高速公路乳化瀝青廠拌冷再生基層配比設(shè)計(jì)及施工工藝研究_圖文

1、高速公路乳化瀝青廠拌冷再生基層配比設(shè)計(jì)與施工摘要:借鑒國(guó)內(nèi)外瀝青路面冷再生技術(shù)方面的經(jīng)驗(yàn), 對(duì)摻加水泥的乳化瀝青冷再生混合料進(jìn) 行配合比設(shè)計(jì)及路用性能評(píng)價(jià), 在最佳乳化瀝青和水泥用量下進(jìn)行乳化瀝青冷再生混 合料性能試驗(yàn), 分析了乳化瀝青廠拌冷再生技術(shù)的施工工藝及質(zhì)量控制, 并將再生的 混合料應(yīng)用于高速公路瀝青路面上基層,實(shí)踐表明其滿足相應(yīng)的路用性能要求。 關(guān)鍵詞:道路工程 乳化瀝青 冷再生 配合比 施工工藝0概述目前我國(guó)的公路建設(shè)飛速發(fā)展,每年投資規(guī)模已經(jīng)超過 2000億元。據(jù)統(tǒng)計(jì),截至 2008年底,我國(guó)公路通車總里程達(dá) 368萬(wàn)公里,其中高速公路 6.03萬(wàn)公里。但是,我國(guó)于 20世 紀(jì)

2、90年代陸續(xù)建成的高速公路大部分已進(jìn)入維修期, 大量翻挖、 銑刨的瀝青混合料被廢棄, 既污染環(huán)境, 又浪費(fèi)資源。 采用再生技術(shù), 加大可再生能源的開發(fā), 使得舊路面的材料得到 重新利用, 對(duì)降低建設(shè)成本、 合理利用資源、 保護(hù)生態(tài)環(huán)境以及促進(jìn)我國(guó)公路建設(shè)都有著極 其重大的意義,也是一項(xiàng)符合可持續(xù)發(fā)展規(guī)律的有效措施。九景 (九江景德鎮(zhèn) 高速公路為國(guó)家高速公路網(wǎng)杭瑞高速(杭州-云南瑞麗在江西省 的一段, 起點(diǎn)九江, 終點(diǎn)景德鎮(zhèn), 全長(zhǎng) 134.712公里, 該項(xiàng)目于 1997年 4月開工建設(shè), 2000年 12月建成通車,總投資 30.2億元,到目前為止使用年限已達(dá) 8年。近年來隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì) 文化

3、的發(fā)展, 交通量特別是重型和超重型車輛的增加, 全路段各種公路病害發(fā)育, 出現(xiàn)程度 不等的病害(如裂縫、翻漿、沉陷等病害 , PCI 數(shù)值基本在 60-70之間,原有路面結(jié)構(gòu)已 經(jīng)無法滿足日益增長(zhǎng)交通量的需求。 2008年 7月江西省交通廳決定對(duì)九景高速公路瀝青路 面進(jìn)行大修技術(shù)改造施工,并在 K126+480K132+560處鋪筑雙幅 6.08公里的試驗(yàn)路。試 驗(yàn)路施工于 2008年 8月 8日開始, 2008年 11月 17日結(jié)束, 2009年進(jìn)行了全線技術(shù)改造。 為了貫徹可持續(xù)發(fā)展和建設(shè)節(jié)約型社會(huì)戰(zhàn)略, 充分利用九景高速公路舊瀝青路面材料, 節(jié)約 資源、 保護(hù)環(huán)境、 減少投資。 經(jīng)過比較

4、研究, 試驗(yàn)路主要采用了乳化瀝青并摻加少量水泥的 廠拌冷再生新技術(shù)對(duì)原有瀝青路面進(jìn)行技術(shù)改造, 其最大特點(diǎn)是能夠保證再生混合料的生產(chǎn) 質(zhì)量,混合料級(jí)配、水泥用量以及拌和均勻程度等均可由再生拌和設(shè)備自行控制。1 原路面狀況及冷再生基層瀝青路面結(jié)構(gòu)方案1.1 原路面狀況九景高速公路原瀝青路面結(jié)構(gòu)為:12cm 瀝青混合料結(jié)構(gòu)層 +20cm水泥穩(wěn)定碎石 +30cm級(jí)配碎石, 這種路面結(jié)構(gòu)由于瀝青面層較薄, 在車輛荷載的作用下, 水泥穩(wěn)定基層這個(gè)承重 層首先發(fā)生了損壞, 使路面的損壞成為結(jié)構(gòu)性破壞, 無法通過瀝青面層的簡(jiǎn)單維修得到解決。 經(jīng)過近八年的運(yùn)營(yíng),目前路面承載能力急劇下降,路面強(qiáng)度偏低、平整度較

