QC成果报告-提高再生沥青混合料中旧沥青混合料(RAP)的掺量

提高再生沥青混合料中旧沥青混合料(RAP)的掺量临沂市政工程有限公司、临沂雕塑公园“新生代”QC小组 一、课题选择S342岚济线费县新庄至关阳司段总体为东西走向，起于费县新庄镇大街东，向西延伸与沂台线相交后，跨越新庄河，经郝家村、与新枣线相交后共线，跨越梁邱河，经梁邱镇、关阳司，至于费县平邑县界。路线全长22.568公里。从上次改造至今通车已有十余年，随着通车时间增加，及多年来重载交通的持续作用，大部分路段路面损坏严重，致使路面出现不同程度的病害，如纵横裂缝、块裂、唧浆、坑槽、车辙等，路面平整度及抗滑能力降低，严重影响了路面使用性能、行车舒适性及安全性，因而需要大修改善。S342沥青路面大修铣刨产生大量的沥青旧料，我公司新引进的再生沥青混合料生产设备所掺加的旧料仅为10%，不能充分利用旧料，造成一定程度的资源浪费。因此，我QC小组考虑提高热再生沥青混合料的旧沥青混合料 (Reclaimed Asphalt Pavement, RAP)掺量，使资源充分循环利用再循环利用。2、 小组概况表1 小组概况小组名称“新生代”QC小组课题类型现场型小组活动时间2015.2.1-2015.11.30小组成立时间2015.2.1小组登记号LYSZ0201课题注册时间2015.01.25课题注册编号LYSZ15-07小组成员出勤率100%活动频率每月2次成员概况序号姓名职称文化程度受教育时间（课时）小组分工1苗加亮工程师本科48组长 全面负责小组活动2赵建建工程师本科48副组长 技术顾问、方案策划3林庆贺助理工程师本科48组员 方案策划，小组培训4党正霞助理工程师研究生48组员 成果整理，课题发布5孙建蕊助理工程师本科48组员 方案实施，数据采集6姜自强助理工程师本科48组员 方案实施7徐文涛助理工程师本科48组员 方案实施制表人：党正霞 审核人：苗加亮 时间：2015年2月1日3、 小组活动计划情况表2 小组活动计划表制表人：党正霞 审核人：苗加亮 时间：2015年2月14日四、选题理由1.在S342大修工程中，道路翻修过程中铣刨大量旧沥青混合料，不能合理利用，造成资源浪费。2. 旧沥青混合料的堆放、遗弃、焚烧、掩埋带来巨大的环境污染问题，充分应用能减少沥青和砂石材料的开采与能源消耗，有利于降低碳排放量和PM2.5。3. 目前公司现有的热再生沥青混合料生产，旧料RAP掺量仅为10%，相对于行业20%-40%的水平，未能发挥本身设备价值，资源浪费。需要进一步提高。五、现状调查 厂拌热再生技术先将旧沥青路面铣刨后运回工厂，通过破碎、筛分(必要时)，并根据旧料中沥青含量、沥青老化程度、碎石级配等指标，掺入一定数量的新集料、沥青和再生剂（必要时）进行拌和，使混合料达到规范规定的各项指标，按照与新建沥青路面完全相同的方法重新铺筑。国外多年的实践证明，厂拌再生沥青混合料路面能够达到并保持所要求的各项路用性能指标，并且具有更好的抗车辙性能。这种再生方式属于结构性再生，能有效地用于各种条件下旧沥青路面的再生利用。根据美国实践经验,相比常规使用新沥青材料的路面,可节约成本10%一30%。目前我拌和站新引进的热再生沥青混合料设备，RAP的掺量仅为10%左右。本QC小组对全国90家有热再生沥青混合料生产的拌和站进行调查，确定影响热再生沥青混合料中RAP掺量的因素有热再生沥青混合料配合比、旧料RAP稳定性、再生设备类型、生产操作人员水平、其他因素等。