泡沫沥青冷再生技术在高速公路养护中的应用
2016-11-29黄勇
黄勇
(广东新川有限公司,广东广州 510610)
泡沫沥青冷再生技术在高速公路养护中的应用
黄勇
(广东新川有限公司,广东广州 510610)
在分析不同铣刨速率下回收沥青路面材料级配的基础上,提出了合理的铣刨参数;通过分析不同参数沥青发泡性能的差异性,提出采用振动压实法参数作为控制再生混合料压实度的标准密度;结合现场施工情况,对泡沫沥青冷再生施工工艺进行了总结。
公路;泡沫沥青;冷再生;回收沥青路面材料(RAP);振动压实法
目前,越来越多的高速公路陆续进入维修和升级改造阶段,维修改造过程中会产生大量废旧沥青路面材料。如果将这些废料丢弃,重新采用新的路面材料进行铺筑,一方面废旧材料存放需占用大量土地资源,既浪费土地又污染环境,另一方面采用新的材料重新铺筑路面会大大增加矿产资源和能源消耗,不符合“节能减排、低碳环保”的政策。泡沫沥青冷再生技术将原路面材料重复利用,有利于节约资源、降低工程造价、保护环境。下面结合某高速公路路面维修,对泡沫沥青冷再生技术在高速公路养护工程中的应用进行探讨。
1 冷再生设计方案
某高速公路近几年在重载交通、气候条件等综合作用下路面出现较为严重的纵裂、龟裂和车辙等病害。为恢复路面使用性能,提高道路服务水平,应用泡沫沥青冷再生技术对其进行维修处理。维修设计方案为4 cm SBS改性沥青砼AC-13C+6 cm胶粉改性沥青砼AC-20+16 cm厂拌泡沫沥青冷再生+18 cm水泥厂拌冷再生水泥稳定碎石。
2 混合料配合比设计
2.1原材料试验
2.1.1沥青
沥青作为泡沫沥青冷再生的主要稳定剂,其质量好坏直接影响再生混合料的性能,关系到再生工程的施工质量。该项目采用A-70沥青。对该沥青进行发泡性能检验,发泡温度为150~170℃,间隔为10℃;发泡用水量为1.5%~3.0%,间隔为0.5%,在喷射压力一定的条件下测定其发泡性能。试验结果见表1。
表1 沥青发泡性能试验结果
根据试验结果,膨胀率与发泡温度、用水量成正比,而半衰期与发泡温度、用水量成反比。根据以往研究成果,较大的膨胀率和尽可能长的半衰期可使泡沫沥青与废旧材料获得更好的拌和效果。因此,确定沥青最佳发泡温度为160℃,最佳发泡用水量为2.8%,该条件下膨胀率为25倍、半衰期为15s。
2.1.2回收沥青路面材料
采用该项目原路面铣刨回收沥青面层材料作为再生混合料的主要原材料,其级配状况直接决定再生混合料的性能和新集料的掺配比例。回收沥青路面材料(RAP)由铣刨机铣刨路面而来,铣刨速率直接影响铣刨后旧路面材料的级配,故确定合理的铣刨速率是保证RAP性能稳定和再生混合料质量的关键环节之一。采用维特根W2000型冷铣刨机,对2、4、6、8 m/min 4种铣刨速率下RAP的级配状况进行试验研究,结果见表2。
表2 不同铣刨速率下回收沥青路面材料的级配
试验结果表明:随着铣刨速率的逐渐增大,回收材料级配呈现逐渐偏粗的趋势,且级配整体均匀性变差。尤其是当铣刨速率超过6 m/min时,回收材料中粗集料含量显著增多,而小于4.75mm的颗粒含量偏少。由于泡沫沥青是以细集料为核心,其首先与细集料裹覆,然后以“点焊”的方式与中、粗集料相结合,使混合料达到稳定状况。因此,细集料较多时再生混合料的性能相对较好。对于铣刨速率超过6 m/min时获得的回收材料,一方面需额外加入较多的细集料来调整其级配,这就失去了再生的意义;另一方面容易造成级配变异性较大,会使施工时混合料性能控制难度增大。而采用2 m/min铣刨速率获得的回收材料级配粗集料含量过少,并且会增加铣刨成本,降低施工进度。因此,确定铣刨行进速率为3 m/min。
2.1.3新集料和外掺剂
根据RAP筛分结果,其级配偏粗,不符合设计要求。因此,添加0~5mm石屑补充细集料含量。要求添加的新集料质量满足JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》的相关要求。