5、差,各種裂縫、 翻漿、 車轍、 水損害等常見的路面損害形式均有不同程度的體現(xiàn),路面破損面積較大, 水泥 穩(wěn)定碎石基層已出現(xiàn)嚴(yán)重結(jié)構(gòu)性破壞。通過對(duì)原路面進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn),原瀝青路面在行、超車道普遍存在水損壞、翻漿、車轍、 松散及嚴(yán)重的縱橫裂縫以及修補(bǔ)不良等病害現(xiàn)象,見附圖 1、圖 21 2 圖 1瀝青路面水損壞、冒漿 圖 2瀝青路面水損壞、坑槽 1.2冷再生基層瀝青路面結(jié)構(gòu)方案技術(shù)改造后的路面結(jié)構(gòu)形式為:30cm 級(jí)配碎石 +20cm水泥穩(wěn)定碎石 +12cm再生瀝青混合 料 +8cmAC-25+6cmAC-20+4cmAC-13。 處治方案為:銑刨掉舊油面層; 處理已破壞的原有水 泥穩(wěn)定碎石基層;在

6、處理完的基層上再鋪 12cm 的再生瀝青混合料上基層;然后再鋪三層共 18cm 的瀝青混凝土面層。 2乳化瀝青冷再生施工配比設(shè)計(jì) 2.1級(jí)配組成設(shè)計(jì)國(guó)外瀝青穩(wěn)定基層的級(jí)配范圍較寬。 根據(jù)國(guó)外經(jīng)驗(yàn), 乳化瀝青穩(wěn)定基層材料不宜采用碎 石級(jí)配,而應(yīng)采用連續(xù)級(jí)配,以保證足夠的細(xì)料數(shù)量來增加粘結(jié)力。在國(guó)內(nèi)的技術(shù)手冊(cè)中, 對(duì)于熱拌和冷拌的級(jí)配要求其實(shí)相差不大。 因?yàn)槿榛癁r青中的瀝青與普通熱瀝青實(shí)質(zhì)上是同 一種材料,最終將得到相同的粘結(jié)效果,只不過乳化瀝青有一個(gè)粘附、脫水與蒸干的過程。 因此, 它的材料組成及技術(shù)要求與普通瀝青混合料基本相同。 綜合考慮國(guó)內(nèi)外關(guān)于冷再生和 瀝青穩(wěn)定基層的級(jí)配范圍,并參考公路瀝

7、青路面冷再生技術(shù)規(guī)范 JTG F41-2008中的級(jí) 配范圍,設(shè)定適合本地區(qū)的工程設(shè)計(jì)級(jí)配范圍如表 1。表 1乳化瀝青冷再生基層級(jí)配表 已經(jīng)遭到破壞, 為了更好的提高再生混合料的性能, 需要摻加的新的骨料來對(duì)舊瀝青混合料 級(jí)配進(jìn)行調(diào)整, 以便于更好的適應(yīng)新的交通量要求和提高新的道路力學(xué)和路用性能。 本項(xiàng)目 采用門山頂產(chǎn)碎石,規(guī)格為 1122mm ,測(cè)得其壓碎值為 19.9%,針片狀顆粒含量為 3.6%。 同時(shí), 為了提高冷再生混合料的早期強(qiáng)度及路用性能, 在舊瀝青混合料冷再生過程中添加了 一定量的普通硅酸鹽水泥。經(jīng)過設(shè)計(jì),各種材料的摻配比例為:RAP (1030mm :RAP (010mm :

