高速公路乳化瀝青廠拌冷再生基層配比設計與施工

1、高速公路乳化瀝青廠拌冷再生基層配比設計與施工于文金1,劉福明2,高建華3(1.江西省交通工程質量監(jiān)督站,江西南昌330008;2.南昌工程學院土木建筑學院,江西南昌330099;3.江西贛粵高速公路工程有限責任公司,江西南昌330046摘要:借鑒國內(nèi)外瀝青路面冷再生技術方面的經(jīng)驗,對摻加水泥的乳化瀝青冷再生混合料進行配合比設計及路用性能評價,在最佳乳化瀝青和水泥用量下進行乳化瀝青冷再生混合料性能試驗,分析乳化瀝青廠拌冷再生技術的施工工藝及質量控制措施,并將再生的混合料應用于高速公路瀝青路面上基層,實踐表明其滿足相應的路用性能要求。關鍵詞:道路工程;乳化瀝青;冷再生;配合比;施工工藝Mix De

2、sign and Construction of In-Plant Cold Recycling Basewith Emulsified AsphaltYU Wen-jin1,LIU Fu-ming2,GAO Jian-hua3(1.Jiangxi Province Traffic Engineering Quality Supervision Department,Nanchang330008,China; 2.School of Civil Engineering,Nanchang Institute of Technology,Nanchang330099,China; 3.Jiangx

3、i Ganyue Expressway Engineering Corp.Ltd.,Nanchang330046,ChinaAbstract:Based on asphalt pavement recycling technique experiences,the cement-emulsified as-phalt cold recycling mixture is designed and its performance evaluated.The emulsified asphalt cold-recycling mixture performance test is conducted

4、 under the optimum content of emulsified asphalt and cement.It analyzes the construction technology and quality control measures of in-plant cold recycling with emulsified asphalt.The recycled mixture is applied to the up-base of asphalt pavement and this is proven to meet the requirements of paveme

5、nt performance.Key words:road engineering;emulsified asphalt;cold-recycling;mix ratio;construction technology0概述目前我國的公路建設飛速發(fā)展,每年投資規(guī)模已經(jīng)超過2000億元。據(jù)統(tǒng)計,截至2008年底,我國公路通車總里程達368萬km,其中高速公路6.03萬km。但是,我國于20世紀90年代陸續(xù)建成的高速公路大部分已進入維修期,大量翻挖、銑刨的瀝青混合料被廢棄,既污染環(huán)境,又浪費資源。采用再生技術,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,對降低建設成本、合理利用資源、保護生

6、態(tài)環(huán)境以及促進我國公路建設都有著極其重大的意義,也是一項符合可持續(xù)發(fā)展規(guī)律的有效措施。九景(九江景德鎮(zhèn)高速公路為國家高速公路網(wǎng)杭瑞(杭州云南瑞麗高速在江西省的一段,起點為九江,終點為景德鎮(zhèn),全長134.712km,該項目于1997年4月開工建設,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8年。近年來隨著社會經(jīng)濟文化的發(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,PCI數(shù)值基本在6070之間,原有路面結構已經(jīng)無法滿足日益增長的交通量需求。2008年7月,江西省交通廳決定對九景高速公路瀝青路面進行大修技術改造施

7、工,并在K126+480K132+560處鋪筑雙幅6.08km的試驗路。試驗路施工于2008年8月8日開始,2008年11月17日結束,2009年進行了全線技術改造。為了貫徹可持續(xù)發(fā)展和建設節(jié)約型社會的戰(zhàn)略,充分利用九景高速公路舊瀝青路面材料,節(jié)約資源、保護環(huán)境、減少投資,經(jīng)過比較研究,試驗路主要采用了乳化瀝青中摻加少量水泥的廠拌冷再生新技術對原有瀝青路面進行技術改造,其最大特點是能夠保證再生混合料的生產(chǎn)質量,混合料級配、水泥用量以及拌和均勻程度等均可由再生拌和設備自行控制。1原路面狀況及冷再生基層瀝青路面結構方案1.1原路面狀況九景高速公路原瀝青路面結構為:12cm瀝青混合料結構層+20cm

