高速公路乳化沥青厂拌冷再生基层配比设计及施工工艺研究.doc

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1、高速公路乳化沥青厂拌冷再生基层配比设计与施工摘要：借鉴国内外沥青路面冷再生技术方面的经验，对掺加水泥的乳化沥青冷再生混合料进行配合比设计及路用性能评价，在最佳乳化沥青和水泥用量下进行乳化沥青冷再生混合料性能试验，分析了乳化沥青厂拌冷再生技术的施工工艺及质量控制，并将再生的混合料应用于高速公路沥青路面上基层，实践表明其满足相应的路用性能要求。关键词：道路工程 乳化沥青 冷再生 配合比 施工工艺0概述目前我国的公路建设飞速发展，每年投资规模已经超过2000亿元。据统计，截至2008年底，我国公路通车总里程达368万公里，其中高速公路6.03万公里。但是，我国于20世纪90年代陆续建成的高速公路大部

2、分已进入维修期，大量翻挖、铣刨的沥青混合料被废弃，既污染环境，又浪费资源。采用再生技术，加大可再生能源的开发，使得旧路面的材料得到重新利用，对降低建设成本、合理利用资源、保护生态环境以及促进我国公路建设都有着极其重大的意义，也是一项符合可持续发展规律的有效措施。九景(九江景德镇)高速公路为国家高速公路网杭瑞高速（杭州云南瑞丽）在江西省的一段，起点九江，终点景德镇，全长134.712公里，该项目于1997年4月开工建设，2000年12月建成通车，总投资30.2亿元，到目前为止使用年限已达8年。近年来随着社会经济文化的发展，交通量特别是重型和超重型车辆的增加，全路段各种公路病害发育，出现程度不等的

3、病害（如裂缝、翻浆、沉陷等病害），PCI数值基本在60-70之间，原有路面结构已经无法满足日益增长交通量的需求。2008年7月江西省交通厅决定对九景高速公路沥青路面进行大修技术改造施工，并在K126+480K132+560处铺筑双幅6.08公里的试验路。试验路施工于2008年8月8日开始，2008年11月17日结束，2009年进行了全线技术改造。为了贯彻可持续发展和建设节约型社会战略，充分利用九景高速公路旧沥青路面材料，节约资源、保护环境、减少投资。经过比较研究，试验路主要采用了乳化沥青并掺加少量水泥的厂拌冷再生新技术对原有沥青路面进行技术改造，其最大特点是能够保证再生混合料的生产质量，混合料

4、级配、水泥用量以及拌和均匀程度等均可由再生拌和设备自行控制。1 原路面状况及冷再生基层沥青路面结构方案1.1 原路面状况九景高速公路原沥青路面结构为：12cm沥青混合料结构层+20cm水泥稳定碎石+30cm级配碎石，这种路面结构由于沥青面层较薄，在车辆荷载的作用下，水泥稳定基层这个承重层首先发生了损坏，使路面的损坏成为结构性破坏，无法通过沥青面层的简单维修得到解决。经过近八年的运营，目前路面承载能力急剧下降，路面强度偏低、平整度较差，各种裂缝、翻浆、车辙、水损害等常见的路面损害形式均有不同程度的体现，路面破损面积较大，水泥稳定碎石基层已出现严重结构性破坏。通过对原路面进行调查发现，原沥青路面在

5、行、超车道普遍存在水损坏、翻浆、车辙、松散及严重的纵横裂缝以及修补不良等病害现象，见附图1、图2 图1沥青路面水损坏、冒浆 图2沥青路面水损坏、坑槽1.2冷再生基层沥青路面结构方案技术改造后的路面结构形式为：30cm级配碎石+20cm水泥稳定碎石+12cm再生沥青混合料+8cmAC-25+6cmAC-20+4cmAC-13。处治方案为：铣刨掉旧油面层；处理已破坏的原有水泥稳定碎石基层；在处理完的基层上再铺12cm的再生沥青混合料上基层；然后再铺三层共18cm的沥青混凝土面层。2乳化沥青冷再生施工配比设计2.1级配组成设计国外沥青稳定基层的级配范围较宽。根据国外经验，乳化沥青稳定基层材料不宜采用

6、碎石级配，而应采用连续级配，以保证足够的细料数量来增加粘结力。在国内的技术手册中，对于热拌和冷拌的级配要求其实相差不大。因为乳化沥青中的沥青与普通热沥青实质上是同一种材料，最终将得到相同的粘结效果，只不过乳化沥青有一个粘附、脱水与蒸干的过程。因此，它的材料组成及技术要求与普通沥青混合料基本相同。综合考虑国内外关于冷再生和沥青稳定基层的级配范围，并参考公路沥青路面冷再生技术规范JTG F41-2008中的级配范围，设定适合本地区的工程设计级配范围如表1。表1乳化沥青冷再生基层级配表方孔筛尺寸（mm）31.526.513.24.752.360.30.075水洗法通过率（含填料）（）10080100