8、新礦料:礦粉:水泥 =50:30:16:2:2。 乳化瀝青冷再生混合料級(jí)配組成曲線見圖 3所示,以干篩合成級(jí)配作為設(shè)計(jì)級(jí)配,抽 提合成級(jí)配作為參考。 2.2乳化瀝青冷再生配比設(shè)計(jì)目前全球范圍內(nèi)還沒有得到普遍認(rèn)可的冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)方法。 冷再生混合料的 成型方法對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的影響顯著。我國(guó)已有的冷再生工程中有采用馬歇爾擊實(shí)成型試樣的, 也有采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型的, 所得馬歇爾穩(wěn)定度相差一倍甚至更高, 而工程實(shí)際的壓實(shí)功更加 接近旋轉(zhuǎn)壓實(shí)的情況。 所以規(guī)范鼓勵(lì)采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)方法進(jìn)行混合料設(shè)計(jì)。 本項(xiàng)目就采用了旋 轉(zhuǎn)壓實(shí)方法進(jìn)行了乳化瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)。1 、確定最佳含水量采用上述圖 3中的混

9、合料設(shè)計(jì)級(jí)配, 固定乳化瀝青用量為 3.0%, 變化拌和用水量采用 土工擊實(shí)法成型冷再生試件,確定最大干密度為 2.248g/cm3時(shí)對(duì)應(yīng)的最佳含水量為 3.7%。 2 、確定最佳油石比采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀成型試件,控制總含水量為(3.7±0.3%,試模直徑為 150mm ,壓實(shí) 儀轉(zhuǎn)角 1.25°,壓頭壓力為 600kpa ,旋轉(zhuǎn) 50次后放入 60 鼓風(fēng)干燥箱中 6h 再旋轉(zhuǎn) 25次后 立即脫模, 放入 60 鼓風(fēng)干燥箱中養(yǎng)生 48h 。 養(yǎng)生結(jié)束后待試件冷卻至室溫后進(jìn)行劈裂強(qiáng)度、 浸水劈裂強(qiáng)度等指標(biāo)的測(cè)試,其各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見表 2。表 2 各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果 34 從上述檢

10、測(cè)結(jié)果可知,對(duì)應(yīng)劈裂強(qiáng)度最大時(shí)的油石比為 3.0%,對(duì)應(yīng)浸水劈裂強(qiáng)度最大 時(shí)的油石比為 3.0 %, 取油石比 3.0%作為設(shè)計(jì)油石比。 在設(shè)計(jì)油石比下測(cè)得成型后試件濕密 度為 2.256 g/cm3。2.3乳化瀝青冷再生混合料性能檢驗(yàn)1 、高溫穩(wěn)定性檢驗(yàn)按目標(biāo)配合比設(shè)計(jì),采用 5cm 高車轍試模成型車轍試件檢測(cè)動(dòng)穩(wěn)定度,結(jié)果符合規(guī)定 要求。檢測(cè)結(jié)果見表 3。表 3 車轍試驗(yàn)結(jié)果采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀成型試件, 旋轉(zhuǎn) 50次后 60 養(yǎng)生 6h , 取出冷卻后做劈裂試驗(yàn)和浸水劈 裂試驗(yàn),進(jìn)行初期強(qiáng)度檢驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表 4。表 4 劈裂試驗(yàn)結(jié)果因此, 經(jīng)設(shè)計(jì)后, 九景高速公路乳化瀝青冷再生上基層采用的目

11、標(biāo)配合比為 RAP (1030mm :RAP (010mm :新礦料(1122mm :礦粉:水泥=50:30:16:2:2,外摻乳化瀝 青為 3.0%,外摻用水量為 2.5%。3、乳化瀝青廠拌冷再生施工工藝及質(zhì)量控制53. 1 施工工藝九景高速公路技改試驗(yàn)段乳化瀝青冷再生拌和廠采用的拌和設(shè)備是 300T 間隙式拌和 樓,具有破碎、篩分、電子計(jì)量功能以及水、水泥和乳化瀝青添加功能;工作性能穩(wěn)定、結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單且方便拆裝;具有很強(qiáng)的實(shí)用性。通過精心調(diào)試,確定其拌和能力為 180t/h-300t/h之間,最佳拌和速度為 250t/h。采用經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證的生產(chǎn)配合比進(jìn)行拌和生產(chǎn)。確定的生產(chǎn)配 合比為 9.5-