调查表、排列图如下： 表3 调查表序号项目频数频率(%)累计频率(%)1热再生沥青混合料配合比5156.756.72旧料RAP稳定性2022.278.93再生设备正常运行1011.1904生产操作人员技术水平66.796.75其他因素33.3100合计90100100 制表人：党正霞 审核人：苗加亮 时间：2015年2月14日 根据调查表绘制排列图如下，发现“热再生沥青混合料配合比”、“旧料RAP稳定性”是影响热再生沥青混合料RAP掺量的A类因素。图1 原因调查排列图制图人：党正霞 审核人：苗加亮 时间： 2015年4月14日6、 确定目标QC小组计划将QC目标确定为：再生沥青混合料中旧沥青混合料(RAP)掺量由10%提高到25%。目标设定依据有：1）S342沥青路面铣刨旧料RAP量大，满足生产要求，沥青老化不严重，满足再生要求。2）再生设备是新进设备，操作人员经过培训且有一定的生产经验。3）目前国内外已有大量的再生沥青混合料生产应用经验，提供了有力理论支持。7、 原因分析QC小组对两个A类因素进行原因分析，关联图如下图所示，最终确定11个末端因素。图2 关联图8、 要因确认对于11个末端因素我们进行逐条确认，要因确认表如下表所示：表4 要因确认计划表序号末端因素确认内容确认方法确认标准确认人完成时间1未按频次抽提油石比抽提频次现场检查检查记录每台拌和机每天1-2次，以2个试样的平均值评定党正霞2015.4.162无配合比设计试验每个工程再生沥青混合料配合比设计现场检查检查记录抽查，每个工程、面层都有单独配合比党正霞2015.4.183铣刨刀头布局和铣刨机行走速度不同固定刀头布局和速度现场测试RAP抽提结果孙建蕊2015.4.184工程、面层位置不同引起的料物规格不同RAP级配、油石比、老化程度现场测试抽提结果对比孙建蕊2015.4.195铣刨机故障运行铣刨机故障检修现场测试是否存在故障林庆贺2015.4.216驾驶员错做不当驾驶员技术水平查阅培训记录、现场操作考核1、培训记录齐全2、现场考核合格率100%赵建建2015.4.217级配范围不满足规范要求集料级配范围现场确认符合规范级配设计要求孙建蕊2015.4.26（续上表）序号末端因素确认内容确认方法确认标准确认人完成时间8未进行级配优化配合比级配现场检查至少有三个级配优化方案党正霞2015.5.69集料料源不稳定料源及集料筛分结果现场检查现场测试料源稳定党正霞2015.5.1710未添加匹配再生剂再生沥青混合料配合比设计现场调查、分析是否添加再生剂徐文涛2015.5.2011试验人员技术水平不足操作、理论水平现场检查现场测试1、培训记录齐全2、现场考核合格率100%赵建建2015.5.26制表人：党正霞 审核人：苗加亮 时间：2015年5月50日 1. 未按频次抽提油石比【确认方法】现场检查、检查记录【标 准】每台拌和机每天1-2次，以2个试样的平均值评定【确 认 人】党正霞【确认时间】2015.4.16【实 测】检查拌和站引进热再生沥青混合料生产设备以来其抽提试验台账，发现严格按照标准要求每台拌和机每天1-2次，以2个试样的平均值为结果的要求。【结 论】未按频次抽提油石比是非要因 2. 无配合比设计试验【确认方法】现场检查、检查记录【标 准】抽查，每个工程、面层都有单独配合比【确 认 人】党正霞【确认时间】2015.4.18【实 测】根据每个工程信息、面层部位、集料类型等检查配合比设计，要求都有单独的配合比设计。【结 论】无配合比设计试验是非要因 3. 铣刨刀头布局和铣刨机行走速度不同【确认方法】现场测试【标 准】RAP抽提结果【确 认 人】孙建蕊【确认时间】2015.4.18【实 测】现场固定铣刨车的刀头布局和行走速度进行旧料铣刨，试验人员对旧料进行试验室抽提试验，发现同一工程，铣刨车刀头布局和行走速度固定时，旧料的抽提结果基本不变。【结 论】铣刨刀头布局和铣刨机行走速度不同是非要因 4. 