沥青混合料厂拌冷再生技术的应用

1、第二批节能减排示范工程推广材料之十一一一沥青混合料厂拌冷再生技术在昌九高速公路技术改造工程中的应用工程实施单位江西赣粤高速公路股份综合点评目前,传统的基于强基薄面设计理念的半刚性基层沥青路面是我国高速公路路面的主要结构形式,这种路面虽然减少了初期投资,但是由此也带来了早期损坏严重的弊端.因此,随着使用年限的增加,全国有越来越多的高速公路面临大修或改建工程,一方面需要大量的新基层和面层材料,另一方面还有因翻新而废弃的渣料需要环保处理,公路运营养护面临重大技术难题.江西赣粤高速公路股份经营治理江西省的高速公路达558公里,且均系国家及省内高速公路网络的重要组成局部.该公司结合昌九高速公路技术改造工

2、程,使用经过自主改造的国产水泥稳定拌合设备,利用厂拌冷再生技术实现了对原半刚性基层的柔性化转换,将厂拌冷再生层作为高速公路的上基层,实践了长寿命沥青路面的设计理念,经过2年多的特重交通考验证实,不但使用效果良好,而且还表现出优异的环保性能.厂拌冷再生沥青混合料与传统的热拌沥青碎石ATB-25混合料相比,在不影响路面使用性能的前提下,可节省50%以上加热能源,减少的CC2排放量也大于50%0昌九高速公路利用厂拌冷再生技术进行技改的路段90公里,与热拌沥青碎石ATB-25混合料相比可节省沥青7845吨、柴油418.4万升、电59.622万度,CQ排放减少4707吨.止匕外,还减少了路面翻修过程中废

3、弃渣料的排放,取得了明显的节能减排效果.公司在厂拌冷再生上基层技术方面积累了丰富的经验,形成了一套行之有效的工法,可操作性强,经济效益和社会效益明显,具有广泛的推广应用前景.沥青混合料厂拌冷再生技术在昌九高速公路技术改造工程中的应用推广材料第一交通部节能减排专家工作组一、概况昌九高速公路是江西省首条高速公路,是国家干线公路网规划福银福州至银川高速公路在江西境内的重要组成局部,双向4车道,设计行车速度100km/h,全长约133.4km.一期1993年建成通车,二期1994年通车,三期1996年建成通车.实施技改时,已运营1013尽管养护本钱在逐年增加1998年为1252万,2004年已达770

4、0万,但是随着经济开展,交通量增大见表1,路面损坏却日益严重、性能每况愈下,主要病害是网裂水损害和车辙.现有的以挖补、罩面为主的养护方式,费用高且治标不治本,已难见成效.这一方面说明昌九高速公路原路面结构已满足不了日益增长的交通需求；另一方面,从使用年限看,昌九高速公路原路面结构也已接近使用寿命,急需改建.表1昌九高速公路交通量调查年份一期蛟桥至十里铺二期南端连接线二期北端连接线自然车辆辆/日累计轴载次数次自然车辆辆/日累计轴载次数次自然车辆辆/日累计轴载次数次1993526162384619946874143896192421095911199561392166919753819897621

5、996856931830261112933094328277981481199789954249648133074887368826519615401998997354322401080561686189839312824219991106067437281163575482898238410509920001418684258951569194089181404057699542001170691044992617826115227141519575717672002183901263060119216138013351636595123192003197301497017220628162

6、473901755211593624原设计累计轴载Ne=2204350次,原设计轴载远远不能够满足实际承受轴载的需要江西赣粤高速公路股份会同相关单位在进行了近3年的摸索和试验后,决定对昌九高速公路实施大规模技术改造,进而全面提升效劳水平,取得了较为显著的社会效益、经济效益和环境效益.2005年11月至2006年2月,赣粤公司联合同济大学交通运输工程学院编制完成了?昌九高速公路技术改造工程规划方案?,并通过了国内知名专家评审.结合路面弯沉和路面结构层的损坏情况制定了2006年度方案实施的25公里长路段的技术改造实施方案,其中的15公里采用了沥青混合料厂拌冷再生技术.2007年5月,江西省高管局组

7、织知名路面专家召开了?昌九高速公路沥青混合料冷再生技术鉴定会?,鉴定意见认为,针对昌九高速公路技改工程中将产生大量沥青混合料的现状,从环境保护、节约资源、降低工程本钱的角度出发,采用厂拌冷再生沥青混合料作为补强路段的上基层,具有十分重要的现实意义.再生方案既有理论支撑,又有2005年2.3公里就地冷再生和2006年15公里厂拌冷再生试验路的实践验证,论据充分,试验和检测数据详实,各技术指标符合设计要求,说明沥青混合料厂拌冷再生上基层在昌九高速公路技改工程的应用是可行的.鉴于厂拌冷再生基层方案设计方法、施工技术及工艺合理可行,经济效益和社会效益显著,该项技术在昌九技改工程中得到了大面积推广应用7

