泡沫沥青冷再生基层配合比设计

泡沫沥青冷再生基层配合比设计我国公路建设经过十多年的高速发展，到2007年“五纵七横公路主干网贯通”，十年前通车的公路将陆续进行大修或改扩建，废旧路面材料的数量巨大，合理处置面临严峻的环境保护压力，借鉴国外成功经验，国内公路研究机构和各省市区从世纪之初就陆续开展了公路面层、基层废旧材料的再生利用研究工作，许多地方近年来先后进行了冷再生混合料试铺试验段工作，我们去年参加了陕西西～潼高速公路大修工程，工程中引进德国维特根公司泡沫冷再生技术，经西安公路研究院消化吸收，在陕西省高速公路大修工程中于2006年开始推广应用。我标段大修路段单幅80km，主要工程量为沥青混合料面层、基层的功能修复，设计面层铣刨6cm或15cm，实际铣刨9cm～15cm不等，产生废旧沥青混合料超过4万方，实际利用3.5万方，利用率达到80%。修筑的泡沫沥青混合料基层具有良好的承载力和抗拉能力。泡沫沥青冷再生技术提供了一条高效环保处理公路大修建设废料的途径。本文结合高速公路大修工程论述泡沫沥青冷再生混合料配比设计和问题解决方法，供同行参考。1原材料1．1泡沫沥青普通沥青可用于制备泡沫沥青，所用沥青的质量应符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2000）表中对应的技术要求，泡沫沥青的发泡效果要求：膨胀率>10倍，半衰期>8秒；达不到要求的沥青须更换。本项目采用中海90#沥青，沥青进行了各项技术指标的检验，结果见表1，符合A级道路石油沥青的各项技术要求。表1中海90#沥青技术指标指标单位测值技术要求试验方法针入度(25℃℃、100g、5s)0.1mm9180-100T0604软化点℃48.5≥45T0606延度(15℃、5ccm/miin)Cm＞150≥100T0605含蜡量%1.87＜2.2T0615闪点℃314≥245T0611溶解度%99.6≥99.5T0607密度(15℃)g/cm31.009实测T06031.2泡沫沥青的发泡试验设计1.2.1沥青发泡温度通常选择160℃、170℃；发泡用加水量为4个，通常为沥青的1.5%、2%、2.5%、3%、4%。1.2.2将试验机中泵送循环的沥青加热至需要的温度，并在开始试验前至少维持5分钟；设置计时器，控制沥青的喷射流量，使每次沥青的喷射量在500g；设定流量控制计，添加规定加水量。1.2.3将泡沫沥青喷射至钢筒内（钢筒直径275mm），使用钢尺迅速测量筒内的最大沥青高度，计算发泡初始体积，并开始计时；测量泡沫沥青衰落到1/2高度时经过的时间，即为该泡沫沥青的半衰期。1.2.4每种加水量和温度下发泡试验重复三次，取平均数做最大体积和半衰期记录。1.2.5以含水量为横座标，膨胀率和半衰期为左右纵坐标，见图表2，根据试验数据，确定最佳发泡温度为160℃，发泡用水量2%。表2中海90#沥青发泡特性试验结果发泡用水量发泡温度160170膨胀率半衰期膨胀率半衰期1.51337.41624.82233118.517.62.525.520.321.513.3326.512.6277.25430.59.1297.11.3旧沥青路面铣刨料（RAP）级配本项目原路面的沥青面层结构为三层4cm、5cm、6cm总厚度15cm，因此铣刨料为原路面上、中、下三层沥青面层的混合物。使用维特根W2000型铣刨机对原路面进行铣刨，铣刨旧料由运输车送至拌合场集中堆放，在其中取有代表性的样品，进行筛分（干筛），其筛分结果与施工规范建议比较见表3和图1所示：旧路面铣刨料（RAP）级配曲线表3筛孔(mm)旧路面铣刨料（RAP）/%级配范围123均值上限下限37.510010010010010010031.598.098.598.598.31008826.594.795.895.895.5100761984.786.086.085.693691673.775.875.875.1906613.265.869.069.067.987639.548.453.553.551.879554.7523.028.528.526.768452.3610.815.215.313.857351.186.19.29.28.247260.63.45.45.54.839190.32.23.83.93.330120.151.52.42.42.12580.0750.80.80.90.8205泡沫再生混合料合成级配图1该铣刨料曲线，细料偏少超出了泡沫沥青稳定材料级配区间，必须在铣刨料中掺加部分新料以改进混合料级配，本项目采用掺加石屑调整铣刨料的级配，另掺少量的水泥改善集料的粘附性。1.4石屑掺入较少量的新材料调整再生料的级配可以增加铣刨料的用量，石屑中细集料多，级配符合要求，含有较多的粉料吸收沥青，掺加石屑调整再生料的合成级配，石屑的筛分结果如下：石屑颗粒级配表4筛孔（mm）9.54.752.361.180.60.30.150.075通过质量百分率率%10097.272.158.343.833.825.015.51.5水泥本项目采用一般32.5水泥，细度、安定性、强度符合国家有关标准要求。