高黏度复合改性沥青路面就地热再生施工工法.pdf
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1、1 高黏度复合改性沥青路面就地热再生施工工法 1 前言 2010 年,湖南省交通科学研究院有限公司(简称湘交科)首次在省内高速公路路面中修养护工程中采用复拌就地热再生技术,在衡大高速公路设计了单幅长 25.26km 的表层 4cm 的就地热再生处治车辙病害。由于原路面改性沥青混合料老化较严重,混合料黏度变大,加上再生机组加热方式单一,加热温度不均匀且热量在再生深度范围传导性较差,为了达到再生混合料拌和温度,被迫提高加热机组的加热功率,造成表层沥青混合料老化较严重。经过几年的跟踪调查,发现衡大高速公路就地热再生路段行车道轮迹带出现不同程度的纵向疲劳裂缝。后来,湘交科又接连在 G4 京港澳高速临长
2、段、耒宜段、G60 沪昆高速潭邵段等高速公路中修养护设计中采用采用复拌就地热再生技术,并引入温拌技术,一定程度上缓解了普通沥青路面就地热再生沥青老化的问题,但未涉及高黏度改性 SMA 路面或者橡胶沥青复合改性沥青路面的就地热再生。鉴于高黏度改性 SMA 路面或者橡胶沥青复合改性沥青路面的旧沥青混合料具有黏度大、含油量高、粉料多等特点,在进行就地热再生养护作业时,存在 RAP 难以分散、拌和时旧料抱团严重、再生料碾压易出现油斑等问题,2017 年,湘交科和湖南省高速公路集团有限公司经过前期资料调研、相关室内试验研究以及施工控制工艺研究,开发了“高黏度复合改性沥青路面就地热再生施工”方法较好的解决
3、了高黏度 SMA 表层路面复拌就地热再生沥青老化的问题。2019 年2020 年,结合前期的技术积累,进一步深入研究,开发了“多机组多级加热+热耙松及铣刨组合+新型溶剂型降黏技术+独特的新添加料级配设计+新碾压工艺”成套技术,对加热方式旧料破碎分散方式降黏技术级配设计碾压工艺全施工要素进行了技术升级与完善,对长益高速“橡胶沥青+Domix”表层高黏度复合改性沥青路面进行就地热再生,成功解决了高黏度复合改性沥青路面在就地热再生铺筑中存在的多项技术难题,进一步完善了高黏度复合改性沥青路面就地热再生施工工法。该工法成功应用于长益高速公路中修养护,得到业主和社会各界的充分肯定,这是国内沥青路面就地热再
4、生养护技术的一次重大突破,丰富了就地热再生的应用场景,对大交通量高速公路的快速养护技术的提升、大幅降低高速公路路面维修综合成本、推行新工艺新技术、倡导绿色循环高速等具有十分重要的作用与深远的意义。2 2 工法特点 2.1 丰富了就地热再生应用场景 常规的就地热再生技术仅能再生普通沥青路面,难以再生老化严重的沥青路面,特别是对高黏度复合改性 SMA 和橡胶沥青路面就更加困难。新工法针对上述问题,进行施工全要素创新,突破了沥青老化严重以及高黏度复合改性沥青路面的就地再生难题,实现高黏度复合改性沥青路面旧料的百分百利用,极大丰富了就地热再生的应用场景,环保效益较好。2.2 多机组多级热风循环与热辐射
5、组合加热,受热均匀、热量穿透性强、节能 综合热风循环加热均匀,热效率较高,节能效果显著以及间歇式热辐射对路面材料有较强的穿透能力,使热能不断向深层渗透,同时又不会使路表温度过高的特点,创新性提出采用多机组多级加热组合,并同时采用热风循环与热辐射两种加热方式,在节能的前提下,最大限度提高了再生路面深层部位旧路面温度,同时避免了表层沥青老化。2.3 热耙松及铣刨组合,解决了高黏度改性沥青混合料难以分散、旧料抱团等难题,同时,最大限度减少旧路面铣刨集料破碎,旧料级配变异小 耙松方式是将旧沥青路面加热之后将需再生的旧沥青混合料耙松,对旧沥青混合料原来级配基本没有影响,但对黏度大的 RAP 存在难以均匀
