高性能乳化沥青厂拌冷再生混合料设计与施工实践

兰±璺鲨全垦至鎏塑妻垫查銮亟垒丝塞壅——兰±璺鲨全垦至鎏塑妻垫查銮亟垒丝塞壅———————————————————————————————————————————————————————————一一高性能乳化沥青厂拌冷再生混合料设计与施工实践陈李峰，孙雪伟(江苏燕宁新材料科技发展有限公司，南京211112)摘要：乳化沥青厂拌冷再生技术应用十分广泛。常温施工，节约能源．符合国家提倡的节能减排的政策要求，且废弃料的循环利用，节约了工程造价，也减少了废弃材料堆放而占用耕地造成的浪费，保护了环境·本文依托宁高高速公路连网收费改造工程．分析乳化沥青厂拌冷再生技术混合料设计与旋工实践等方面的成套技术体系，供类似工程参考。关键词：高性能乳化沥青厂拌冷再生混合料设计施工实践沥青路面再生与传统的沥青路面维修方式相比，能够节约大量的沥青、砂石等原材料。节省工程投资，同时有利于处理废料、保护环境，因而具有显著的经济效益和社会、环境效益。随着人们对环保、社会效益的关注，以及技术的进步，沥青路面再生利用技术越来越受到人们的重视。沥青路面的再生利用，就是将旧沥青路面经过酾挖、回收、破碎、筛分等方法处理后，与再生剂、新沥青材料、新集料等按一定比例重新拌和成混合料，能够满足一定的路用性能并重新铺筑于路面的一整套工艺。由于对旧材料进行重复利用，在施工过程中，路面的几何线形及厚度能得到很好地保持。与其它沥青路面修复技术相比，沥青路面再生还能在一定程度上减少连续交通中断的现象，乳化沥青厂拌冷再生技术是将回收沥青路面材料运至拌合厂，经破碎、筛分后，以一定比例与再生剂、活性填料、水进行常温拌台，形成具有预期路用性能的混合料，并在常温下进行施工。本文结合宁高高速公路连网收费改造工程，从冷再生原材料要求、配合比设计、施工工艺等方面进行分析研究，总结乳化沥青厂拌冷再生技术关键控制环节，供类似工程参考。1再生机理与影响因素分析1．1再生机理乳化沥青再生混合料是一种复杂的复合材料。压实不久的乳化沥青再生混合料是由初步开始破乳并恢复沥青性质的乳化沥青、较多数量的水、粗集料、细集料和矿粉构成，某些情况下还包括较少量的水泥；压实成型的混合料，在行车荷载和环境温度作用下，水分不断蒸发、乳化沥青不断破乳并恢复沥青粘结性质，30d后乳化沥青再生混合料含有很少量水分，强度发育完成，最终达到与热沥青路面几乎相同的效果。1．2强度影响因素1、养生条件养生条件主要是指温度、风等环境因素。在强度形成过程中，温度越高、风力越大，乳化沥青破乳速度越快，水分蒸分越快，越有利于强度提高。2、拌和总用水量在满足拌和时间和裹覆均匀条件下．用水量不宜过多。水过多，混合料过稀，容易产生离析、流淌、不易压实等现象，不能达到初期强度要求；水过少，不易拌和均匀、破乳过快，不易压实。3、沥青用量确定最佳乳化沥青用量，对早期和后期强度都有重要影响。】35——————————————————堡——————————————————堡!：璺姿全旦互塑塑童垫查銮鎏叁堡奎叁4、水泥用量水泥是影响乳化沥青再生混合料路用性能的重要因素。乳化沥青再生混合料中的水泥，不但起到矿料作用，更起到改性剂的作用。加入水泥之后，无论对乳化沥青再生混合料早期强度还是成型强度都有较大提高。水泥水化以及水泥促使乳液尽快破乳，有效提高了混合科早期强度，并改善了混合料的高温稳定性。5、乳化沥青用性能良好的乳化沥青拌制的混合料相应较好，要能够满足施工中各项要求。6、集料级配骨架～密实结构对早期和后期强度都有利，矿粉的用量也是一个重要因素。2材料要求2．1高性能乳化沥青指标要求基于运距、夏季高温施工、风力等气候及交通条件因素考虑．本项目采用慢裂型乳化沥青，其要求见表1。表1慢裂型乳化沥青技术要求2．2水泥水泥作为乳化沥青冷再生混合料的强度提高及增强黏附性能的粘结材料，宜采用普通硅酸盐水泥．