瀝青混合料廠拌冷再生技術的應用

1、第二批節(jié)能減排示范工程推廣材料之十一一一瀝青混合料廠拌冷再生技術在昌九高速公路技術改造工程中的應用工程實施單位江西贛粵高速公路股份綜合點評目前,傳統(tǒng)的基于強基薄面設計理念的半剛性基層瀝青路面是我國高速公路路面的主要結(jié)構(gòu)形式,這種路面雖然減少了初期投資,但是由此也帶來了早期損壞嚴重的弊端.因此,隨著使用年限的增加,全國有越來越多的高速公路面臨大修或改建工程,一方面需要大量的新基層和面層材料,另一方面還有因翻新而廢棄的渣料需要環(huán)保處理,公路運營養(yǎng)護面臨重大技術難題.江西贛粵高速公路股份經(jīng)營治理江西省的高速公路達558公里,且均系國家及省內(nèi)高速公路網(wǎng)絡的重要組成局部.該公司結(jié)合昌九高速公路技術改造工

2、程,使用經(jīng)過自主改造的國產(chǎn)水泥穩(wěn)定拌合設備,利用廠拌冷再生技術實現(xiàn)了對原半剛性基層的柔性化轉(zhuǎn)換,將廠拌冷再生層作為高速公路的上基層,實踐了長壽命瀝青路面的設計理念,經(jīng)過2年多的特重交通考驗證實,不但使用效果良好,而且還表現(xiàn)出優(yōu)異的環(huán)保性能.廠拌冷再生瀝青混合料與傳統(tǒng)的熱拌瀝青碎石ATB-25混合料相比,在不影響路面使用性能的前提下,可節(jié)省50%以上加熱能源,減少的CC2排放量也大于50%0昌九高速公路利用廠拌冷再生技術進行技改的路段90公里,與熱拌瀝青碎石ATB-25混合料相比可節(jié)省瀝青7845噸、柴油418.4萬升、電59.622萬度,CQ排放減少4707噸.止匕外,還減少了路面翻修過程中廢

3、棄渣料的排放,取得了明顯的節(jié)能減排效果.公司在廠拌冷再生上基層技術方面積累了豐富的經(jīng)驗,形成了一套行之有效的工法,可操作性強,經(jīng)濟效益和社會效益明顯,具有廣泛的推廣應用前景.瀝青混合料廠拌冷再生技術在昌九高速公路技術改造工程中的應用推廣材料第一交通部節(jié)能減排專家工作組一、概況昌九高速公路是江西省首條高速公路,是國家干線公路網(wǎng)規(guī)劃福銀福州至銀川高速公路在江西境內(nèi)的重要組成局部,雙向4車道,設計行車速度100km/h,全長約133.4km.一期1993年建成通車,二期1994年通車,三期1996年建成通車.實施技改時,已運營1013盡管養(yǎng)護本錢在逐年增加1998年為1252萬,2004年已達770

4、0萬,但是隨著經(jīng)濟開展,交通量增大見表1,路面損壞卻日益嚴重、性能每況愈下,主要病害是網(wǎng)裂水損害和車轍.現(xiàn)有的以挖補、罩面為主的養(yǎng)護方式,費用高且治標不治本,已難見成效.這一方面說明昌九高速公路原路面結(jié)構(gòu)已滿足不了日益增長的交通需求；另一方面,從使用年限看,昌九高速公路原路面結(jié)構(gòu)也已接近使用壽命,急需改建.表1昌九高速公路交通量調(diào)查年份一期蛟橋至十里鋪二期南端連接線二期北端連接線自然車輛輛/日累計軸載次數(shù)次自然車輛輛/日累計軸載次數(shù)次自然車輛輛/日累計軸載次數(shù)次1993526162384619946874143896192421095911199561392166919753819897621

5、996856931830261112933094328277981481199789954249648133074887368826519615401998997354322401080561686189839312824219991106067437281163575482898238410509920001418684258951569194089181404057699542001170691044992617826115227141519575717672002183901263060119216138013351636595123192003197301497017220628162

6、473901755211593624原設計累計軸載Ne=2204350次,原設計軸載遠遠不能夠滿足實際承受軸載的需要江西贛粵高速公路股份會同相關單位在進行了近3年的摸索和試驗后,決定對昌九高速公路實施大規(guī)模技術改造,進而全面提升效勞水平,取得了較為顯著的社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益.2005年11月至2006年2月,贛粵公司聯(lián)合同濟大學交通運輸工程學院編制完成了?昌九高速公路技術改造工程規(guī)劃方案?,并通過了國內(nèi)知名專家評審.結(jié)合路面彎沉和路面結(jié)構(gòu)層的損壞情況制定了2006年度方案實施的25公里長路段的技術改造實施方案,其中的15公里采用了瀝青混合料廠拌冷再生技術.2007年5月,江西省高管局組

