泡沫沥青现场冷再生混合料设计与工程应用

  • 来源:珠江水运
  • 关键字:泡沫沥青,现场冷再生,RAP料
  • 发布时间:2019-11-05 19:58

  摘 要:泡沫沥青冷再生混合料能充分利用旧有路面材料,节省成本且有节能、降耗、环保等多重优点。基于此,结合广东省佛山官西线某公路段,在研究泡沫沥青性能的基础上,进行泡沫沥青现场冷再生混合料配合比设计,现场冷再生试验段施工和现场质量控制结果表明,本次试验段取得了良好的工程效果,可为以后类似工程的应用提供借鉴。

  关键词:泡沫沥青 现场冷再生 级配设计 RAP料

  在交通荷载与环境共同作用下,沥青路面使用一定年限后会产生各种类型及不同程度的病害,需对沥青路面进行维修养护。沥青路面维修方案需充分考虑现状旧路情况和设计要求等因素,传统的维修方案因其自身的局限性会给后续处理工作以及环境带来负面影响。近十多年来,各国都在研究并发展沥青路面再生技术,利用现有沥青路面废料,具有减少由于开采资源而引起的环境破坏、节能环保和减轻施工对交通的延误影响等优势。

  沥青路面再生技术是将现状破损的沥青路面铣刨、翻挖、回收和破碎,根据筛分结果对RAP料性能进行分析并掺入一定比例的沥青、集料和外掺剂等,经过拌合、摊铺和碾压等沥青路面施工工艺,形成满足设计和沥青路面路用性能要求的整套路面维修技术。目前路面大修工程常用的再生方案有现场冷再生、厂拌冷再生、现场热再生和厂拌热再生等。泡沫沥青冷再生技术是利用沥青发泡技术,将铣刨废弃的旧RAP料重新利用,形成具有满足路用性能技术指标的路面施工技术。泡沫沥青冷再生技术具有节能、降耗、环保等多重特色,促进旧路面材料的循环利用,符合绿色养护技术发展方向。传统路面维修会产生大量的废弃材料,造成大量的资源浪费,进行泡沫沥青冷再生技术的研究和推广应用具有重要的工程意义。

  本文以广东省佛山官西线K38+100~K39+100段沥青路面冷再生试验段为依托,在分析旧RAP料和泡沫沥青性能的基础上,进行泡沫沥青现场冷再生混合料配合比设计,研究泡沫沥青冷再生技术在公路大修中的应用,为以后类似工程的应用提供借鉴。

  1.旧路技术状况评价

  泡沫沥青冷再生试验路段位于官西线K38+100~K39+100段,路线全长1.0km。公路等级为二级公路,设计速度60km/h,双向4车道。根据官西线近3年交通量资料计算设计年限内累计当量轴次,以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标1.75×107,以半刚性层拉应力为指标1.95×107。现状旧路技术指标如表1所示:

  根据路面调查结果和表1所示旧路技术指标,现状路况如下:

  (1)PCI检测结果表明,左幅有400m属于中等路况,200m属于次等路况,400m属于较差路况,右幅基本全为中等路况。

  (2)部分左幅基层芯样出现松散现象,左幅基层的强度较差,面层和基层的厚度偏薄,导致左幅的路况指数低于右幅。

  2.泡沫沥青冷再生设计思路

  泡沫沥青是将一定量的水通过特定的设备注入热沥青,沥青的体积会发生膨胀并形成大量的沥青泡沫,掺入集料后沥青泡沫与集料接触,沥青泡沫在很短的时间内转化为巨量的“小颗粒”附着于集料的表面,形成表面粘有大量泡沫沥青的填缝料,然后通过强制拌和并压实,使泡沫沥青混合料达到稳定的状态。泡沫沥青再生设计主要内容包括:确定沥青的最佳发泡条件、冷再生混合料级配组成方案、最佳拌合用水量与设计泡沫沥青用量。

  3.泡沫沥青冷再生混合料设计

  3.1泡沫沥青最佳发泡条件

  本次试验基质沥青选择中海70#沥青,在25℃左右的室温对基质沥青进行发泡试验,沥青发泡温度分别为150℃、160℃和170℃共3种,各温度沥青发泡用水量分别为1.5%、2.0%、2.5%和3.0%(相对于沥青的质量分数),测量的主要技术指标为膨胀率和半衰期。各试验均反复进行3次,求其平均值以确保试验数据的可靠性。经试验研究推荐加水量为2.0%,沥青的加热温度要求160℃,膨胀率为10倍,半衰期为10s。

  3.2泡沫沥青混合料设计

  集料级配是决定混合料路用性能重要因素,旧路铣刨的速度对RAP料的级配有重要影响。根据现有研究結论,铣刨速度一般控制为在6~8m/min。将RAP材料级配与合适泡沫沥青混合料级配范围比较可知RAP材料稍微偏细,因此可考虑加入部分粗集料。根据其设计流程,得到泡沫沥青混合料级配设计参数为:RAP料60%,0~5mm石屑掺量10%,4.75~26.5mm碎石掺量30%,水泥掺量1.5%。通过制作试件进行试验,得到15℃干劈裂强度为0.5MPa,15℃湿劈裂强度为0.39MPa,20℃无侧限抗压强度为3.03MPa。RAP料级配与泡沫沥青混合料设计级配见表2。

  4.现场施工与质量评价

  再生层的质量有赖于合理的施工计划,正确的施工工艺,合适的稳定剂和用量,以及对稳定材料的摊铺、压实和表面处理。现场施工主要控制参数为:再生机运行路线及重叠宽度的检查与控制、再生深度的测定、泡沫沥青的质量符合要求及添加量核对、再生料的湿度状况、冷再生机的行走速度要严格控制,新骨料撒布均匀性等,确保再生混合料拌合均匀。

  评价泡沫沥青冷再生施工质量的主要技术指标包括:压实度、强度、平整度、路面宽度、结构层厚度、纵断高程和横坡等,冷再生工程实施中的质量控制主要检测指标为压实度和7d无侧限抗压强度。经检测,7d无侧限抗压强度为1.8MPa,压实度为99.3%,其它技术指标均符合规范要求。

  5.结束语

  泡沫沥青冷再生技术在佛山官西线K38+100~K39+100段应用情况良好,通过工程总结,得出以下结论:

  (1)级配具有较大的变异性是RAP料的固有性质,泡沫沥青混合料设计过程中应重点关注RAP的级配,必要时适量掺入不同粒径的碎石,确保混合料级配能够相互嵌挤形成密实的骨架结构。

  (2)铣刨机铣刨速度是控制RAP料级配的重要因素,应进行合理选定和严格控制。泡沫沥青混合料设计阶段RAP取料方式与现场施工时应保持高度一致,确保生产级配稳定,加强对再生施工关键参数的控制是保证获得较为均匀材料的重要途径。

  (3)泡沫沥青冷再生混合料施工速度快,充分利用旧有路面材料,节省成本且有节能、降耗、环保等多重特色,对于促进绿色交通发展、实现交通运输行业向资源节约型、环境友好型跨越具有重要现实意义。

  参考文献:

  [1]高超.泡沫沥青冷再生混合料MMLS3试验轮辙曲线特征及影响机理[J].中国公路学报,2019,32(01): 46-56.

  [2]王宏,刘锋.不同成型方式泡沫沥青冷再生混合料细微观结构性能研究[J].公路交通科技,2016(02): 19-27.

  李鹏发

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