的颜色由褐色变为黑色 进行。 初压可用 钢轮压路机,也可

15、用胶轮压路机。初压可采取钢轮压路机(11吨左右静压 12遍,然后 用高频低幅的方式振动碾压 12遍。复压用大吨位(23吨或更高的轮胎压路机碾压,碾 压次数通常由混合料性能、 压实厚度、 压路机类型及环境状况等决定, 一般需要 46遍。 终 压采用钢轮压路机碾压, 以消除轮迹。 压路机碾压时可喷少量的水雾, 以防止压路机轮粘结 冷再生料。 厂拌冷再生混合料常是 “篷松” 状, 因此需要增大松铺厚度以保证压实厚度满足要求。混合料中的含水量对压实至关重要，合适的水份含量可润滑集料，有助于压实。但过 多的水份会导致混合料密度低， 且会长时间滞留在结构层中， 使摊铺后混合料的养生期延长。 为了保证压实度

16、和平整度，初压应在混合料不产生推移、粘轮等情况下尽量在摊铺后进行。 同时生产过程要保证现场混合料能够在最佳流体含量时进行碾压。 摊铺、 碾压完成达到密实度要求后， 应封闭交通洒水养生， 保持表面湿润， 一般情况下， 养生期不少于 3 天。养生方法按规范要求进行，可喷洒乳化沥青封闭养生。以冷再生沥青混 合料中总含水量小于 2%或可以用钻孔取芯机取出完整的冷再生沥青混合料上基层芯样作为 结束养生工作的最终评判指标。 铺筑好的冷再生沥青混合料上基层应严格控制交通， 做好保 护，保持整洁，不得造成污染，养生期头 24h，禁止一切车辆行驶。24h 后，可视情况允许 施工用 2T 以下小型车辆均速慢行通过

17、，但不得急刹车、原地掉头。 3.2 检测结果 经检测， 九景高速技改工程试验路乳化沥青冷再生混合料上基层压实后的压实度全部在 98以上，基层压实较好。 用 5.4 米弯沉仪对冷再生混合料基层检测的代表弯沉值（0.01mm）为 64.9（北线 K130+680 K132+480 ） 。而 洗 刨 后基 层 （北 线 K131+740 K132+520 ） 的代 表 弯 沉值 （0.01mm）为 159.1 7 天无侧限抗压强度为 4.36MPa。 4 结论 九景高速公路沥青路面技术改造工程试验路将旧沥青路面混合料采用厂拌冷再生技术进 行高速公路上基层施工，实践结果表明：沥青路面厂拌冷再生技术，无

18、论从经济效益方面， 还是从施工质量、环保方面，都具有显著的优点，它不仅节约资金成本、降低成本费、节省 运输费，改善施工条件、施工进度快，而且施工质量高，特别是能够充分利用废弃的旧路资 源，从而大大减少了环境污染，有利于环境保护。因此，非常适合于目前我国高速公路旧沥 青路面的大修改建工程施工，以达到公路建设节能减排的效果。 参考文献： 1 王丽， 魏连雨， 刘奎颖.冷再生混合料力学性能试验研究J， 河北工业大学学报， 2003 2 张登良.沥青与沥青混合料M.北京：人民交通出版社，1993 3 李国强.水泥乳化沥青复合路面材料的研究J.硅酸盐学报，1998 4 黄晓明，赵永利，江臣.沥青路面再生利用试验分析J.岩土工程学报，2001 5 深圳海川工程科技有限公司译. 美国沥青再生指南M.北京： 人民交通出版社， 2006. 6 Cold-in-place Asphalt Cement Concrete Recycling.Iowa Department of Transportation, O