7、織知名路面專家召開了?昌九高速公路瀝青混合料冷再生技術鑒定會?,鑒定意見認為,針對昌九高速公路技改工程中將產(chǎn)生大量瀝青混合料的現(xiàn)狀,從環(huán)境保護、節(jié)約資源、降低工程本錢的角度出發(fā),采用廠拌冷再生瀝青混合料作為補強路段的上基層,具有十分重要的現(xiàn)實意義.再生方案既有理論支撐,又有2005年2.3公里就地冷再生和2006年15公里廠拌冷再生試驗路的實踐驗證,論據(jù)充分,試驗和檢測數(shù)據(jù)詳實,各技術指標符合設計要求,說明瀝青混合料廠拌冷再生上基層在昌九高速公路技改工程的應用是可行的.鑒于廠拌冷再生基層方案設計方法、施工技術及工藝合理可行,經(jīng)濟效益和社會效益顯著,該項技術在昌九技改工程中得到了大面積推廣應用7

8、5公里,并于2007年國慶節(jié)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瀝青混合料冷再生上基層技術,其中K47K49.32公樁2.32公里就地冷再生路段已通車3年,K28K48公樁15公里廠拌冷再生路段已通車2年,這些路段每天累計承受自然車輛約2.2萬余輛,根據(jù)計重檢測結(jié)果,重車比例高達35%交通等級為特重交通,目前使用狀況良好.經(jīng)路面狀況調(diào)查,除車轍外表2,沒有發(fā)現(xiàn)裂縫和其它類型的損壞.根據(jù)現(xiàn)行?公路瀝青路面養(yǎng)護技術標準?的規(guī)定,車轍深度15mrp冷再生試驗路應以日常養(yǎng)護為主,不需要小修.二、工程原理由于受到半剛性基層的裂縫、模量過大等問題的影響,瀝青路面經(jīng)過數(shù)年的使用,就會發(fā)生

9、較嚴重的損壞,根本喪失了應有的性能,往往需要銃刨掉.在制定面層的維修方案時,為減小半剛性基層對面層的不利影響,可在原基層上加鋪一層模量較小的新基層柔性基層,昌九高速公路的技術改造工程就是基于這一思想進行的.昌九高速公路廠拌冷再生技術,是將要廢棄的瀝青路面,經(jīng)過銃刨、回收、破碎、篩分,用新集料礦粉、乳化瀝青、水泥、水適當配合,重新拌制,形成符合路用性能要求的再生瀝青混合料,鋪筑在基層之上形成上基層的整套技術.表2車轍調(diào)查結(jié)果冷再生類型通車時間車轍深度最大值/mm車轍深度平均值/mm車轍養(yǎng)護質(zhì)量標準/mm就地冷再生路段3年8.765.09<15廠拌冷再生路段2年7.833.25<15一

10、路面結(jié)構(gòu)確定根據(jù)長壽命瀝青路面設計理念見圖1,面層頂部厚度16cm左右的范圍為高受力區(qū),應采用高質(zhì)量的瀝青混合料,這局部瀝青混合料還必須起到抗車轍、抗滑、抗水損壞的作用,為此需選用路用性能較好的熱拌新瀝青混合料見圖2限制是大呼報應變高柔性杭臻勞HMA游者混凝土,75國皿！?上基層限制垂直壓應變路基圖1長壽命瀝青路面新鋪熱拌赤青混漏土面層,設計厚度16E得再生日青混合料上基層設計厚度12函原新銀0水泥穩(wěn)定碎石基層,諛計厚度22m原級配砰石底基層,設計厚度33m原珞基圖2采用冷再生技術改造后昌九路路面結(jié)構(gòu)原瀝青面層厚度16cm,根據(jù)100%PJ用原瀝青面層材料的原那么,考慮銃刨、篩分等環(huán)節(jié)的損失,

