瀝青混凝土路面冷再生養護技術

黃時朋

摘要:瀝青混凝土路面冷再生技術,是指將舊瀝青路面材料適當加工后進行重復利用,按比例加入一定量的添加劑如:水泥、石灰、泡沫瀝青和乳化瀝青等,根據實際情況需要時再加入部分新骨料而制成冷再生混合料。瀝青混凝土路面冷再生技術以其節約資源、環保、成本低、施工簡單等優點在道路養護工程中顯示出強大的優勢。

關鍵詞:瀝青混凝土;再生

適用于各等級公路,屬于道路維修養護范疇。主要用于面層材料,有時也包括部分基層材料。主要特點是在自然環境溫度下完成瀝青路面的翻挖、破碎、新材料的添加、拌和、攤鋪及壓實成型,重新形成路面結構層的一種工藝方法。冷再生結構層主要作為公路路面的基層或底基層,也可作為低等級公路的面層。

現場冷再生主要有三種類型:

①深層現場冷再生一一針對舊路基層和面層,冷再生層厚度在150mm以上,形成基層或底基層。

②淺層現場冷再生一一針對舊路面層,冷再生層厚度在80-150mm之間,形成瀝青面層。

③無鋪面公路的升級一一針對舊路基層,以泡沫瀝青或乳化瀝青為添加劑時,冷再生層厚度在l00-150mm之間。以水泥、石灰或粉煤灰為添加劑時,冷再生層厚度多為200mm。

冷再生技術主要有如下優點:簡化施工工序、節約材料、提高舊路等級、保護環境、適用范圍廣。適用于所有路面標高不受限制的道路,包括一般公路、等外公路和部分城市道路。

1 國外科研發展狀況

1974年,美國開始研究這項技術,并且迅速在全國推廣應用。1981年美國交通運輸研究委員會編制出版了《路面廢料再生指南》,同年美國瀝青協會出版了《瀝青路面熱拌再生技術手冊》,1983年又出版了《瀝青路面冷拌再生技術手冊》。

美國各州公路局通過研究與施工,開發了各自的冷再生混合料設計方法,雖然這些方法不盡相同,但基本上都包含以下程序:首先進行材料評價,包括現場采樣,確定RAP料組成以及老化瀝青和集料的性能,確定是否有必要加入新料;隨后選擇再生劑和確定最佳粘結料用量。

1976年,日本開始進行瀝青路面再生技術的研究,1984年7月,日本道路協會出版了《路面廢料再生利用技術指南》,并且就有關廠拌再生技術編制成了手冊。

2 原材料組成

2.1 穩定劑

就地冷再生穩定劑種類主要有:水泥、乳化瀝青、乳化再生劑、泡沫瀝青、石灰等。目前就地冷再生使用的添加劑以水泥和乳化瀝青為主,可單獨或二者結合使用。二者結合使用能在獲得所需承載力的同時提高基層彈性,以防止裂紋的發生。

2.1.1 水泥

使用水泥穩定時,水泥用量一般在4%～6%之間(質量百分比)。

2.1.2 泡沫瀝青

在粒料中,泡沫瀝青用量一般為3%～5%。當被再生材料本身含有較多瀝青時,其用量可降低為2%～3%,同時加入少量(一般為1%～2%)水泥效果更好。泡沫冷再生要求集料0.075mm篩孔通過率至少為5%。

泡沫瀝青的最佳瀝青用量可通過間接拉伸試驗來確定。制備不同瀝青含量的泡沫瀝青混合料試件(試件在最佳含水量下擊實),在通風烘箱中養生3d,然后測試試件在浸水條件下的間接拉伸強度,選取試件在浸水條件下最大的間接拉伸強度對應的瀝青用量作為最佳瀝青用量。澳大利亞和南非均采用此法確定最佳的瀝青用量,養生溫度為60℃。德國維特根公司則采用40℃的養生溫度。

2.1.3 乳化瀝青

乳化瀝青常用的摻量為3%～4%。一般情況下,開級配或粗級配的集料用中裂乳液拌和,有較長時間的和易性,在極端氣溫條件下對集料仍有較好的裹覆和瀝青保持能力。慢裂乳化瀝青具有最大的拌和能力,通常用于穩定密級配或細料含量較高的集料。所有慢裂乳化瀝青粘度都比較低,并可以通過加入水進一步降低其粘度。美國有些州也使用改性乳化瀝青。