8、5公里,并于2007年国庆节前全面完工并投入使用.昌九高速公路90公里路段的技改工程沥青混合料冷再生上基层技术,其中K47K49.32公桩2.32公里就地冷再生路段已通车3年,K28K48公桩15公里厂拌冷再生路段已通车2年,这些路段每天累计承受自然车辆约2.2万余辆,根据计重检测结果,重车比例高达35%交通等级为特重交通,目前使用状况良好.经路面状况调查,除车辙外表2,没有发现裂缝和其它类型的损坏.根据现行?公路沥青路面养护技术标准?的规定,车辙深度15mrp冷再生试验路应以日常养护为主,不需要小修.二、工程原理由于受到半刚性基层的裂缝、模量过大等问题的影响,沥青路面经过数年的使用,就会发生

9、较严重的损坏,根本丧失了应有的性能,往往需要铳刨掉.在制定面层的维修方案时,为减小半刚性基层对面层的不利影响,可在原基层上加铺一层模量较小的新基层柔性基层,昌九高速公路的技术改造工程就是基于这一思想进行的.昌九高速公路厂拌冷再生技术,是将要废弃的沥青路面,经过铳刨、回收、破碎、筛分,用新集料矿粉、乳化沥青、水泥、水适当配合,重新拌制,形成符合路用性能要求的再生沥青混合料,铺筑在基层之上形成上基层的整套技术.表2车辙调查结果冷再生类型通车时间车辙深度最大值/mm车辙深度平均值/mm车辙养护质量标准/mm就地冷再生路段3年8.765.09<15厂拌冷再生路段2年7.833.25<15一

10、路面结构确定根据长寿命沥青路面设计理念见图1,面层顶部厚度16cm左右的范围为高受力区,应采用高质量的沥青混合料,这局部沥青混合料还必须起到抗车辙、抗滑、抗水损坏的作用,为此需选用路用性能较好的热拌新沥青混合料见图2限制是大呼报应变高柔性杭臻劳HMA游者混凝土,75国皿！?上基层限制垂直压应变路基图1长寿命沥青路面新铺热拌赤青混漏土面层,设计厚度16E得再生日青混合料上基层设计厚度12函原新银0水泥稳定碎石基层,谀计厚度22m原级配砰石底基层,设计厚度33m原珞基图2采用冷再生技术改造后昌九路路面结构原沥青面层厚度16cm,根据100%PJ用原沥青面层材料的原那么,考虑铳刨、筛分等环节的损失,

11、原沥青面层材料的实际利用率约为75%80%,由此,可以确定冷再生上基层的厚度约为12cm(见图2).(二)路面结构分析为了使路面结构的理论计算结果能较准确地模拟路面的实际受力状态,在试验路铺筑时,采用弯沉反算的路面结构层模量作为路面结构分析的计算参数(见表3).原路面结构和冷再生路面结构的有限元分析计算结果见表4.表3路面结构计算参数结构层厚度/cm泊松比模量/MPa上面层40.352599中面层60.352507卜回层60.351706冷再生上基层120.353133基层220.26035底基层330.35315路基/0.445表4有限元分析计算结果原路面结构冷再生路面结构路基顶面最大压应义

12、/"£基层最大拉应义/林£面层最大剪应力/MPa路基顶面最大压应义/"£基层最大拉应义/£冷再生上基层最大拉应义/£面层最大剪应力/MPa157440.21712526270.227分析表4的结果可知：(1)冷再生路面结构的路基顶面最大压应变为125仙比原路面结构的小32小企根据长寿命沥青路面的设计理念,路基顶面最大压应变越小越好,为了使沥青面层不出现源于层底的疲劳开裂和结构性车辙,应限制路基顶面最大压应变小于280小£参照此理论,冷再生路面结构优于原路面结构.(2)冷再生路面结构的水泥稳定碎石半刚性基层最大拉应变

13、为26仙是原路面结构的61.4%,根据水泥处治材料的疲劳方程(常用)£t/eb=lgNf,冷再生路面结构半刚性基层疲劳寿命将是原路面结构半刚性基层疲劳寿命的1000倍以上,也就解决了原路面结构半刚性基层的疲劳开裂问题.(3)冷再生上基层的最大拉应变为27小小于冷再生沥青混合料的疲劳极限应变,说明冷再生上基层不会出现疲劳开裂.(4)虽然冷再生路面结构的面层最大剪应力为0.227MPa比原路面结构的大了0.01MPa,但是根据沥青混合料抗剪强度的检测方法,测定的冷再生路面结构上、中、下面层芯样的抗剪强度分别为1.032MPa1.116MPa、0.533MPa,都远大于0.227MPa.由