12、31.5:0-9.5:新料 =50:30:16;水泥、礦粉劑量上基層為 2.0%;瀝青用量為 2.7%; 7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度 4.0MPa 。圖 6 乳化瀝青混合料廠拌冷再生生產(chǎn)情況拌和時(shí)注意控制冷再生混合料的拌和時(shí)間, 若過度拌和, 則粗集料表面的乳化瀝青容易 剝落, 而且可能導(dǎo)致乳化瀝青提前破乳, 使混合料勁度過大; 而拌和不充分則可導(dǎo)致集料不 能充分地被乳化瀝青裹覆。 混合料拌和時(shí)乳化瀝青可能不完全均勻地裹覆集料, 但沒有必要 延長(zhǎng)拌和時(shí)間來提高集料的裹覆程度, 因?yàn)樵诨旌狭系臄備仭?碾壓過程中, 瀝青可進(jìn)一步地 裹覆集料。 集料進(jìn)入拌缸后加入水泥和礦粉, 最后加乳化瀝青和水進(jìn)行拌和,

13、拌和時(shí)間采用 由試拌確定,干拌 5S ,濕拌 30S ,拌和周期約 50S ?；旌狭贤庥^質(zhì)量以混合料均勻一致,所 有礦料顆粒全部均勻分布、 顆粒全部裹覆瀝青, 混合料無花白料,無結(jié)團(tuán)城塊為度。 清晨和 傍晚拌和用水量取低限,在中午氣溫較高時(shí)拌和用水量取高限。傳統(tǒng)的攤鋪機(jī)即可攤鋪廠拌冷再生混合料, 混合料中適度的水份可防止熨平板下的混合 料發(fā)生“撕裂” 、 “脫空”等現(xiàn)象。乳化瀝青混合料的松鋪系數(shù)一般為 1.11.4,在試驗(yàn)路鋪 筑過程中采用松鋪系數(shù)為 1.2。若需要多層鋪筑,則在鋪上一層前需養(yǎng)生一段時(shí)間(好的養(yǎng) 生條件下 25天 。雨天不能攤鋪,若氣溫低于 10,也應(yīng)停止攤鋪。九景高速試驗(yàn)路乳

14、化瀝青冷再生基層采用傳統(tǒng)熱拌瀝青混合料的攤鋪機(jī)械和工藝。 這與 傳統(tǒng)攤鋪稍有不同之處在于, 攤鋪冷再生瀝青混合料時(shí)攤鋪機(jī)熨平板不必預(yù)熱, 以防止混合 料中水分散失過快而影響混合料的和易性。 試驗(yàn)段乳化瀝青冷再生基層的施工過程中, 攤鋪 速度一般控制在 1.5m/s, 混合料的壓實(shí)是保證乳化瀝青冷再生層質(zhì)量的重要環(huán)節(jié), 選擇合理 的壓路機(jī)組合方式和碾壓步驟至關(guān)重要。 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn), 經(jīng)多次生產(chǎn)實(shí)踐比較, 得出按以下 壓實(shí)工藝時(shí)碾壓效果較好。廠拌冷再生混合料的壓實(shí)可用鋼輪壓路機(jī)和輪胎壓路機(jī)。 以乳化瀝青為再生劑的冷再生 混合料的碾壓要在乳化瀝青開始破乳時(shí) (乳化瀝青的顏色由褐色變?yōu)楹谏?進(jìn)行。 初

15、壓可用 鋼輪壓路機(jī),也可用膠輪壓路機(jī)。初壓可采取鋼輪壓路機(jī)(11噸左右靜壓 12遍,然后 用高頻低幅的方式振動(dòng)碾壓 12遍。復(fù)壓用大噸位(23噸或更高的輪胎壓路機(jī)碾壓,碾 壓次數(shù)通常由混合料性能、 壓實(shí)厚度、 壓路機(jī)類型及環(huán)境狀況等決定, 一般需要 46遍。 終 壓采用鋼輪壓路機(jī)碾壓, 以消除輪跡。 壓路機(jī)碾壓時(shí)可噴少量的水霧, 以防止壓路機(jī)輪粘結(jié) 冷再生料。 廠拌冷再生混合料常是 “篷松” 狀, 因此需要增大松鋪厚度以保證壓實(shí)厚度滿足要求?；旌狭现械暮繉?duì)壓實(shí)至關(guān)重要，合適的水份含量可潤(rùn)滑集料，有助于壓實(shí)。但過 多的水份會(huì)導(dǎo)致混合料密度低， 且會(huì)長(zhǎng)時(shí)間滯留在結(jié)構(gòu)層中， 使攤鋪后混合料的養(yǎng)生