6、分散、旧料成团等问题。铣刨方式是将旧沥青混合料加热后,再用铣刨头进行铣刨,对集料有一定程度的破坏,原有级配变细;鉴于高黏度改性 SMA路面或者橡胶沥青复合改性沥青路面存在 RAP 难以分散的问题,通过试验室模拟采用耙松工艺,旧料无法全部分散;因此,本工法采用热耙松与铣刨相结合,既保证了 RAP 全部均匀分散,又最大限度减少了旧路面铣刨集料破碎,旧料级配变异小,同时又避免的对下承层的扰动。2.4 改善了再生料的施工和易性 本工法采用新型易挥发有机溶剂与温拌技术相结合,在温拌剂中添加一定量的降黏更强的有机溶剂对传统的温拌剂进行了改进,有效地降低高黏度复合改性 SMA 或橡胶沥青混合料的黏度,极大地
7、提高了再生沥青混合料的施工和易性。2.5 胶轮+钢轮组合碾压高黏度复合改性 SMA 和橡胶沥青路面 传统高黏度复合改性 SMA 和橡胶沥青路面施工工艺采用双钢轮振动压路机碾压,没有使用大吨位胶轮压路机碾压,主要是怕胶轮碾压引起沥青玛蹄脂和橡胶沥青粉胶上浮,从而形成油斑。而SMA 和橡胶沥青路面混合料,粗集料接近 70%,表面粗糙,路表面孔隙较多,加上摊铺过程中,极易产生“拉毛”现场,难以闭合表面孔隙,容易形成水损害隐患。新工法经过实践研究,成功控制大吨位胶轮压路机在 SMA 和橡胶沥青路面表面温度 60100进行碾压,避免油斑,彻底消除3 SMA 和橡胶沥青路面混合料由于碾压问题而产生的水损害
8、质量隐患。3 适用范围 本工法适用于高速公路、一级公路以及市政道路表层沥青路面的就地热再生施工,特别适合高黏度复合改性 SMA 和橡胶沥青路面就地热再生施工。4 工艺原理 就地热再生简称 HIR,就是指采用专用的就地热再生设备,对沥青路面进行加热、铣刨,就地掺入一定数量的新沥青、新沥青混合料、再生剂等,经热态拌和、摊铺、碾压等工序,一次性实现对表面一定深度范围内的旧沥青混凝土路面再生的技术。它具有可实现原沥青路面材料 100%的再生利用、施工速度快、对交通影响小、节约能源、利于环保等优点,就地热再生可以分为复拌再生、加铺再生两种。本工法是在常规复拌就地热再生工艺基础上进行全施工要素的技术升级与
9、完善,采用“多机组多级加热+热耙松及铣刨组合工艺+新型溶剂型降黏技术+独特的新添加料级配设计+新碾压工艺”成套技术进行施工。高黏度复合改性沥青路面就地热再生施工机组,由 11 台大型施工设备组成,即 2 台热辐射加热机、2 台加热机含热耙松、1 台热循环加热机、1 台加热铣刨机、1 台提升复拌机、1 台摊铺机、23 台 13t 双钢轮压路机、1 台 30t 胶轮压路机。图 4-1 高黏度复合改性沥青路面就地热再生施工机组 5 施工工艺流程及操作要点 5.1 施工工艺流程 4 接缝处理双钢轮与胶轮组合碾压平顺性控制速度及碾压温度多机组多方式组合加热温度控制原路面热耙松+热铣刨铣刨深度及宽度控制喷
10、洒新型溶剂型降黏剂剂量控制、检查再生料拌和再生料摊铺熨平速度及均匀性控制混合料沥青用量及级配检测添加新料 用量控制、检查质量检测开放交通现场清理质量跟踪检测养护降温交工验收考察维修路段确定维修路段确定施工配合制定施工方案交通管制再生前原路面处理路面清洁、病害处治设备就位调试起终点预处理图 5.1-1 施工工艺流程图 5.2 路面调查分析 沥青路面就地热再生是一种预防性养护技术,一般只对旧路面表层 2cm5cm 的沥青混合料进5 行再生,也不改变原有路面的结构形式,选择就地热再生的路段,基层要稳定、结构承载力也要满足现有行车要求,表 5.2-1 是就地热再生选择指南。进行现场初步调查与检测,收集
11、旧沥青路面相关的基础资料,沥青混合料级配范围、油石比和外掺剂含量、原路面生产配合比设计资料,并对确定的再生路段进行现场取样,进行旧沥青混合料性能研究以及更详细的室内试验与分析。表 5.2-1 就地热再生选择指南 路表损害类型现场热再生路表损害类型现场热再生路表缺陷表面松散 与荷载无关的裂缝块状裂缝 泛油 纵向接缝裂纹 抗滑性差 横向温缩裂缝 路面变形波浪 养路修补缺陷喷洒沥青 深度小于 5cm 的车辙 表皮修补 深洞热拌修补 与荷载有关的裂缝疲劳裂缝 平整度缺陷一般性不平整 轮迹带纵向裂缝 路面沉陷 边缘裂缝 路面隆起 滑移裂缝 软弱底层或路基 5.3 配合比设计 就地热再生沥青混合料配合比设