11、原瀝青面層材料的實際利用率約為75%80%,由此,可以確定冷再生上基層的厚度約為12cm(見圖2).(二)路面結(jié)構(gòu)分析為了使路面結(jié)構(gòu)的理論計算結(jié)果能較準確地模擬路面的實際受力狀態(tài),在試驗路鋪筑時,采用彎沉反算的路面結(jié)構(gòu)層模量作為路面結(jié)構(gòu)分析的計算參數(shù)(見表3).原路面結(jié)構(gòu)和冷再生路面結(jié)構(gòu)的有限元分析計算結(jié)果見表4.表3路面結(jié)構(gòu)計算參數(shù)結(jié)構(gòu)層厚度/cm泊松比模量/MPa上面層40.352599中面層60.352507卜回層60.351706冷再生上基層120.353133基層220.26035底基層330.35315路基/0.445表4有限元分析計算結(jié)果原路面結(jié)構(gòu)冷再生路面結(jié)構(gòu)路基頂面最大壓應義

12、/"£基層最大拉應義/林£面層最大剪應力/MPa路基頂面最大壓應義/"£基層最大拉應義/£冷再生上基層最大拉應義/£面層最大剪應力/MPa157440.21712526270.227分析表4的結(jié)果可知：(1)冷再生路面結(jié)構(gòu)的路基頂面最大壓應變?yōu)?25仙比原路面結(jié)構(gòu)的小32小企根據(jù)長壽命瀝青路面的設計理念,路基頂面最大壓應變越小越好,為了使瀝青面層不出現(xiàn)源于層底的疲勞開裂和結(jié)構(gòu)性車轍,應限制路基頂面最大壓應變小于280小£參照此理論,冷再生路面結(jié)構(gòu)優(yōu)于原路面結(jié)構(gòu).(2)冷再生路面結(jié)構(gòu)的水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層最大拉應變

13、為26仙是原路面結(jié)構(gòu)的61.4%,根據(jù)水泥處治材料的疲勞方程(常用)£t/eb=lgNf,冷再生路面結(jié)構(gòu)半剛性基層疲勞壽命將是原路面結(jié)構(gòu)半剛性基層疲勞壽命的1000倍以上,也就解決了原路面結(jié)構(gòu)半剛性基層的疲勞開裂問題.(3)冷再生上基層的最大拉應變?yōu)?7小小于冷再生瀝青混合料的疲勞極限應變,說明冷再生上基層不會出現(xiàn)疲勞開裂.(4)雖然冷再生路面結(jié)構(gòu)的面層最大剪應力為0.227MPa比原路面結(jié)構(gòu)的大了0.01MPa,但是根據(jù)瀝青混合料抗剪強度的檢測方法,測定的冷再生路面結(jié)構(gòu)上、中、下面層芯樣的抗剪強度分別為1.032MPa1.116MPa、0.533MPa,都遠大于0.227MPa.由

14、應用最廣泛的車轍預估方法可知,該冷再生路面結(jié)構(gòu)的面層具有較好高溫穩(wěn)定性能和抗車轍性能.路面結(jié)構(gòu)的有限元分析說明,瀝青混合料冷再生上基層彌補了原水泥穩(wěn)定碎石基層的裂縫、模量過大等缺陷,實現(xiàn)了對原半剛性基層的柔性化轉(zhuǎn)換,滿足了長壽命瀝青路面設計理念的要求,有效治理了我國上世紀九十年代大量建設的強基薄面的質(zhì)量通病,提升了路面耐久性.三、工程生產(chǎn)工藝由銃刨機對所要再生的瀝青混凝土路面全厚度一次銃刨得到冷再生瀝青混合料材料RAPreclaimedasphaltpavement,為較好的限制冷再生瀝青混合料的級配組成,將RAP篩分成010mm細和1030mm粗兩種,并分開堆放.根據(jù)?公路瀝青路面再生技術標

15、準?和?美國瀝青再生指南?的級配范圍,確定的粗、細RAP及礦粉由于RAP中粒徑小于0.075mm的顆粒含量很少,需外摻少量的礦粉的摻配質(zhì)量比為,粗RAP細RAP礦粉=43:57:2.4,具體的級配見表5o根據(jù)?公路瀝青路面再生技術標準?和?美國瀝青再生指南?的乳化瀝青冷再生混合料的設計方法,確定的乳化瀝青含有60%的重交通70號瀝青用量、水泥用量、拌合用水量分別為：2.5%1.5%、3.5%配合比試馬結(jié)果見表6.表5添加礦粉的RAP級配級配類型通過卜列篩孔方孔/mm的質(zhì)量百分率/%31.526.513.24.752.360.30.075RAP和礦粉10099.070.941.824.64.22