8、水泥穩(wěn)定碎石+30cm級配碎石,這種路面結構由于瀝青面層較薄,在車輛荷載的作用下,水泥穩(wěn)定基層這個承重層首先發(fā)生了損壞,使路面的損壞成為結構性破壞,無法通過瀝青面層的簡單維修得到解決。經(jīng)過近八年的運營,目前路面承載能力急劇下降,路面強度偏低,平整度較差,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)嚴重的結構性破壞。通過對原路面進行調查發(fā)現(xiàn),原瀝青路面在行車道、超車道普遍存在水損壞、翻漿、車轍、松散、嚴重的縱橫裂縫以及修補不良等病害現(xiàn)象(見圖1、圖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構方案

9、技術改造后的路面結構形式為:30cm級配碎石+20cm水泥穩(wěn)定碎石+12cm再生瀝青混合料+ 8cmAC25+6cmAC20+4cmAC13。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厚的瀝青混凝土面層。2乳化瀝青冷再生施工配比設計2.1級配組成設計國外瀝青穩(wěn)定基層的級配范圍較寬。根據(jù)國外經(jīng)驗,乳化瀝青穩(wěn)定基層材料不宜采用碎石級配,而應采用連續(xù)級配,以保證足夠的細料數(shù)量來增加粘結力。在國內(nèi)的技術手冊中,對于熱拌和冷拌的級配要求差別不大。因為乳化瀝青中的瀝青與普通熱瀝青實質上是同一種材料,最終將得到相同

10、的粘結效果,只不過乳化瀝青有一個粘附、脫水與蒸干的過程。因此,它的材料組成及技術要求與普通瀝青混合料基本相同。綜合考慮國內(nèi)外關于冷再生和瀝青穩(wěn)定基層的級配范圍,并參考公路瀝青路面冷再生技術規(guī)范(JTG F412008中的級配范圍,設定適合本地區(qū)的工程設計級配范圍(見表1。九景高速公路原有瀝青路面經(jīng)過長期的自然因素及行車荷載作用,舊瀝青混合料的骨架已經(jīng)遭到破壞,為了更好地提高再生混合料的性能,需要摻加新的骨料來對舊瀝青混合料級配進行調整,以便于更好地適應新的交通量要求和提高新的道路力學和路用性能。本項目采用門山頂產(chǎn)碎石,規(guī)格為11mm22mm,測得其壓碎值為19.9%,針片狀顆粒含量為3.6%。

11、同時,為了提高冷再生混合料的早期強度及路用性能,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)過設計,各種材料的摻配比例為:RAP(10mm30mmRAP(0 10mm新礦料礦粉水泥=50301622。乳化瀝青冷再生混合料級配組成曲線如圖3所示,它是以干篩合成級配作為設計級配,抽提合成級配作為參考。2.2乳化瀝青冷再生配比設計目前全球范圍內(nèi)還沒有得到普遍認可的冷再生混合料配合比設計方法。冷再生混合料的成型方法對各項指標的影響顯著。我國已有的冷再生工程中有采用馬歇爾擊實法成型試樣的,也有采用旋轉壓實法成型的,所得馬歇爾穩(wěn)定度相差一倍甚至更高,而工程實際的壓實功更加接近旋轉壓實的情況。

12、所以規(guī)范鼓勵采用旋轉壓實方法進行混合料設計。本項目就采用了旋轉壓實方法進行了乳化瀝青冷再生混合料配合比設計。采用圖3中的混合料設計級配,固定乳化瀝青用量為3.0%,變化拌和用水量,采用土工擊實法成型冷再生試件,確定最大干密度為2.248g/cm3時對應的最佳含水量為3.7%。采用旋轉壓實儀成型試件,控制總含水量為3.7%0.3%,試模直徑為150mm,壓實儀轉角為1.25,壓頭壓力為600kPa,旋轉50次后放入60鼓風干燥箱中6h再旋轉25次后立即脫模,放入60鼓風干燥箱中養(yǎng)生48h。養(yǎng)生結束后待試件冷卻至室溫后進行劈裂強度、浸水劈裂強度等指標的測試,各項指標檢測結果見表2。表1乳化瀝青冷再

