[资料]泡沫沥青就地冷再生混合料配合比设计及工程应用

发表于2015-10-26     1757人浏览     0人跟帖     总热度:143  

泡沫沥青就地冷再生混合料配合比设计及工程应用

公路交通行业是我国国民经济的重要支撑。随着我国经济的快速发展,沥青路面总里程已建成约64万km,其中2013年底高速公路通车里程已达10.5万km。我国沥青路面的设计寿命一般为10~15年,但很多沥青路面甚至未到设计寿命就发生严重病害,当前已有大量的沥青路面接近或者达到其设计寿命,急需开展沥青路面的大修或重建等养护措施。交通运输“十二五”规划中明确指出:要加强公路养护,确保全国每年不少于17%的高速公路、国省道实施大中修工程。公路大中修必然带来大量的废旧沥青混合料及基层材料,废旧沥青混合料目前可以通过热再生及冷再生进行回收利用,然而对我国沥青路面中大修中普遍存在的半刚性基层损坏的情况,大量的废弃半刚性基层材料难以被重复利用,造成了严重的资源浪费。

 

当前,废弃半刚性基层材料的冷再生技术开始兴起,冷再生技术能够消纳70%~100%的废旧基层材料,并且能够实现半刚性基层的结构转化,充当柔性基层结构层。其中泡沫沥青就地冷再生技术在国内已取得一定规模的应用,具有旧料利用率高、节能环保、施工易控等优点。泡沫沥青就地冷再生技术是指利用专用的就地冷再生设备,对沥青路面面层和一定厚度的基层材料进行铣刨后,掺入一定数量的新集料、泡沫沥青、水泥进行拌和,经摊铺、碾压等工序后,形成路面基层或下面层的一种技术。

 

国内外对泡沫沥青就地冷再生技术进行了一定的研究。在美国、南非等国已经形成了泡沫沥青就地冷再生的设计规程,并进行了大量的应用。在泡沫沥青混合料设计及性能方面,Niazi等人对掺加不同添加剂的就地冷再生试件进行了力学实验,结果表明水泥和生石灰均可以提高试件的强度以及抗水损害性能,但是由于实际施工时生产石灰胶浆的不便,推荐使用水泥作为添加剂。Kim等人的研究表明含水量和养生条件对就地冷再生试件强度有很大影响,对于泡沫沥青冷再生,其强度在养生初期增长缓慢,但是在养生末期并且含水量低于1.5%时增长很快,因此通常养生时间不能低于7d。在我国,泡沫沥青就地冷再生技术主要应用于低等级路面,而在高等级路面中的应用尚处于起步阶段,目前在该技术领域,从泡沫再生混合料的设计、性能及应用技术等方面存在很多的不足,急需在工程实践中

进行相关研究,形成成套技术。

 

依托大广高速公路泰赣段中大修养护工程中泡沫沥青就地冷再生技术的大规模工程应用,探讨了就地泡沫沥青冷再生混合料应用于沥青路面上基层的配合比设计,以及应用过程中的施工工艺以及质量控制方法,为泡沫沥青就地冷再生技术应用于高速公路的大中修工程提供参考。

 

泰赣高速公路原始的设计为100pxAC-13+150pxAC-20+150pxAC-25+500px水稳上基层,经过多年的通车运行,结合路面的现有病害情况,对于病害较为严重的路段采用100pxAC-13罩面+200pxAC-20+300px乳化沥青厂拌冷再生+400px泡沫沥青就地冷再生的新的结构。

 

原材料性能分析

 

采用的铣刨料为原泰赣高速公路的水稳基层铣刨料,对铣刨料进行筛分实验,级配曲线。可以看出,铣刨料的级配范围在规范规定的范围之间,无需进行级配调整,这也是泡沫沥青就地冷再生对级配的要求范围。作为稳定剂用于发泡的沥青为韩国SK-70号基质沥青,考虑到泡沫沥青冷再生混合料的早期强度以及增强其抗水损害能力,应掺加1.5的水泥。水泥为“南方牌”P.C 32.5普通硅酸盐水泥,沥青与水泥的性能指标。

 

泡沫沥青冷再生配合比设计

 

最佳发泡条件确定

 

膨胀率和半衰期两个指标是用来评价泡沫沥青的发泡效果,膨胀率是指沥青发泡状态下测量的最大体积与未发泡状态下的体积之比,膨胀率越大,泡沫沥青与集料越能充分接触,拌制的泡沫沥青混合料质量越好。半衰期是指泡沫沥青自最大体积时至缩小到该体积一半所用的时间。半衰期越长,说明泡沫越不易衰减,可以与集料有较长的拌和时间,可提高泡沫沥青混合料的质量。

 

通常情况下,泡沫沥青的膨胀率与稳定性不能同时达到最优,无论取高膨胀比或者是最长的半衰期,都不如两者均适当时的发泡效果好。通过改变发泡温度和用水量,来研究膨胀率与半衰期的变化关系,以找到最佳的发泡温度和用水量,达到最佳的发泡效果。