16、.3級配范圍1009060802560154532017100表6冷再生混合料配合比試驗結(jié)果技本指標單位試驗結(jié)果技術要求空隙率%10.791240c馬歇爾穩(wěn)定度kN20.6>515c劈裂強度MPa0.66>0.3凍融劈裂強度比%72.1>7020c疲勞極限應變"£4080/20c抗壓回彈模量MPa1146.3/根據(jù)冷再生混合料配合比試驗的數(shù)據(jù),使用國產(chǎn)水泥穩(wěn)定粒料拌合機根據(jù)配合比設計的比例進行再生拌合,由于對粒料進行了二次篩分,分成二檔粒料進行拌和,保證了再生混合料的級配穩(wěn)定,保證了混合料的質(zhì)量.采用國產(chǎn)水穩(wěn)拌合機進行膠結(jié)材料計量稱重系統(tǒng)改造,以滿足膠結(jié)材

17、料稱重精度要求,并在水穩(wěn)拌合機上添加乳化瀝青稱重噴灑系統(tǒng).經(jīng)過設備技術改造后,完全能滿足瀝青混合料廠拌冷再生的拌合要求,與進口設備相比,節(jié)省大量設備投資.拌合后的混合料用翻斗運輸車拉至施工現(xiàn)場進行攤鋪、碾壓成型,在再生上基層上攤鋪新的瀝青混凝土面層.四、工程保證舉措做好前期調(diào)查,保證設計質(zhì)量：RAP中的瀝青老化程度必須增強檢測,以保證再生混合料的質(zhì)量.提升設備精度,保證拌合質(zhì)量：再生混合料中摻加的水泥、乳化瀝青的膠結(jié)材料用量相比照擬少,拌合設備的計量系統(tǒng)應準確.改良施工工藝,保證施工質(zhì)量：施工拌合好的再生瀝青混合料應在規(guī)定的水泥凝結(jié)時間內(nèi)進行攤鋪,并完成碾壓.廠拌冷再生瀝青混合料由于是冷拌合,

18、在攤鋪碾壓中要注意碾壓工藝,保證再生混合料的壓實.五、工程成效一社會效益1988年滬嘉高速公路建成通車以后,我國的公路建設進入了以高速公路為主的新時代,隨著使用時間的增加,1999年前建成通車的1.1萬公里高速公路,已接近或到達了設計壽命期,有些路面的破損已相當嚴重,必須進行大修,高速公路大修需要大量的資源和能源,同時還會排放污染物.將再生技術用于高速公路大修,既可以實現(xiàn)路用材料和資源的可持續(xù)利用、降低維修本錢,又可以在盡量減少廢棄材料的環(huán)境污染和處理費用的前提下,全面恢復或提升原路面的路用性能,實現(xiàn)高速公路社會效益、經(jīng)濟效益與環(huán)保效益的和諧統(tǒng)一.二經(jīng)濟效益分析與常用作柔性基層的熱拌瀝青碎石A

19、TB-25混合料相比表7,冷再生瀝青混合料的冷再生瀝青混合料的經(jīng)濟效益非常顯著.并且,通過這種再生施工,可以節(jié)省由于處理廢棄混合料而產(chǎn)生的巨額運輸和處置費用,降低工程本錢.表7冷再生瀝青混合料和ATB-25瀝青混合料的價格混合料類型出廠價格冷再生瀝青混合料390元/m3ATB-25,結(jié)合料為重交通50號瀝青681元/m3ATB-25,結(jié)合料為重交通70號瀝青667元/m3與ATB-25常被用于柔性基層混合料相比,冷再生瀝青混合料在以下三個方面節(jié)約了能源和資源見表8:瀝青,冷再生瀝青混合料需添加1.5%的瀝青乳化瀝青含量2.5%,乳化瀝青中瀝青的含量為60%,而ATB-25混合料的瀝青含量最少也要3%;節(jié)約加熱能源,冷再生瀝青混合料拌和時不需要加熱,而生產(chǎn)一噸熱拌瀝青混合料通常需要的加熱能源是8升柴油；降低用電量,RAP是已損壞的瀝青路面經(jīng)銃刨帶有破碎過程后產(chǎn)生的,根本都可以直接篩分拌和使用,而新的碎石材料必須破碎后才可以拌和使用.表8冷再生瀝青混合料的節(jié)能效果瀝青噸柴油升破碎碎石用電度1噸冷再