7、60802560154532017九景高速公路原有沥青路面经过长期的自然因素及行车荷载作用，旧沥青混合料的骨架已经遭到破坏，为了更好的提高再生混合料的性能，需要掺加的新的骨料来对旧沥青混合料级配进行调整，以便于更好的适应新的交通量要求和提高新的道路力学和路用性能。本项目采用门山顶产碎石，规格为1122mm，测得其压碎值为19.9，针片状颗粒含量为3.6。同时，为了提高冷再生混合料的早期强度及路用性能，在旧沥青混合料冷再生过程中添加了一定量的普通硅酸盐水泥。经过设计，各种材料的掺配比例为：RAP（1030mm）：RAP（010mm）：新矿料：矿粉：水泥=50：30：16：2：2。乳化沥青冷再生混

8、合料级配组成曲线见图3所示，以干筛合成级配作为设计级配，抽提合成级配作为参考。图3 级配组成曲线2.2乳化沥青冷再生配比设计目前全球范围内还没有得到普遍认可的冷再生混合料配合比设计方法。冷再生混合料的成型方法对各项指标的影响显著。我国已有的冷再生工程中有采用马歇尔击实成型试样的，也有采用旋转压实成型的，所得马歇尔稳定度相差一倍甚至更高，而工程实际的压实功更加接近旋转压实的情况。所以规范鼓励采用旋转压实方法进行混合料设计。本项目就采用了旋转压实方法进行了乳化沥青冷再生混合料配合比设计。1)、确定最佳含水量采用上述图3中的混合料设计级配，固定乳化沥青用量为3.0，变化拌和用水量采用土工击实法成型冷

9、再生试件，确定最大干密度为2.248g/cm3时对应的最佳含水量为3.7。2)、确定最佳油石比采用旋转压实仪成型试件，控制总含水量为（3.70.3），试模直径为150mm，压实仪转角1.25，压头压力为600kpa，旋转50次后放入60鼓风干燥箱中6h再旋转25次后立即脱模，放入60鼓风干燥箱中养生48h。养生结束后待试件冷却至室温后进行劈裂强度、浸水劈裂强度等指标的测试，其各项指标检测结果见表2。表2 各项指标检测结果油石比（）拌和用水量（）劈裂强度（Mpa）浸水劈裂强度（Mpa）干湿劈裂强度比（）2.03.30.730.78106.82.53.00.790.81102.53.02.50.8

10、10.84103.73.52.50.770.81105.2图4 劈裂强度与油石比的关系图5 浸水劈裂强度与油石比的关系从上述检测结果可知，对应劈裂强度最大时的油石比为3.0，对应浸水劈裂强度最大时的油石比为3.0，取油石比3.0作为设计油石比。在设计油石比下测得成型后试件湿密度为2.256 g/cm3。2.3乳化沥青冷再生混合料性能检验1)、高温稳定性检验按目标配合比设计，采用5cm高车辙试模成型车辙试件检测动稳定度，结果符合规定要求。检测结果见表3。表3 车辙试验结果车辙试验的动稳定度测定值（次/mm）12212)、初期水稳定性检验采用旋转压实仪成型试件，旋转50次后60养生6h，取出冷却后

11、做劈裂试验和浸水劈裂试验，进行初期强度检验，试验结果见表4。表4 劈裂试验结果劈裂强度（Mpa）浸水劈裂强度（Mpa）干湿劈裂强度比（）0.480.48100 因此，经设计后，九景高速公路乳化沥青冷再生上基层采用的目标配合比为RAP（1030mm）：RAP（010mm）：新矿料（1122mm）：矿粉：水泥50:30:16:2:2，外掺乳化沥青为3.0，外掺用水量为2.5。3、乳化沥青厂拌冷再生施工工艺及质量控制3. 1施工工艺九景高速公路技改试验段乳化沥青冷再生拌和厂采用的拌和设备是300T间隙式拌和楼，具有破碎、筛分、电子计量功能以及水、水泥和乳化沥青添加功能；工作性能稳定、结构简单且方便拆

12、装；具有很强的实用性。通过精心调试，确定其拌和能力为180t/h-300t/h之间，最佳拌和速度为250t/h。采用经试验验证的生产配合比进行拌和生产。确定的生产配合比为9.5-31.5：0-9.5：新料 =50：30：16；水泥、矿粉剂量上基层为2.0%；沥青用量为2.7%；7天无侧限抗压强度4.0MPa。图6 乳化沥青混合料厂拌冷再生生产情况拌和时注意控制冷再生混合料的拌和时间，若过度拌和，则粗集料表面的乳化沥青容易剥落，而且可能导致乳化沥青提前破乳，使混合料劲度过大；而拌和不充分则可导致集料不能充分地被乳化沥青裹覆。混合料拌和时乳化沥青可能不完全均匀地裹覆集料，但没有必要延长拌和时间来提