2泡沫沥青混合料2.1级配要求对于以泡沫沥青作为稳定剂的再生混合料，稳定材料的级配有一定要求。根据现有的研究成果，一般待稳定的材料应尽量满足表3和图1中所示地级配范围要求。如铣刨旧料地级配组成(特别是细料部分)与该级配范围相差较大，则必须在铣刨料掺加部分新料以改善混合集料的组成。本项目加入部分石屑以调整合成级配。利用铣刨料、石屑、水泥和泡沫沥青进行冷再生混合料的生产，颗粒公称最大粒径不超过31.5mm，利用计算机进行级配合成，颗粒组成如下表，基本满足设计级配范围，对于再生混合料在满足混合料强度要求的前提下允许在个别筛孔偏离级配范围。合成混合料的比例确定为：铣刨旧混合料（RAP）：石屑：水泥=75%：23%：2%。合成级配表表5筛孔/mm原材料级配组成成（%）合成级配（%）泡沫沥青稳定材材料级配范范围（%）旧沥青路面铣刨刨料石屑水泥上限下限37.5100.00100100100.010010031.598.3010010098.71008826.595.4610010096.6100761985.5910010089.293691675.0610010081.3906613.267.9310010075.987639.551.7710010063.879554.7526.6597.210044.368452.3613.7772.110028.957351.188.1658.310021.547260.64.7743.810015.739190.33.2933.810012.230120.152.0825.11009.32580.0750.8315.5956.1205采用比例75.00232泡沫再生混合料合成级配图22.2最佳含水量和最大干密度将风干的旧沥青路面铣刨料、干燥石屑、水泥按拟定的比例混合，通过重型击实试验确定再生混合料的最佳含水量和最大干密度，试验结果见表和图所示。表6泡沫沥青再生混合料重型击实试验结果含水量(%)干密度(g/ccm3)最佳含水量(%%)最大干密度(gg/cm33)4.892.065.82.155.272.146.042.137.82.028.842.002.3最佳泡沫沥青用量的确定按合成级配中旧沥青路面铣刨料、石屑、水泥的掺加比例，将各部分混合均匀，再根据重型击实试验确定的最佳含水量的70%对应的水量，加入到混合料中进行拌和，然后分别加入泡沫沥青用量：1.5%、2.0%、2.5%、3.0%拌和均匀。拌好的混合料以马歇尔法双面各击75次成型试件，在室温下放置24h后，放入40℃通风的烘箱中养生72h。养生后的马歇尔试件分为干湿两组，一组直接浸泡于25℃水浴中24h后进行间接拉伸试验(ITSs),由两组试件另一组放入25烘箱中保温1--2h后进行间接拉伸试验(ITSg),由两组试件试验结果可得到残留劈裂强度比(TSR)。根据各沥青用量下的干、湿劈裂强度以及残留强度比综合确定最佳泡沫沥青用量。表7和图3--图5给出了合成级配在不同泡沫沥青用量下的劈裂强度试验结果。表7不同泡沫沥青用量下合成级配的劈裂强度试验结果泡沫沥青用量//%干劈裂强度/KKpa湿劈裂强度/KKpa残留强度比/%%1.535329683.7241434082.22.537531383.6333630089.4由表7和图3--图5的试验结果可知，再生混合料在2.0%和2.5%的泡沫沥青用量下均可满足技术标准的要求，且2.0%泡沫沥青用量下混合料的干、湿劈裂强度均最高。因此，设计级配最佳泡沫沥青用量为2.0%。考虑到实际施工中存在的各种变异性因素，最佳泡沫沥青用量可在室内确定的最佳沥青用量的基础上增加0.1--0.3%干劈裂强度——泡沫沥青用量图3湿劈裂强度——泡沫沥青用量图4残留强度——泡沫沥青用量图52.4室内配合比确定为：泡沫沥青发泡温度为160℃铣刨料：石屑：水泥：水：泡沫沥青＝75：23：2：5.8：2其中水、泡沫沥青以外掺计。3.施工配合比的调整和要求3.1级配调整。注意控制级配和含水量。由于旧沥青路面铣刨料的组成存在一定的变异性，施工中应保证铣刨料的级配抽查频率，生产根据试验结果及时调整矿料比例。3.2确定拌和前的含水量。现场原材料除水泥外均存在一定的含水量，需通过工地试验室进行试验验证和修正。本项目拌和站经取样试验，存放的铣刨料含水量在1%～3%之间；石屑若露天存放也有3%～7%以上的含水率，施工中必须提前测定原材料的含水量，若原材料中折算已高于混合料拌和需水量时，应采取降水措施，如对原材料仓进行排水、拌和过程中不加水、适当增加水泥用量等措施，避免冷再生混合料含水量过高，碾压后造成疲软翻浆现象而返工。一般生产中建议：石屑料仓应覆盖保存，铣刨料堆放场地做好防排水设施。3.3养生初期和养生结束时混合料性能(尤其是水稳定性)试验。施工完毕须及时进行压实度检测，设