工程、面层位置不同引起的料物规格不同 【确认方法】现场测试l 【标 准】两次抽提沥青含量差值小于0.3% 【确 认 人】孙建蕊l 【确认时间】2015.4.19l 【实 测】试验人员对不同工程、不同面层的铣刨旧料进行试验室抽提试验，发现不同工程、面层的沥青含量差别较大，超出规范0.3%要求。再生沥青混合料的生产要求铣刨旧料稳定，包括沥青含量和矿料级配等，RAP稳定性是保证RAP掺量提高的有效因素。l 【结 论】工程、面层位置不同引起的料物规格不同是要因 5. 铣刨机故障运行l 【确认方法】现场测试l 【标 准】是否存在故障l 【确 认 人】林庆贺l 【确认时间】2015.4.21l 【实 测】对公司现有铣刨机检查维修、保养记录，现场检测是否存在故障，结果发现铣刨机都定期保养维修，目前不存在故障作业行为。l 【结 论】铣刨机故障运行是非要因 6. 驾驶员操作不当l 【确认方法】现场测试l 【标 准】考试合格率100%l 【确 认 人】赵建建l 【确认时间】2015.4.21l 【实 测】对公司现有铣刨机操作人员进行培训，考试，发现考试合格率100%。l 【结 论】驾驶员操作不当是非要因 7. 级配范围不满足规范要求l 【确认方法】现场测试 【标 准】符合规范级配设计要求l 【确 认 人】孙建蕊 【确认时间】2015.4.26l 【实 测】对已经生产的热拌再生沥青混合料进行试验室抽提试验，将所得抽提后集料进行水洗筛分，对比规范要求的集料范围，发现满足规范要求。【结 论】不满足规范要求是非要因 8. 未进行级配优化l 【确认方法】现场检查l 【标 准】至少三个级配优化方案l 【确 认 人】党正霞l 【确认时间】2015.5.6l 【实 测】对检查热拌再生沥青混合料的级配曲线图，查看是否按照级配优选原则进行方案设计，在设计级配范围内计算13组粗细不同的配合比，使包括0.075mm、2.36mm、4.75mm筛孔在内的较多筛孔的通过量分别位于设计级配的上方、中指和下方，然后进行一系列比较。生产的热拌再生沥青混合料进行抽提，所抽提的集料水洗筛分，绘制级配曲线图，查看级配情况。发现并不是最佳级配，有待优化。l 【结 论】未进行级配优化是要因 9. 集料料源不稳定l 【确认方法】现场检查，现场测试l 【标 准】料源稳定l 【确 认 人】党正霞l 【确认时间】2015.5.17l 【实 测】集料料源不稳定是引起集料不稳定影响配合比设计的重要因素，因此本QC小组对拌和站的集料料源进行调查，并对同一料源不同进料日期的集料进行筛分，结果发现同一料源的集料筛分结果相差不大，稳定性良好。l 【结 论】集料料源不稳定是非要因 10. 未添加匹配再生剂l 【确认方法】现场调查、分析l 【标 准】是否添加再生剂l 【确 认 人】徐文涛l 【确认时间】2015.5.20l 【实 测】本拌和站生产的热再生沥青混合料初期无任何外加剂的添加，影响了RAP的掺量。调查国内外热再生沥青混合料的研究现状发现，目前再生剂的添加成为提高RAP掺量的一个重要手段，且能显著改善热再生沥青混合料的路用性能。l 【结 论】未添加匹配再生剂是要因 11. 试验人员技术水平不足l 【确认方法】现场检查、现场测试l 【标 准】持证上岗，现场考核合格率100%l 【确 认 人】赵建建l 【确认时间】2015.5.26l 【实 测】对拌和站试验 人员检查其取证情况，并现场考核，发现合格率100%l 【结 论】试验人员技术水平不足是非要因 经过对所有末端因素的逐条确认，我们确定影响热再生沥青混合料配合比和RAP稳定性的主要因素有：工程、面层位置不同引起的料物规格不同，配合比级配优化和添加匹配再生剂。9、 制定对策 针对上述三大要因，本QC小组制定了多套对策方案，对策评价表如表5所示。根据对策评价表制定相应对策，对策表如表6所示。