12、计应通过目标配合比设计、生产配合比设计及生产配合比设计验证三个阶段,主要包括确定就地热再生沥青混合料的原材料性能、新旧混合料的比例、温拌剂与降黏剂的配伍性与掺量试验、矿料级配和最佳沥青用量,并对再生沥青混合料的性能进行检验(马歇尔试验、车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、低温弯曲试验等)。图 5.3-1 旧沥青混合料沥青含量分析 图 5.3-2 回收旧沥青 图 5.3-3 旧沥青性能分析 6 图 5.3-13 切割制作小梁试件 图 5.3-14 低温弯曲试件 图 5.3-4 旧沥青性能分析 图 5.3-5 回收矿料性能分析 图 5.3-6 回收矿料性能分析 图 5.3-7 再生混合料拌和出
13、锅 图 5.3-8 混合料初步检测 图 5.3-9 再生合成级配骨架 图 5.3-10 车辙试件(掺 8%再生剂)图 5.3-11 车辙试件(掺 7%再生剂)图 5.3-12 车辙试件(掺 6%再生剂)7 图 5.3-15 马歇尔试验 图 5.3-16 车辙试验 图 5.3-17 冻融劈裂试验 图 5.3-18 浸水马歇尔试验(试件保温)5.4 再生前原路面的处理 5.4.1 标线铣刨 使用铣刨机对施工车道的两侧标线铣刨,注意洒水降尘。5.4.2 原路面的严重病害预处理(1)车辙超过 4cm 的路段应先进行铣刨处理:用精铣工艺铣去辙槽两侧隆起部分,一方面使辙槽深度尽可能降低到 4cm 之内,另
14、一方面使整个路面的平整度提高,使再生深度基本一致。(2)深的坑槽处理。当坑槽深度(包括损伤部分的深度)超过再生深度 4cm 时,需要对坑槽采用热修补的方式进行单独处理。(3)裂缝的处理当裂缝宽度大于 0.5cm 且深度超过 5cm 时,应沿裂缝中线开 1cm 宽、6cm 深的槽,凿平槽的下表面,先用改性乳化沥青分次灌缝,直至乳化沥青灌满至槽底为止,待乳化沥青破乳水干燥后,用高温的改性沥青灌满裂缝。当裂缝宽度小于 0.5cm 时,用改性乳化沥青分 2-3 次灌缝处理,直至裂缝灌满为止,不宜用填缝胶灌缝。对于原来已用填缝胶处理的路段,在就地热再生施工前 1-2 天,应先把填缝胶钩出,再按上面、方法
15、分开处理。8(4)旧路面补丁的处理当旧路面补丁较多较大,原用修补材料级配不良时、新的坑槽与裂缝较多时,应挖除 4cm 原修补材料,用与原路面级配一致的热沥青混合料重新修补。5.4.3 路面清扫 对原路面进行彻底清扫,对一些不易清扫的路段使用高压水枪或吹风机冲洗,待路面干燥后方可进行热再生施工。5.5 多机组热风循环与间歇式热辐射组合加热 图 5.5-1 就地热再生施工机组整体布局 加热机温度控制是呈梯度发展的,在施工过程中,运用 23 台间歇式热辐射加热机依次对路面进行逐级加热,一号加热机采用大功率循环往复的加热方式,以起到快速加热路面的目的;二、三号加热机则采用小功率慢速前进以保证温度尽可能
16、少的损失,以及使得路面的加热深度符合施工需求。加热耙松后的橡胶沥青混合料,采用热风循环加热技术,对松散状态的热料进行再加热,以提高底部混合料的温度,保证整个再生层混合料温度的均匀性。图 5.5-2 1 号热辐射加热机大功率加热路面 图 5.5-3 2 号热辐射加热机小功率加热路面 9 图 5.5-4 3 号热辐射加热机小功率加热路面 图 5.5-5 4、5 号热风循环加热机加热散料 5.6 热耙松及铣刨组合工艺 耙松方式是将旧沥青路面加热,之后将需再生的旧沥青混合料耙松,对旧沥青混合料原来级配基本没有影响;铣刨方式将旧沥青混合料加热后,再用铣刨头进行铣刨,对旧沥青混合料有一定程度的损坏,原有级
17、配变小。旧橡胶沥青路面黏度大,采用耙松方式难以将原橡胶沥青混合料分散,采用铣刨方式会影响级配,不过统计表明,温度加热至 140以上高温时,铣刨对级配影响不大,因此采用热耙松及铣刨组合工艺,在第 3 台加热机上加装疏松耙齿,对已加热路面耙松进行初步分散,在温度加热至 140以上时,也就是在热风循环加热机后,再用铣刨机对旧路面进行铣刨,旧混合料级配的微小变动可采用新加料来进行调整,有效解决旧料黏度大,难分散的问题。图 5.6-1 加装疏松耙齿的加热机耙松路面 图 5.6-2 加热铣刨机铣刨路面 5.7 新料添加、新型降黏剂喷洒 为避免外加剂直接与新添加沥青混合料接触,对新添加混合料的沥青膜产生一定