14、应用最广泛的车辙预估方法可知,该冷再生路面结构的面层具有较好高温稳定性能和抗车辙性能.路面结构的有限元分析说明,沥青混合料冷再生上基层弥补了原水泥稳定碎石基层的裂缝、模量过大等缺陷,实现了对原半刚性基层的柔性化转换,满足了长寿命沥青路面设计理念的要求,有效治理了我国上世纪九十年代大量建设的强基薄面的质量通病,提升了路面耐久性.三、工程生产工艺由铳刨机对所要再生的沥青混凝土路面全厚度一次铳刨得到冷再生沥青混合料材料RAPreclaimedasphaltpavement,为较好的限制冷再生沥青混合料的级配组成,将RAP筛分成010mm细和1030mm粗两种,并分开堆放.根据?公路沥青路面再生技术标

15、准?和?美国沥青再生指南?的级配范围,确定的粗、细RAP及矿粉由于RAP中粒径小于0.075mm的颗粒含量很少,需外掺少量的矿粉的掺配质量比为,粗RAP细RAP矿粉=43:57:2.4,具体的级配见表5o根据?公路沥青路面再生技术标准?和?美国沥青再生指南?的乳化沥青冷再生混合料的设计方法,确定的乳化沥青含有60%的重交通70号沥青用量、水泥用量、拌合用水量分别为：2.5%1.5%、3.5%配合比试马结果见表6.表5添加矿粉的RAP级配级配类型通过卜列筛孔方孔/mm的质量百分率/%31.526.513.24.752.360.30.075RAP和矿粉10099.070.941.824.64.22

16、.3级配范围1009060802560154532017100表6冷再生混合料配合比试验结果技本指标单位试验结果技术要求空隙率%10.791240c马歇尔稳定度kN20.6>515c劈裂强度MPa0.66>0.3冻融劈裂强度比%72.1>7020c疲劳极限应变"£4080/20c抗压回弹模量MPa1146.3/根据冷再生混合料配合比试验的数据,使用国产水泥稳定粒料拌合机根据配合比设计的比例进行再生拌合,由于对粒料进行了二次筛分,分成二档粒料进行拌和,保证了再生混合料的级配稳定,保证了混合料的质量.采用国产水稳拌合机进行胶结材料计量称重系统改造,以满足胶结材

17、料称重精度要求,并在水稳拌合机上添加乳化沥青称重喷洒系统.经过设备技术改造后,完全能满足沥青混合料厂拌冷再生的拌合要求,与进口设备相比,节省大量设备投资.拌合后的混合料用翻斗运输车拉至施工现场进行摊铺、碾压成型,在再生上基层上摊铺新的沥青混凝土面层.四、工程保证举措做好前期调查,保证设计质量：RAP中的沥青老化程度必须增强检测,以保证再生混合料的质量.提升设备精度,保证拌合质量：再生混合料中掺加的水泥、乳化沥青的胶结材料用量相比照拟少,拌合设备的计量系统应准确.改良施工工艺,保证施工质量：施工拌合好的再生沥青混合料应在规定的水泥凝结时间内进行摊铺,并完成碾压.厂拌冷再生沥青混合料由于是冷拌合,

18、在摊铺碾压中要注意碾压工艺,保证再生混合料的压实.五、工程成效一社会效益1988年沪嘉高速公路建成通车以后,我国的公路建设进入了以高速公路为主的新时代,随着使用时间的增加,1999年前建成通车的1.1万公里高速公路,已接近或到达了设计寿命期,有些路面的破损已相当严重,必须进行大修,高速公路大修需要大量的资源和能源,同时还会排放污染物.将再生技术用于高速公路大修,既可以实现路用材料和资源的可持续利用、降低维修本钱,又可以在尽量减少废弃材料的环境污染和处理费用的前提下,全面恢复或提升原路面的路用性能,实现高速公路社会效益、经济效益与环保效益的和谐统一.二经济效益分析与常用作柔性基层的热拌沥青碎石A

19、TB-25混合料相比表7,冷再生沥青混合料的冷再生沥青混合料的经济效益非常显著.并且,通过这种再生施工,可以节省由于处理废弃混合料而产生的巨额运输和处置费用,降低工程本钱.表7冷再生沥青混合料和ATB-25沥青混合料的价格混合料类型出厂价格冷再生沥青混合料390元/m3ATB-25,结合料为重交通50号沥青681元/m3ATB-25,结合料为重交通70号沥青667元/m3与ATB-25常被用于柔性基层混合料相比,冷再生沥青混合料在以下三个方面节约了能源和资源见表8:沥青,冷再生沥青混合料需添加1.5%的沥青乳化沥青含量2.5%,乳化沥青中沥青的含量为60%,而ATB-25混合料的沥青含量最少也要3%;节约加热能源,冷再生沥青混合料拌和时不需要加热,而生产一吨热拌沥青混合料通常需要的加热能源是8升柴油；降低用电量,RAP是已损坏的沥青路面经铳刨带有破碎过程后产生的,根本都可以直接筛分拌和使用,而新的碎石材料必须破碎后才可以拌和使用.表8冷再生沥青混合料的节能效果沥青吨柴油升破碎碎石用电度1吨冷再