序号要因方案方案分析方案评估评估结果方案选定操作性经济性安全性有效性1工程、面层位置不同引起的料物规格不同1. 对不同工程、不同面层的旧沥青混合料进行分类存放对不同工程不同面层的旧沥青混合料进行分类存放，有利于热再生沥青混合料的质量控制，但占用场地较大。5455192. 对不同工程不同面层的旧沥青混合料混合均匀后使用对不同工程不同面层的旧沥青混合料混合均匀后使用，旧沥青混合料通过混合拌匀，质量可以控制，占用场地较小。4353152配合比级配优化1. 委托相关检测单位进行配合比设计，优化级配填写委托邀请相关检测单位对现有集料进行配合比设计，优化级配，操作性好，但经济性差，不利于试验人员自身技术、经验的提高。5353162. 本拌和站试验人员自主进行级配优化设计针对本拌和站试验人员自身技术水平不足进行培训后，由试验人员进行级配优化的配合比设计，过程耗时较长但经济性好，利于技术人员积累经验。4555193添加匹配再生剂1. 采用软沥青添加，改善老化的沥青旧料软沥青的添加能一定程度上改善旧料沥青老化现象，提高RAP掺量，但掺量较大，经济性差且生产添加方式复杂。4444172. 根据市场选择良好的再生剂，添加通过市场调查选择匹配的再生剂，进行添加，能显著改善旧料沥青老化现象，提高RAP的掺量。554519表5 要因对策评价表制表人：党正霞 审核人：苗加亮 时间：2015年6月25日表6 对策措施表序号要因原因对策目标具体措施责任人完成地点完成时间1工程、面层位置不同引起的料物规格不同抽提旧料，测定旧料RAP的沥青含量、级配，分类拌和站旧料分类堆放，建立旧料RAP的信息档案1. 对不同工程、面层的路面分类铣刨，拌和站分类堆放林庆贺工地现场2015.7.32. 对铣刨的旧料试验室抽提，确定其沥青含量、矿料级配等参数孙建蕊试验室2015.7.203.不同旧料建立各自参数档案信息党正霞拌和站2015.7.252配合比级配优化对热再生沥青混合料配合比进行级配优化设计，至少三个级配对比确定最佳级配方案1. 邀请相关专家、试验检测人员为拌和站试验员培训、指导苗加亮试验室2015.8.12. 对集料进行筛分试验，制定不同RAP掺量下的级配方案王建军试验室2015.8.73.试验室进行不同级配的混合料性能试验，确定最佳级配方案王建军试验室2015.8.133添加匹配再生剂市场调查后选择匹配再生剂，试验确定再生剂的掺量确定再生剂类型及再生剂最佳掺量1. 市场调查再生剂类型，选择匹配再生剂林庆贺拌和站2015.8.192. 不同再生剂产量下添加不同掺量的RAP，试验室测定性能确定再生剂最佳掺量及RAP掺量孙建蕊试验室2015.9.53. 进行试验段施工，确定热再生沥青混合料的生产效果党正霞工地现场2015.9.28制表人：党正霞 审核人：苗加亮 时间：2015年6月30日10、 对策实施 1. 实施一：对不同工程、面层的旧沥青混合料进行分类存放，建立信息档案为减小沥青混合料旧料在热再生沥青混合料生产过程中的离散性，在生产过程中我们对不同工程、面层的路面分类铣刨，拌和站分类堆放，对铣刨的旧料试验室抽提，确定其沥青含量、矿料级配等参数后，对不同旧料建立各自参数档案信息。这样能及时调整生产配合比，确保热再生沥青混合料的生产稳定，性能满足规范要求。拌和站旧料RAP的分类堆放如图3所示，信息档案建立如图4所示，检查发现分类堆放和信息档案的建立能显著增加热再生沥青混合料生产过程中旧料RAP的稳定性。因此对策有效。 图3 拌和站旧料RAP分类堆放 图4 旧料RAP的抽提信息档案 2. 实施二：配合比级配优化 A. 邀请相关专家、试验检测人员为拌和站试验员培训、指导考虑拌和站试验人员知识水平，本QC小组为更好进行配合比优化设计，先组织相关专家对拌和站试验人员进行指导培训，提高本拌和站试验人员的专业素养，后期考核发现此次培训取得了良好的效果，考核成绩都在90分以。