16、期延長(zhǎng)。 為了保證壓實(shí)度和平整度，初壓應(yīng)在混合料不產(chǎn)生推移、粘輪等情況下盡量在攤鋪后進(jìn)行。 同時(shí)生產(chǎn)過程要保證現(xiàn)場(chǎng)混合料能夠在最佳流體含量時(shí)進(jìn)行碾壓。 攤鋪、 碾壓完成達(dá)到密實(shí)度要求后， 應(yīng)封閉交通灑水養(yǎng)生， 保持表面濕潤(rùn)， 一般情況下， 養(yǎng)生期不少于 3 天。養(yǎng)生方法按規(guī)范要求進(jìn)行，可噴灑乳化瀝青封閉養(yǎng)生。以冷再生瀝青混 合料中總含水量小于 2%或可以用鉆孔取芯機(jī)取出完整的冷再生瀝青混合料上基層芯樣作為 結(jié)束養(yǎng)生工作的最終評(píng)判指標(biāo)。 鋪筑好的冷再生瀝青混合料上基層應(yīng)嚴(yán)格控制交通， 做好保 護(hù)，保持整潔，不得造成污染，養(yǎng)生期頭 24h，禁止一切車輛行駛。24h 后，可視情況允許 施工用 2T

17、以下小型車輛均速慢行通過，但不得急剎車、原地掉頭。 3.2 檢測(cè)結(jié)果 經(jīng)檢測(cè)， 九景高速技改工程試驗(yàn)路乳化瀝青冷再生混合料上基層壓實(shí)后的壓實(shí)度全部在 98以上，基層壓實(shí)較好。 用 5.4 米彎沉儀對(duì)冷再生混合料基層檢測(cè)的代表彎沉值（0.01mm）為 64.9（北線 K130+680 K132+480 ） 。而 洗 刨 后基 層 （北 線 K131+740 K132+520 ） 的代 表 彎 沉值 （0.01mm）為 159.1 7 天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為 4.36MPa。 4 結(jié)論 九景高速公路瀝青路面技術(shù)改造工程試驗(yàn)路將舊瀝青路面混合料采用廠拌冷再生技術(shù)進(jìn) 行高速公路上基層施工，實(shí)踐結(jié)果表明：瀝

18、青路面廠拌冷再生技術(shù)，無論從經(jīng)濟(jì)效益方面， 還是從施工質(zhì)量、環(huán)保方面，都具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，它不僅節(jié)約資金成本、降低成本費(fèi)、節(jié)省 運(yùn)輸費(fèi)，改善施工條件、施工進(jìn)度快，而且施工質(zhì)量高，特別是能夠充分利用廢棄的舊路資 源，從而大大減少了環(huán)境污染，有利于環(huán)境保護(hù)。因此，非常適合于目前我國(guó)高速公路舊瀝 青路面的大修改建工程施工，以達(dá)到公路建設(shè)節(jié)能減排的效果。 參考文獻(xiàn)： 1 王麗， 魏連雨， 劉奎穎.冷再生混合料力學(xué)性能試驗(yàn)研究J， 河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2003 2 張登良.瀝青與瀝青混合料M.北京：人民交通出版社，1993 3 李國(guó)強(qiáng).水泥乳化瀝青復(fù)合路面材料的研究J.硅酸鹽學(xué)報(bào)，1998 4 黃曉明，趙永利，江臣.瀝青路面再生利用試驗(yàn)分析J.巖土工程學(xué)報(bào)，2001 5 深圳海川工程科技有限公司譯. 美國(guó)瀝青再生指南M.北京： 人民交通出版社， 2006. 6 Cold-in-place Asphalt Cement Concrete Recycling.Iowa Department of Transportation, Oc