外掺剂选用普通硅酸盐水泥,强度等级为42.5 MPa。由于运距较远,要求水泥的初凝时间为3 h以上,终凝时间不低于6 h。
2.2混合料级配设计
采用水洗法分别对RAP和细集料进行筛分试验,根据RAP级配状况,确定泡沫沥青再生混合料设计级配采用JTG F41-2008《公路沥青路面再生技术规范》的中粒式级配,并在施工前剔除RAP中26.5mm以上材料。石屑添加比例为18%。混合料合成级配曲线见图1。从图1可以看出:设计的再生混合料合成级配各筛孔通过率均满足规范要求,且级配曲线线形顺滑。
2.3配合比设计结果
根据以往泡沫沥青冷再生工程经验,采用重型击实法试验结果作为再生混合料标准密度,以98%作为压实度控制标准。但施工现场普遍存在压实度超过100%的现象,造成以实验室标准密度控制现场压实度难以真实反映再生工程质量。因此,采用振动压实法确定混合料最大干密度。对选定的设计级配,采用劈裂强度作为控制指标,进行再生混合料目标配合比设计,结果见表3。对混合料性能进行检验,其各项指标均满足规范要求。
图1 泡沫沥青混合料合成级配曲线
表3 泡沫沥青冷再生混合料配合比设计结果
3 施工工艺
3.1施工准备
(1)对RAP和石屑的存放场地进行硬化处理,同时搭建防雨罩棚,安置排水系统。材料堆放过程中,为减少离析,采用推土机按批次逐层整齐堆放,且堆放高度小于3 m。不同规格材料之间修筑高度1.5 m的隔墙,以保证不出现混料现象。水泥采用密封罐装,避免受潮。沥青贮存在带加热与保温的贮罐中,施工前温度控制在140~150℃。
(2)为保证回收的路面材料干净,铣刨前对原路面采用专用清扫设备进行清扫。
(3)安排专人检查下承层的质量。下层为水泥再生水泥稳定碎石基层,为增强其与泡沫沥青冷再生层的粘结效果,在两层间设置透层沥青。透层沥青采用乳化沥青。
(4)根据目标配比调试生产配比并铺筑试验路,根据试验路检测结果确定现场控制指标及各施工机械设备型号、数量等。
3.2拌和及运输
(1)采用KMA220移动式拌和设备,拌和方式为连续式。
(2)生产过程中安排专人负责检查拌和时各材料的供应情况是否正常及泡沫沥青发泡温度、混合料含水量和各种集料的配比是否满足设计要求。
(3)为防止混合料离析,装料时多次移动传送带平衡装料,确保不出现“山峰”状料堆;适当增加运输车数量,保证连续拌和的同时,避免将混合料堆放于场地造成离析。
(4)该工程在夏季施工,天气炎热干燥,为保证混合料摊铺时处于最佳含水量状态,拌和时使混合料含水量略高于最佳含水量1%;运输过程中为防止水分挥发,采用苫布覆盖。同时为防止运输车对再生下部结构层的破坏,限制每辆运输车的总重不超过45 t。
3.3摊铺和碾压
(1)根据试验路结果,确定虚铺系数为1.37。为保证摊铺连续,施工现场摊铺机前应保证有5辆运输车送料。
(2)采用2台摊铺机,前后错开10~20 m并行摊铺,两幅之间保证有不小于5 cm宽的搭接。
(3)摊铺速度控制在1.5~2.5 m/min,缓慢、均匀、连续不断地摊铺,不随意变换速度或中途停顿。为防止混合料离析,在摊铺机上加装胶皮挡板。
(4)根据试验路确定的碾压方式,采用初压、复压、终压组合碾压。初压采用2台30 t轮胎压路机,碾压速度2~4km/h,碾压2遍;复压采用2台25 t单钢轮振动压路机,强振碾压2遍,静压1遍,碾压速度1.5~3km/h;终压采用2台12 t双钢轮振动压路机,振荡碾压2遍,然后静压1遍,碾压速度3~5km/h,保证碾压后表面平整、密实,无明显轮迹痕迹。
(5)碾压过程中安排专人监督压路机的起步和制动,做到慢速起动、慢速刹车;对纵向碾压区间接茬位置进行重点检查;根据表面干湿状况适当洒水,保持整个碾压过程中表面湿润。
3.4养生
再生结构层采用自然养生,养生期控制在4~7 d,以能取出完整芯样作为结束养生的条件。
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1671-2668(2016)05-0120-03
2016-04-08