水泥标号为P．042．5，初凝和终凝时间分别在3h以上和6h以上，快硬、早强水泥不得使用。水泥应疏松、无受潮变质，无聚团、结块，同时其它各项性能应达到相应规范要求。2．3水可采用可饮用水或经检验符合环保要求的非饮用水。2．4老路铣刨材料(PAP)RAP材料需经过循环破碎处理。分为粗细2档材料．本项目规定规格为o～9．5nlm、9．5～26．5mill，筛分完成后的材料分堆堆放，料堆高度不超过3m，以防回收料受高温和重力作用结块成团，且堆放场地136陈李峰等．高堡墼塾些塑童[陈李峰等．高堡墼塾些塑童[苎堡墨竺堡鱼塾望生皇些三窒些————————————————————————————————————————————————————————————————一需硬化排水顺畅，做好覆盖防雨措施。经筛分预处理后的RAP应避免长时问的堆放，料仓中的RAP应及时使用。2．5集料集料质量应满足现行JTGF40--2004《公路沥青路面施工技术规范》中集料的技术要求。2．6矿粉矿粉采用石灰岩碱性石料磨细得到，应确保0．075mill筛孔通过率>75％，亲水系数<l，含水量S1％，同时，矿粉须干燥、清洁，无团粒结块。3乳化沥青厂拌冷再生配合比设计3．1配合比设计流程乳化沥青厂拌冷再生混合料配合比设计按照图l流程进行a差水损坏问题密实度问题圈I配台比{殳计流程3．2配合比设计3．21RAP分析采用随机取样的方法，低温烘干确定RAP含水量。剔除烘干的铣刨料中大于31．5mm的颗粒，并将其分档筛分，确定各档级配组成，并对各档RAP抽提回收确定沥青含量。为了及时掌握RAP的性质，每l000tRAP应提取样品一份(当日用量不足1000t时，保证每日提取样品一份)t指标见表2·137第十四次全国石油沥青技术交流会论文集3第十四次全国石油沥青技术交流会论文集3．2．2初选级配乳化沥青冷再生混合料通过充分利用粗骨料之间的骨架嵌挤作用来提高结构层强度，本项目设计采用粗粒式厂拌冷再生混合料应用于下面层，根据强度形成机理，掺入一定比例的新集料以改善再生混合料的级配，弥补旧料的RAP料中粗、细集料偏少的现象，提高混合料强度，参照再生技术规范粗粒式设计级配范围要求，选择了粗级配范围，通过试验调试，本工程确定了表3所示的级配。其中，粗铣刨料：细铣刨料：新集料：矿粉：水泥=28．O％：45．O％：22．0％：2．0％：3．O％，满足规范要求且级配曲线表征为s型曲线。表3初选级配 ％3．2．3最佳含水量的确定配合比设计最佳含水量参照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》T0842的方法，对混合料进行振动压实法试验，以确定最佳含水量OWC，拟定3．0％、4．O％、5．0％、6．0％、7．0％五个含水量进行振动压实试验，根据试验结果绘制出干密度与实际含水量的关系曲线，见圈2，拟合曲线中最大干密度值对应的含水量即为最佳含水量OWC。在目标配合比和生产配合比设计过程中，外掺水量分别按式(1)、(2)计算：Wo2W一(B—B) (1)既=W一(占一B。)一阡，见p f，、式中：耽为外掺水量；∥为总含水量；曰为乳化沥青加热前质量；矗’为乳化沥青加热后质量；WRAP为旧铣刨料中含水量。I38陈李峰等．高性能乳化沥青厂拌冷再生混合料设计与施工实践图陈李峰等．高性能乳化沥青厂拌冷再生混合料设计与施工实践图2振动压实法确定最佳含水量由图2可知，振动压实法确定的级配最佳含水量OWC为4．9％。3．2．4确定最佳乳化沥青用量OEC根据确定的最佳含水量、空隙率、15℃劈裂强度等指标，拟定3．O％、3．5％、4．0％、4．5％、5．0％五个乳化沥青用量范围，按照双面各击实75次，采用马歇尔击实法成型试件，试件进行密度试验和15℃劈裂强度试验，绘制出乳化沥青用量与劈裂强度关系曲线，确定最佳乳化沥青用量OEC。