18、的稀释,对混合料性能不利,铣刨机对原路面进行铣刨的同时,即采用铣刨机底端的横管喷洒外加剂,外加剂的喷洒量根据混合料的密度、施工速度、宽度、再生厚度、沥青含量,自动化控制,以保证喷洒均匀性。通过提升复拌机的新料添加装置,按照设计比例自动控制添加新料,现场采用双轴拌和器进行二级提升拌和,保证混合料不出现粗细料集中和离析现象,消除施工过程中出现油斑和后续使用过程中出现早起麻面病害隐患。10 5.8 新加混合料运输 运送沥青混合料的卡车载重量宜达到 20t 以上,应有紧密、清洁、光滑的金属底板,底板应涂一薄层洗衣粉水溶液(不要用油水混合液),以防止混合料黏到底板上,但不得有多余残液积留在车厢底部。装料
19、前,卡车底板应排干积水。车轮胎如有泥土,必须冲洗干净。施工前应对全体驾驶员进行培训,加强对汽车保养,避免运料途中汽车抛锚,导致混合料冷却受损。装料时汽车应按照前、后、中的顺序来回移动装料,避免混合料离析。任何情况下,运料车应采用双层覆盖,同时加盖保温毡或棉被和帆布蓬,并且覆盖物四周应固定,防止其在车辆行驶过程中被风吹动,同时施工单位还应采用其他必要的措施,保证运料车运到现场时,其混合料的温度在 160以上。图 5.8-1 新料运输及添加 5.9 再生料拌和 根据试验确定新加沥青混合料的配合比,在再生混合料带上按设定比例添加新沥青混合料,将路面上面层进行优化级配。新料添加量由设备电子控制系统根据
20、设定的施工参数(施工宽度、深度以及施工速度等)自动调节,并由提升机将再生料与新料一起提升至搅拌器内,经充分加热和搅拌均匀后,输送至摊铺机进行摊铺施工。图 5.9-1 提升复拌机拌和出料 11 5.10 再生料摊铺(1)对复拌后的沥青混合料进行摊铺,为保证施工后路面的平整度,采用专用摊铺机进行摊铺。摊铺机要提前就位,紧跟在复拌设备后部,保持复拌设备的供料不会洒落在地面上。调整好摊铺厚度、校准好各种自动控制仪表,保持摊铺机匀速、直线、平稳前进,保证摊铺的直顺。摊铺工艺和一般新建路面的上面层摊铺工艺基本相同,开始摊铺前应设定好找平系统、松摊厚度等指标。(2)要求摊铺前下承层表面温度,不低于 90,可
21、调节 EM6500-B 腹部加热墙对收集过再生料后的旧路面进行加热,保证摊铺前路面底面温度达到 90以上,确保新的摊铺层与旧路面之间的热黏结,保证新铺路面与旧路面连接成为一个整体,提高路面的整体性能。(3)再生沥青混合料的摊铺温度不得低于 140。为保证混合料的摊铺温度,必须对就地热再生机组的运行速度进行合理的控制。同时,新混合料的运料车应采用双层覆盖,一般可对料车车厢进行加装保温棉隔层,同时摊铺时严禁将车顶保温篷布揭开,确保新料的进入提升复拌机的温度。图 5.10-1 再生料摊铺 5.11 双钢轮+胶轮组合碾压 SMA 或橡胶沥青路面(1)高黏度复合改性 SMA 或橡胶沥青再生路面施工必须有
22、足够数量的压路机。混合料摊铺后必须紧跟着在尽可能高的温度状态下开始碾压,不得等候,双钢轮不得在低温状态下反复碾压,防止磨掉石料棱角,压碎石料,破坏集料嵌挤。压路机应按照“1+1+1+1”组合方式碾压,即 1 台13t 双钢轮初压+1 台 13t 双钢轮+1 台 30t 胶轮复压+1 台双钢轮终压消除轮迹。(2)碾压应遵循“紧跟、慢压、匀速、少水、高频、低幅”的原则,即压路机必须紧跟在摊铺机后面向前推进地碾压,碾压段长度大体相同,每次碾压到摊铺机跟前后折返碾压,碾压速度要慢,并采取高频率、低振幅的方式碾压。压路机的碾压速度不得超过 5km/h。(3)初压宜采用刚性碾静压,每次碾压必须直至摊铺机跟
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