 

通过实验结果可以确定,泡沫沥青的发泡条件为150℃,2.5%的用水量,可以达到泡沫沥青对膨胀率不小于10倍和半衰期不小于8s的技术要求,且具有比较合适的发泡效果。

 

最佳含水量确定

 

泡沫沥青混合料在拌和与压实时需要加入一定量的水,以保证较好的施工和易性与压实度。含水量过少,混合料干涩难以压实,而过多的水则会成为颗粒间的润滑剂,降低了混合料的强度与稳定性。本文采用混合料达到最大干密度时所对应的含水量作为最佳含水量,固定水泥用量1.5%和泡沫沥青用量2.5%,按照5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%的含水量成型冷再生试件,试件的干密度与含水量的关系。

 

可知,开始阶段,随着含水量的增加,干密度明显增大,这是因为铣刨料和新集料表面空隙吸收的水分填充在集料毛细孔之间,增加了细集料之间的黏结,改善了和易性;而随着含水量的增加,除了被集料吸收的水分,部分集料开始被水分裹覆,压实度下降,使得干密度下降。可以看出,最佳含水量为6.5%,所对应的最大干密度为2.137g/cm3。

 

最佳泡沫沥青用量确定及性能验证

 

在最佳含水量下,选择2.5%、2.7%、3%的泡沫沥青用量,采用马歇尔击实的方法,成型泡沫沥青冷再生试件。拌和过程中,先加入确定的用水量与矿料进行拌和,再喷入泡沫沥青,双面击实75次以后放入40℃烘箱养生72h后,再冷却至室温后脱模。从成型过程可以看出,泡沫沥青冷再生与乳化沥青冷再生混合料的养生过程有明显的区别,主要是养生温度降低20℃,时间延长24h,同时取消了二次击实过程,这也是由于泡沫沥青及乳化沥青在混合料中不同的分布形态以及所用层位不同所造成的。将所得到的试件分为4组,第一组和第二组进行15℃干湿劈裂强度实验,第三组和第四组进行25℃冻融劈裂实验,可以得到干湿劈裂强度比和冻融劈裂强度比。

 

可以看出,15℃的劈裂强度值随着泡沫沥青用量呈现先增大后减小的趋势,而劈裂强度比均随着沥青用量的增加而增大,泡沫沥青用量为2.7%时,15℃劈裂强度最大,而且干湿劈裂强度能满足要求,因此最佳泡沫沥青用量确定为2.7%。同时,由于泡沫沥青冷再生混合料的空隙率较大,一般在7%~14%之间,其抗水损害能力是其关键性能,因此在设计中要着重关注。采用冻融循环实验对泡沫沥青冷再生混合料的抗水损害性能进行了验证,发现在最佳泡沫沥青用量下,泡沫沥青冷再生混合料的冻融循环劈裂强度比达到73.7%,满足应用于路面基层的要求。

 

目标配合比确定

 

在前面确定了最佳含水量和泡沫沥青用量以后,就确定了泡沫沥青就地冷再生工程的目标配合比,其中外加水的比例为最佳含水量减去铣刨料和泡沫沥青中的含水量,水泥、泡沫沥青和水的用量为外掺比例。根据此目标配合比,在实际施工中根据再生料的不同含水量还需进行及时的调整。

 

泡沫沥青就地冷再生施工工艺

 

施工准备

 

参与施工的机械包括WR4200冷再生机、WM1000稀浆车、26t单钢轮压路机、13t双钢轮压路机、30t胶轮压路机、10t洒水车、拖板车以及50t热沥青罐车。

 

在准备施工的路段,首先应按照高速公路养护安全、交通安全组织设计要求封闭交通,确保施工和行车的安全,并且清除原路面上的石块、垃圾以及积水。根据施工工程量计算沥青、水泥、水的用量,现有热沥青罐、水泥稀浆车容量能满足施工需求的尽量一次加足,避免中途停顿,影响工期。对再生机的沥青管道进行预热,达到满足发泡要求的温度;通过硬杠将稀浆车和载有热沥青罐的拖板车相互连接起来,再把相互间的沥青、水泥、水等管道连接好,连接顺序为再生机→稀浆车→热沥青罐车。

 

再生机具施工

 

本项目中,施工由冷再生机推动水泥稀浆车和沥青罐车在作业段上前进进行,行进速度根据路面损坏状况、再生深度、热沥青输送供应进行及时调整,最终确定的行进速度为3m/min~4m/min,取样发现铣刨后基层料的级配波动范围不大。在沥青温度高于发泡条件150℃时可适当缓慢加速,如沥青温度低于150℃时应减速甚至停止行进。值得注意的是,再生机后安排4~5人处理边线和清理混合料中的杂质以及余料,以防止影响纵向接缝、横向接缝、平整度和再生材料的密实性。

 

碾压

 