表7 培训人员考试成绩统计热再生沥青相关专业知识考核成绩(总分100分)姓名成绩姓名成绩徐文涛95焦胜95曲永强92付荣磊96林庆贺91庄祥97孙建蕊96王阳明91党正霞94管桂龙96王建军90姜自强97王跃杰92李明伟94王振伟93张强90B. 对集料进行筛分试验，制定不同RAP掺量下的级配方案初步确定本次QC活动基于S342工程的ATB-25热再生沥青混合料生产，所用集料有20-30mm碎石、10-15mm碎石、5-10mm碎石、0-3mm石屑，而旧料RAP的使用类型为RAP-15-25mm和RAP-0-15mm。试验室下进行筛分试验，为级配设计准备。初步将RAP的掺量定为15%、20%、25%，保证每个掺量下都有至少三个级配优化方案，如下图所示。图5 级配设计之一C.试验室进行不同级配的混合料性能试验，确定最佳级配方案试验室拌和不同级配的热再生沥青混合料，检测其马歇尔性能指标、稳定度、流值等性能，15%和20%旧料掺量的热再生沥青混合料马歇尔性能指标满足规范要求，而25%的试件性能指标不满足规范要求。因此认定通过级配优化，可将RAP掺量提高到20%。因此对策有效。 3. 实施三：添加匹配再生剂A. 市场调查再生剂类型，选择匹配再生剂 再生剂是一种特殊的有机材料，它能够将老化后的旧沥青的物理及化学性质改善至规范要求的范围内。再生剂一般为低粘度的油料，比如重油、机油、润滑油甚至一些植物油，较软的沥青和专门针对老化沥青开发的特殊油分也可作为再生剂使用。从混合料的角度来看，再生剂主要有以下两点作用：第一，恢复老化后的旧沥青的性质，使其能够软化并裹覆外加的新集料，作为混合料设计所要求的结合料的一部分；第二，改善混合料的耐久性能，使其达到最佳状态。根据市场调查选择中海油再生剂，如图6所示。图6 中海油再生剂 B. 不同再生剂掺量下添加不同掺量的RAP，试验室测定性能确定再生剂最佳掺量及RAP掺量基于优化配合比级配设计后RAP掺量提高到20%，试验室选定再生剂后计划将RAP掺量继续提高25%、30%、35%，为确定再生剂的最佳掺量，试验室同样确定了三个掺量，分别为混合料重的0.1%、0.15%和0.2%。试验室拌和热再生沥青混合料，效果如图7所示。检测混合料性能指标，结果如图8所示。通过对比试验结果发现，在最佳油石比下，通过室内各项路用性能试验，进行了RAP掺量对热再生沥青混合料性能的影响分析结果显示，RAP掺量在25%35%之间时，随着RAP掺量的增加，热再生沥青混合料的动稳定度呈指数增加；弯拉强度、劲度模量和渗水系数呈线性增加，而弯拉应变和构造深度呈线性减小；浸水马歇尔稳定度和冻融劈裂强度比呈单峰曲线关系这表明随着RAP掺量的增加，热再生混合料的高温稳定性增强，低温抗裂性、抗渗性和抗滑性减弱，水稳定性在RAP掺量为30%时达到最大且再生剂的最佳掺量为混合料质量的0.15%图7 试验室拌和的热再生沥青混合料图8 热再生沥青混合料性能检测结果C. 进行试验段施工，确定热再生沥青混合料的生产效果为进一步验证再生剂类型、掺量、旧料RAP掺量的实用效果，需要进行试验段的铺筑，确定施工参数。其配合比如下：原材料：沥青：70#道路石油沥青；原路面铣刨料RAP15-25mm、RAP0-15mm；石灰岩20-30mm、10-15mm、5-10mm、0-3mm；矿粉，再生剂：占混合料质量的0.15%通过目标配合比和生产配合比的确定试验，最终确定的再生沥青混合料ATB-25的生产级配为：20-30mm：10-15mm：5-10mm：0-3mm：RAP15-25mm：RAP0-15mm：矿粉=40:11:10: