水泥全深度再生技术在公路养护工程中的应用

马长明 赵锡娟 张业茂

近十年来我国修筑的高等级路面大多为沥青路面,而且所用沥青进口的占很大比例,价格昂贵。许多地方石料匮乏,单价也日趋上升,原材料成本在整个路面工程中的比例也越来越大。大量的使用新石料、开采石矿也造成森林植被减少、水土流失等严重的生态环境破坏。到现在我国很多路面,特别是高等级路面已经或即将进入维修或改建期,大量的翻挖、铣刨沥青混合料被废弃,一方面造成环境污染,另一方面是资源的极大浪费。国内外同行经过多年的研究实践,采用先进的现场冷再生技术能够很好解决上述问题。

道路的现场冷再生,就是常温下将旧沥青路面以及部分基层材料经过现场破碎加工后,根据级配需要添加一定量的新集料,同时加入一定剂量的稳定剂和适量的水,在自然的环境温度下连续完成材料的铣刨、破碎、添加、拌和、摊铺及压实成型等作业步骤,重新形成结构层的一种工艺方法[1]。为提高再生材料的强度加入了稳定材料,本文选用掺加水泥,依托于无锡市江阴双月线二级公路,分析了水泥全深度再生方案的确定方法及施工工艺。

1 试验路再生方案

试验路安排在无锡市江阴双月线,二级路,宽约12 m,双向两车道,交通量约5000辆/d～10000辆/d,其中重载车辆较多。该路段使用达十余年,期间修补无数。路况整体较差,出现了横缝、龟裂、沉陷、坑槽等损坏。通过对该路段破损调查,掌握了路面结构形式和各结构层状况,采用FWD测得路面弯沉值,并且对测试数据进行反算,得到各结构层的弹性模量。在综合所得信息的基础上,确定现场冷再生试验路方案,拟采用水泥全深度再生,再生深度为23 cm,加适量水泥,再生成半刚性基层,然后加铺4 cm沥青层罩面,长1200 m。

根据级配设计结果,分别配2.5%,3.5%和4.5%的水泥剂量进行击实试验,然后采用烘干法测定试件最佳含水量,并计算最大干密度。

从试验结果可以看出,随着水泥剂量的增加,水泥全深度再生混合料的最佳含水量和最大干密度都呈上升趋势。

参照JTJ 014-97公路沥青路面设计规范,推荐水泥全深度冷再生混合料设计指标为:无侧限抗压强度代表值不小于2 M Pa,弹性模量平均值不小于1200 MPa。

为改善再生料的合成级配,采用加10%石屑,得到水泥剂量3.5%为最佳剂量。

2 冷再生施工工艺

1)清洁旧路面。首先对要再生的路面进行洒水清扫,保持旧路的整洁。

2)新集料的撒布和水泥的添加。按铣刨料的最大干密度、旧路的铣刨厚度、新集料用量和稳定剂用量,计算新集料的摊铺厚度,打格铺料。水泥采用的添加方式:将固态粉状水泥撒布在再生机前的被再生路面上,当再生机经过时,可将水泥与被铣刨下来的旧混合料进行拌和。

3)再生。WR2500型冷再生机将铣刨、拌和及摊铺工艺一次性完成,大大减少了工程量。对于水泥全深度冷再生,铣刨深度为23 cm,用水量为2%。

4)碾压工序。现场冷再生技术碾压工艺见表1,施工过程中水分不可避免散失,为保证再生料保持在最佳含水量,可洒一定量的水。

表1 现场冷再生技术碾压工艺

5)养生。碾压成型4 h后(视气温情况),可以用潮湿的帆布、粗麻袋、稻草、麦秸或其他合适的潮湿材料覆盖,在整个养生期间,都应保持覆盖材料处于潮湿状态。也可以在冷再生层上直接淋水养护。在7 d内禁止放行交通,全天候养生,始终保持顶面湿润。

3 试验路跟踪观测

采用FWD弯沉仪对试验路的弯沉进行跟踪观测,FWD基本工作原理是通过计算机控制下的液压系统提升并释放一重锤,对路面施加脉冲(冲击)荷载,模拟行车荷载对路面的作用,测定在冲击荷载下的弯沉盆。利用FWD测得的弯沉盆数据可反算各结构层的动态模量,从而能准确把握结构层状况。

第一次观测于2005年10月中旬,试验路养生结束开放交通约7 d后,试验路再生后还没有铺筑沥青罩面,但已投入使用;第二次观测是在2006年4月上旬,江南冬季湿冷天气已经结束,试验路4 cm沥青罩面已铺筑;第三次观测在2006年11月下旬,试验路在经过近一年的使用后,再生层良好的使用性能逐渐显现出来。不同时期的弯沉测试结果见表2。

从表2可以看出,与再生前相比,水泥全深度再生路段强度显著提高。再生后第一次检测,由于试验路施工刚刚结束,未铺筑罩面,强度较低;第二次与第一次相比,弯沉值总体减小,尤其左车道弯沉值减小幅度较大;第三次,该路段路面强度略有提高。

从表3可以看出,再生路段路面结构层模量逐渐增长;反算出的动模量与室内试验的静模量相比,数值较大。

表2 水泥全深度冷再生路段(K0+000～K1+200)不同时期的弯沉

表3 试验路再生层动模量代表值 MPa

4 结语

1)通过对水泥全深度再生测定其试件的无侧限抗压强度和弹性模量,来确定稳定剂的最佳剂量是可行的。2)推荐水泥全深度冷再生配合比设计标准为:无侧限抗压强度代表值不小于2 MPa,弹性模量平均值不小于1200 MPa。3)试验路跟踪观测结果表明,水泥全深度再生方案的路用性能良好。4)水泥全深度再生技术成本低、工期短、环境污染少,路面的几何线形及高程能得到很好地保持,更适用于低等级道路改建,特别在县乡道路改造中有更大的推广价值。

[1]郭忠印,李立寒.沥青路面施工与养护技术[M].北京:人民交通出版社,2003.

[2]王 丽.水泥为添加剂的沥青路面冷再生技术的研究[D].天津:河北工业大学,2003.

[3]沙庆林.高等级公路半刚性基层沥青路面[M].北京:人民交通出版社,1998.

[4]郝培文.沥青路面施工与维修技术[M].北京:人民交通出版社,2001.