13、高集料的裹覆程度，因为在混合料的摊铺、碾压过程中，沥青可进一步地裹覆集料。集料进入拌缸后加入水泥和矿粉，最后加乳化沥青和水进行拌和，拌和时间采用由试拌确定，干拌5S，湿拌30S，拌和周期约50S。混合料外观质量以混合料均匀一致，所有矿料颗粒全部均匀分布、颗粒全部裹覆沥青，混合料无花白料，无结团城块为度。清晨和傍晚拌和用水量取低限，在中午气温较高时拌和用水量取高限。传统的摊铺机即可摊铺厂拌冷再生混合料，混合料中适度的水份可防止熨平板下的混合料发生“撕裂”、“脱空”等现象。乳化沥青混合料的松铺系数一般为1.11.4，在试验路铺筑过程中采用松铺系数为1.2。若需要多层铺筑，则在铺上一层前需养生一段时

14、间（好的养生条件下25天）。雨天不能摊铺，若气温低于10，也应停止摊铺。九景高速试验路乳化沥青冷再生基层采用传统热拌沥青混合料的摊铺机械和工艺。这与传统摊铺稍有不同之处在于，摊铺冷再生沥青混合料时摊铺机熨平板不必预热，以防止混合料中水分散失过快而影响混合料的和易性。试验段乳化沥青冷再生基层的施工过程中，摊铺速度一般控制在1.5m/s，混合料的压实是保证乳化沥青冷再生层质量的重要环节，选择合理的压路机组合方式和碾压步骤至关重要。根据生产经验，经多次生产实践比较，得出按以下压实工艺时碾压效果较好。厂拌冷再生混合料的压实可用钢轮压路机和轮胎压路机。以乳化沥青为再生剂的冷再生混合料的碾压要在乳化沥青开

15、始破乳时（乳化沥青的颜色由褐色变为黑色）进行。初压可用钢轮压路机，也可用胶轮压路机。初压可采取钢轮压路机（11吨左右）静压12遍，然后用高频低幅的方式振动碾压12遍。复压用大吨位（23吨或更高）的轮胎压路机碾压，碾压次数通常由混合料性能、压实厚度、压路机类型及环境状况等决定，一般需要46遍。终压采用钢轮压路机碾压，以消除轮迹。压路机碾压时可喷少量的水雾，以防止压路机轮粘结冷再生料。厂拌冷再生混合料常是“篷松”状，因此需要增大松铺厚度以保证压实厚度满足要求。混合料中的含水量对压实至关重要，合适的水份含量可润滑集料，有助于压实。但过多的水份会导致混合料密度低，且会长时间滞留在结构层中，使摊铺后混合

16、料的养生期延长。为了保证压实度和平整度，初压应在混合料不产生推移、粘轮等情况下尽量在摊铺后进行。同时生产过程要保证现场混合料能够在最佳流体含量时进行碾压。摊铺、碾压完成达到密实度要求后，应封闭交通洒水养生，保持表面湿润，一般情况下，养生期不少于3天。养生方法按规范要求进行，可喷洒乳化沥青封闭养生。以冷再生沥青混合料中总含水量小于2%或可以用钻孔取芯机取出完整的冷再生沥青混合料上基层芯样作为结束养生工作的最终评判指标。铺筑好的冷再生沥青混合料上基层应严格控制交通，做好保护，保持整洁，不得造成污染，养生期头24h，禁止一切车辆行驶。24h后，可视情况允许施工用2T以下小型车辆均速慢行通过，但不得急

17、刹车、原地掉头。3.2检测结果经检测，九景高速技改工程试验路乳化沥青冷再生混合料上基层压实后的压实度全部在98以上，基层压实较好。用5.4米弯沉仪对冷再生混合料基层检测的代表弯沉值（0.01mm）为64.9（北线K130+680K132+480）。而洗刨后基层（北线K131+740K132+520）的代表弯沉值（0.01mm）为159.17天无侧限抗压强度为4.36MPa。4结论九景高速公路沥青路面技术改造工程试验路将旧沥青路面混合料采用厂拌冷再生技术进行高速公路上基层施工，实践结果表明：沥青路面厂拌冷再生技术，无论从经济效益方面，还是从施工质量、环保方面，都具有显著的优点，它不仅节约资金成本

18、、降低成本费、节省运输费，改善施工条件、施工进度快，而且施工质量高，特别是能够充分利用废弃的旧路资源，从而大大减少了环境污染，有利于环境保护。因此，非常适合于目前我国高速公路旧沥青路面的大修改建工程施工，以达到公路建设节能减排的效果。参考文献：1 王丽，魏连雨，刘奎颖.冷再生混合料力学性能试验研究J，河北工业大学学报，20032 张登良.沥青与沥青混合料M.北京：人民交通出版社，19933 李国强.水泥乳化沥青复合路面材料的研究J.硅酸盐学报，19984 黄晓明，赵永利，江臣.沥青路面再生利用试验分析J.岩土工程学报，20015 深圳海川工程科技有限公司译. 美国沥青再生指南M.北京：人民交通

19、出版社，2006.6 Cold-in-place Asphalt Cement Concrete Recycling.Iowa Department of Transportation, October3,20007 Muthen K M. Foamed asphalt mixes - mix design procedure contract report CR - 98/077 C . South Africa:CSAIT Trasportek ,1999.8 Van W A ,WoodL E.Constructionof a recycled bituminous pavement using foamed asphalt C. Canada: Canadian Technical Asphalt Association Meeting, 1982.6