13、生基層級配表方孔篩尺寸(mm率(含填料(%1008010060802560154532017設計級配骨料抽提級配工程級配上限工程級配下限工程級配中值12010080604020通過率(%31.526.5191613.29.54.752.361.18.6.3.15.75篩孔尺寸(mm圖3級配組成曲線表2乳化瀝青冷再生混合料試件各項指標檢測結果油石比(%拌和用水量(%劈裂強度(MPa浸水劈裂強度(MPa干濕劈裂強度比(%2.02.53.03.53.33.02.52.50.730.790.810.770.780.810.840.81106.8102.5103.7105.2從上述檢測結果可知,對應劈裂

14、強度最大時的油石比為3.0%,對應浸水劈裂強度最大時的油石比為3.0%,因此取油石比3.0%作為設計油石比。在設計油石比下測得成型后試件濕密度為2.256g/cm 3。2.3乳化瀝青冷再生混合料性能檢驗2.3.1高溫穩(wěn)定性檢驗按目標配合比設計,采用5cm 高車轍試模成型車轍試件,檢測其動穩(wěn)定度,檢測結果(見表3符合規(guī)定要求。采用旋轉壓實儀成型試件,旋轉50次后60養(yǎng)生6h ,取出冷卻后進行劈裂試驗和浸水劈裂試驗,檢驗初期強度,試驗結果見表4。因此,經(jīng)設計后,九景高速公路乳化瀝青冷再生上基層采用的目標配合比為RAP (10mm 30mm RAP (010mm 新礦料(11mm 22mm 礦粉水泥

15、=50301622,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量控制3.1施工工藝九景高速公路技改試驗段乳化瀝青冷再生拌和廠采用的拌和設備是300t 間隙式拌和樓,具有破碎、篩分、電子計量功能以及水、水泥和乳化瀝青添加功能;工作性能穩(wěn)定、結構簡單且方便拆裝;具有很強的實用性。通過精心調試,確定其拌和能力為180t/h 300t/h ,最佳拌和速度為250t/h 。采用經(jīng)試驗驗證的生產(chǎn)配合比進行拌和生產(chǎn)。確定的生產(chǎn)配合比為9.5mm 31.5mm 料09.5mm 料新料=503016;上基層水泥、礦粉劑量為2.0%;瀝青用量為2.7%;7d 無側限抗壓強度為4

16、.0MPa 。現(xiàn)場拌和情況見圖6。拌和時應注意控制冷再生混合料的拌和時間,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致集料不能充分地被乳化瀝青裹覆?；旌狭习韬蜁r乳化瀝青可能不完全均勻地裹覆集料,但沒有必要通過延長拌和時間來提高集料的裹覆程度,因為在混合料的攤鋪、碾壓過程中,瀝青可進一步地裹覆集料。集料進入拌缸后加入水泥和礦粉,最后加乳化瀝青和水進行拌和,拌和時間通過由試拌確定,干拌5s ,濕拌30s ,拌和周期約為50s 。混合料外觀質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、無結團成塊為

17、度。清晨和傍晚拌和用水量取低限,在中午氣溫較高時拌和用水量取高限。傳統(tǒng)的攤鋪機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,在試驗路鋪筑過程中采用松鋪系數(shù)為1.2。若需要多層鋪筑,則應在鋪上一層前養(yǎng)生一段時間(養(yǎng)生條件好的的情況下2d5d 。雨天不能攤鋪,若氣溫低于10,也應停止攤鋪。九景高速試驗路乳化瀝青冷再生基層采用傳統(tǒng)熱拌瀝青混合料的攤鋪機械和工藝。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攤鋪機熨平板不必預熱, 以防止混合料中水分散失過快劈裂強度(M P a 22.533.5油石比(