2.1.4 乳化再生劑

乳化再生劑來源于熱瀝青混合料再生劑,它們含有專門為恢復老化瀝青性能的再生劑粘結料,所以如果它們能夠充分地分散與拌和,就能有效地軟化瀝青。如果使用100%的RAP料,低劑量的再生劑可以用來軟化瀝青而不用增加粘結劑用量。但再生劑太少,則很難將其分散。依據再生混合料中RAP料的用量和特性,可將乳化瀝青和再生劑配合使用。

2.2 集料

施工中使用的集料主要有銑刨下的舊瀝青面層材料RAP。RA P料的瀝青含量可根據抽提方法確定。新集料可以用來滿足再生料級配的要求或是完善結構上的不足。RA P料的級配可能不能滿足再生層,如基層和粘結層的規范要求。因此多數情況下都要加人一定量的細集料或粗集料改善再生料的級配。例如在某些情況下,RAP料中可能包括瀝青砂,這時再生料要加人新集料把級配變粗。同時加人的新骨料可以改善道路的結構性能,從而提高交通荷載能力。同時加入新骨料也可用來改善再生料的性能如穩定性、耐久性及和易性等。新集料的種類主要有礫石、碎石、再生粒料、砂礫混合料等。

3 材料設計方法

3.1 修正的馬歇爾方法

該方法要求設計的混合料總含水量(乳液中的水+RA P中的水+要加入的拌和水)為3%。乳液以理想用量的0.5%增量加入到混合料中?；旌狭嫌民R歇爾擊實儀每面50次擊實,擊實后在60℃通風烘箱不脫模養護6h后,測試試件的密度,穩定度和流值。最后,在最佳添加劑用量下,以加入總水量的0.5%變化量加入2.0%、2.5%、3.5%和4%的水,然后確定每一個加水量對應的平均空隙率。推薦的混合料設計參數中最大和最小空隙率分別為9%和4%。

3.2 賓夕法尼亞州混合料設計方法

方法中規定了RAP樣品的粒徑,提出了確定最佳含水量和乳液用量的步驟。對RAP料中集料的級配、瀝青含量以及抽提后瀝青的針入度和粘度進行了測定。該方法執行了兩套測試。一套是保證乳液用量不變,不同用水量試樣的裹覆試驗。根據結果,可以確定最佳用水量。隨后,根據養護后浸水和不浸水試件回彈模量的試驗確定最佳乳液用量。

3.3 瀝青協會(A I)混合料設計方法

瀝青協會(A I)混合料設計方法主要包括以下步驟:

①確定混合集料的級配(包括新料和RAP料),這一步驟的前提是要先確定RAP料集料級配和瀝青含量;②新瀝青粘結劑的選擇;③在建議經驗公式的基礎上,確定混合集料的瀝青用量;④混合料中新瀝青百分比的計算;⑤現場混合料試驗調整瀝青用量。

4 施工工藝

4.1 施工機械

現場冷再生施工中,使用的冷再生主機有德國的維特根、意大利的瑪蓮尼等公司。

機械配置主要有三大類:

①再生主機,主要有中型履帶式多用途再生機、大型專用履帶式再生機、中型輪胎式多用途再生機;②專用配套機械,主要為水泥稀漿攪拌輸送車;③通用配套機械,主要有乳化瀝青運輸車、液態瀝青保溫運輸車、平地機、銑刨機、新骨料運輸卡車、壓路機等。

4.2 施工程序

①施工準備:清掃路面的塵土、雜草、樹根、積水等。②銑刨和粉碎路面:預先對路表的磨耗層和基層材料進行銑刨和粉碎,深度為設計值的一半。③路拱橫坡校正:采用平地機對路表進行路拱橫坡的校正。④布灰:在舊路面上畫出2×lm的方格,按計算好的用灰量,將水泥布在方格內,進行人工攤鋪、找平,確保布灰均勻。⑤拌和:用冷再生拌和機對舊路面材料進行充分拌和,拌和機的行走速度控制在8m/min左右。為保證供水車與再生機同部運行,把供水車與拌和機采用桿件聯接,使拌和機推動供水車行走。在拌和過程中,質檢組檢測拌和均勻性、含水量和水泥劑量。⑥整平及碾壓:拌和完成以后,用平地機粗平一遍,然后進行穩壓。穩壓必須充分,以消除拌和機拌和行走時對混和料的影響。按設計高程進行整平,整平過程中注意防止材料離晰。最后用振動壓路機、光輪壓路機及輪胎壓路機碾壓成型。

結語

目前我國道路就地冷再生技術還處于起步發展階段。結合我國國情具體情況,加大冷再生的研究力度,參考國外先進經驗,研究出成套的瀝青路面就地冷再生工藝、方法、材料和施工機械,是我們公路科技工作者的當務之急。