碾压是泡沫沥青就地冷再生成功与否的重要环节,目前关于泡沫沥青就地冷再生并没有固定可以参考的压实方法。本项目中通过实验段铺筑以及工程实践,最终确定了泡沫沥青就地冷再生的碾压工序:

 

(1)初压采用1台26t单钢轮振动压路机。初压时先让压路机紧跟再生机后面大轮静压1遍,静压后采用1/2轮弱振(低幅高频)2遍,以保证再生层底部2/3厚度范围内的压实度达到规定要求。压路机的工作速度不得超过3km/h。(2)复压采用双钢轮振动压路机1/2轮进行高频低幅压实3遍。(3)终压用胶轮压路机,不低于8遍。直至表面无轮迹为止(必要时可洒水碾压)。通过碾压工艺的探索,确保了泡沫沥青冷再生层的压实度大于98%,同时泡沫沥青冷再生层断面压实度均匀,没有呈现出压实度差异,保证了工程质量。

 

接缝和掉头处的处理

 

接缝处理是保证冷再生层结构稳定,抑制裂缝的关键因素。在本项目中的纵向接缝中,接缝处理的最小重叠宽度为100mm,并且确保纵向接缝的位置避开慢行、重型车辆的轮迹位置。在横向接缝处理中,对再生机停止形成的横向接缝,在下次施工时,将整个再生机后退至再生过的材料3m的距离,并注意检查水泥稀浆或水的喷入量,避免在横向的过量或不足,再生机应尽快将行进速度提升至预定速度,同时施工过程中应尽量避免非正常停机现象,以免增加横向接缝。

 

养生

 

冷再生基层在碾压完成并经密实度检查合格后,在加铺上层结构之前必须进行养生,养生条件不宜少于7d,养生期间不需要洒水,当再生基层的含水量小于2%,或者养生期间再生层可以取出完整的芯样时,可提前结束养生,开始铺筑上面的结构层。本项目中,就地冷再生在3d后能够取出完整芯样,满足铺筑上面结构层的要求。

 

施工工艺质量控制

 

质量控制措施

 

就地泡沫再生底基层施工完成后及时对压实度、平整度、宽度、厚度、横坡、强度等指标进行检测。保证施工段接茬平顺、表面平整密实、边线整齐,无松散、坑洼现象。(1)试验人员按班组检测RAP、水泥、沥青的质量。(2)再生后必须经过试验人员检测水泥量、沥青和含水量,不合格的段落进行返工处理。(3)施工过程中如有“弹簧”等现象,立即采取业主、监理同意的方案或挖开晾晒,然后回填压实。(4)现场专人指挥车辆,车辆不要在再生段调头和急刹车,否则使再生施工时间过长造成含水量损失过大。(5)严禁压路机在已经完成或正在碾压的路段上调头或急刹车,保证结构层表面不受破坏。(6)终压收光到无明显轮迹,确保平整度、横坡度符合要求。不可片面以碾压遍数确定压实度。(7)养生期间禁止一切车辆通行。

 

文明施工与施工安全

 

(1)结合实际情况制定文明施工管理细则,每天定时对需要洒水地段洒水,工地做到无扬尘,不污染。(2)施工过程中产生的垃圾及时清运到指定地点,保证施工现场整齐、干净、卫生。(3)对机械操作手进行岗前培训,加强规范施工及文明施工意识,责任到人,制定奖罚制度。(4)各种机械必须由专职司机操作,司机在培训合格领取上岗证后方可操作机械,严禁无证操作。(5)施工现场有固定标语和针对性醒目标牌,各类公告牌、标志牌内容齐全,式样规范,位置醒目。(6)施工现场设相关的安全警示牌,包括警告与危险标志,安全与控制标志,指路标与标准的道路标志。

 

结语

 

依托大广高速公路泰赣段的泡沫沥青就地冷再生工程应用,确定了泡沫沥青的发泡条件,进行了泡沫沥青冷再生混合料的配合比设计方法以及性能验证试验,并且总结了泡沫沥青就地冷再生技术的施工工艺。通过现场的实施情况来看,项目中所用泡沫沥青冷再生混合料性能能够满足路面上基层使用性能的要求,该技术是一种具有很强适应性的半刚性基层结构转换技术,相关的成果和经验可为类似大规模工程提供参考和借鉴。

泡沫沥青就地冷再生混合料配合比设计及工程应用-转载语

扫码加入筑龙学社  ·  路桥市政微信群 为您优选精品资料,扫码免费领取
分享至

分享到微信朋友圈 ×

打开微信"扫一扫",扫描上方二维码
请点击右上角按钮 ,选择 

徐科博士

广东 衡阳 | 路桥市政

13 关注

307 粉丝

999+ 发帖

999+ 荣誉分

该博主未添加简介

猜你爱看

添加简介及二维码

简介

还可输入70字

二维码(建议尺寸80*80)

发站内信息

还可输入140字
恭喜您已成功认证筑龙E会员 点击“下载附件”即可
分享
入群
扫码入群
马上领取免费资料包
2/20