18、%圖4 劈裂強度與油石比的關系浸水劈裂強度(M P a 22.53 3.5油石比(%圖5浸水劈裂強度與油石比的關系表3車轍試驗結果車轍試驗的動穩(wěn)定度測定值(次/mm 1221表4 劈裂試驗結果干濕劈裂強度比(%劈裂強度(MPa 浸水劈裂強度(MPa 圖6乳化瀝青混合料廠拌冷再生生產(chǎn)情況而影響混合料的和易性。試驗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,混合料的壓實是保證乳化瀝青冷再生層質量的重要環(huán)節(jié),選擇合理的壓路機組合方式和碾壓步驟至關重要。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗,經(jīng)多次生產(chǎn)實踐比較,得出按以下壓實工藝碾壓時效果較好。廠拌冷再生混合料的壓實可用鋼輪壓路機和輪胎壓路機。以乳化瀝青

19、為再生劑的冷再生混合料的碾壓要在乳化瀝青開始破乳(乳化瀝青的顏色由褐色變?yōu)楹谏珪r進行。初壓可用鋼輪壓路機,也可用膠輪壓路機。初壓可選取鋼輪壓路機(11t左右靜壓12遍,然后用高頻低幅的方式振動碾壓12遍。復壓用大噸位(23t或更高的輪胎壓路機碾壓,碾壓次數(shù)通常由混合料性能、壓實厚度、壓路機類型及環(huán)境狀況等決定,一般需要46遍。終壓采用鋼輪壓路機碾壓,以消除輪跡。壓路機碾壓時可噴少量的水霧,以防止壓路機輪粘結冷再生料。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厚度滿足要求。混合料中的含水量對壓實至關重要,合適的水份含量可潤滑集料,有助于壓實。但過多的水份會導致混合料密度低,且

20、會長時間滯留在結構層中,使攤鋪后混合料的養(yǎng)生期延長。為了保證壓實度和平整度,初壓應在混合料不產(chǎn)生推移、粘輪等情況下盡量在攤鋪后進行。同時生產(chǎn)過程要保證現(xiàn)場混合料能夠在最佳流體含量時進行碾壓。攤鋪、碾壓完成達到密實度要求后,應封閉交通,灑水養(yǎng)生,保持表面濕潤,一般情況下,養(yǎng)生期不少于3d。養(yǎng)生方法按規(guī)范要求進行,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%或用鉆孔取芯機取出完整的冷再生瀝青混合料上基層芯樣作為結束養(yǎng)生工作的最終評判指標。對鋪筑好的冷再生瀝青混合料上基層應嚴格控制交通,做好保護,保持整潔,不得造成污染,養(yǎng)生期開始的24h,禁止一切車輛行駛。24h后,可視情況允許施工

21、用2t以下小型車輛勻速慢行通過,但不得急剎車、原地掉頭。3.2檢測結果經(jīng)檢測,九景高速技改工程試驗路乳化瀝青冷再生混合料上基層壓實后的壓實度全部在98%以上,基層壓實較好。用5.4m彎沉儀檢測的冷再生混合料基層(北線K130+680K132+480的代表彎沉值為64.9(0.01mm,而洗刨后基層(北線K131+740K132+520的代表彎沉值為159.1(0.01mm。7d無側限抗壓強度為4.36MPa。4結語九景高速公路瀝青路面技術改造工程試驗路應用廠拌冷再生技術將舊瀝青路面混合料用于高速公路上基層施工,實踐結果表明:瀝青路面廠拌冷再生技術,無論在經(jīng)濟效益方面,還是在施工質量、環(huán)保方面,都具有顯著的優(yōu)點,它不僅能節(jié)約資金成本、降低成本費、節(jié)省運輸費、改善施工條件、加快施工進度,而且施工質量高,特別是能夠充分