试验结果见表4、表5和图3。表4密度测试结果乳化沥青用量，％ 含水量，％ 毛体积相对密度 实测理论最大相对密度 空隙率，％30 2 7 2 2 55 2 3 4 挖U 2O 2 5 9 6 9-____________--●--I-________一____________________________---___●●-一●_________-_---要求 9～123．吐45 2坞拢孙拍0 0‘2n∞妇蚂4 m口； 45．0 2．278 2．489 8．5表5劈裂强度试验结果乳化沥青用量，％ 干劈强度(15℃)／MPa 浸水劈裂强度(15℃)／MPa3．O 0．8754 0．754 53．5 0050 0．80284．0 1188 0．92504．5 1046 0．90205．0 0．7448 0．6643图3乳化沥青用量一劈裂强度曲线139第十四次全国石油沥青技术交流会论文集由表第十四次全国石油沥青技术交流会论文集由表4、表5和图3的试验结果可判定设计级配所对应的最佳乳化沥青用量为4．3％(外掺)。在最佳乳化沥青用量和最佳含水量条件下，再生混合料15℃干劈强度为1．146lMPa，15℃浸水劈裂强度为0．9463MPa，满足乳化沥青冷再生混合料设计所要求劈裂强度不小于0．5MPa的强度指标；试件空隙率为10．1％，满足乳化沥青冷再生混合料9％-12％设计要求。3．2．5混合料设计结果通过以上试验分析，判定初选设计级配是可行的，配合比为粗铣刨料：细铣刨料：新集料：水泥：矿粉=28．O％：45．o％：22．O％：2．0％：3．0％，乳化沥青的用量为4．3％、最佳含水量为4．9％(乳化沥青和水均为外掺)。3．2．6沥青混合料性能验证对确定级配、最佳乳化沥青掺量和最佳含水量成型的混合料试件进行空隙率和冻融劈裂试验，以检验乳化沥青冷再生混合料的水稳定性能，试验结果如下表6所示，由试验结果可知，再生混合料性能满足路面使用要求。表6千湿劈裂强度试验结果注：’指条件冻融劈裂强度与非条件劈裂强度的百分比。4施工工艺与质量控制4．1施工准备基层病害处理完后对铣刨断面进行除尘，配合人员清扫，保证试铺断面干净整洁。(1)材料质量检查对进场的乳化沥青、粗集料、水泥、再生剂及其它材料按质量标准和批量频度进行试验，以防不合格的材料入场。(2)下承层清理宁高高速公路连网改造工程所用铣刨料为面层铣刨料。现场采用一台维特根2000型铣刨机进行铣刨作业，成功铣刨后对基层存在的一些病害情况，及时进行处理。在乳化沥青再生沥青混合料铺筑前．应清扫下承层表面的杂物、浮料和泥土等。(3)洒透层油摊铺冷再生混合料前应在基层表面喷洒一层乳化沥青，喷洒量控制为纯沥青用量O．2~0．3kg／m2，应保证规定的洒布量，做到均匀喷洒。表面无花自，遗漏部位用人工补齐，过量多余沥青材料应用人工刮除。(4)检查下承层的施工质量除几何线形外，重点检测基层的强度和平整度。达到合格标准后方能进行再生作业。4．2RAP的预处理项目实施过程中主要对RAP材料进行了以下三方面预处理：(1)RAP材料的破碎和筛分陈李峰等．高性能乳化沥青厂摔冷再生混合料设计与旖工实践经过铣刨之后的陈李峰等．高性能乳化沥青厂摔冷再生混合料设计与旖工实践经过铣刨之后的RAP材料进行筛分处理，根据旌工指导意见及以往工程经验，振动筛设置为9．5mm和26．5mm，分为(O～9．5)mm档和(9．5～26．5)mill档使用；(2)预处理后的RAP堆放场地经过硬化处理．破碎筛分之后的RAP材料运回到料场后均匀的摊开，第二车再在其上摊开，依次类推，料堆的高度不超过3m；(3)RAP材料的铲运使用预处理后的RAP材料争取在两周内使用：铲料时从料堆一端开始全范围内使用。4．3拌和(1)新集料及RAP用量控制通过传送皮带的转速进行控制，确保集料用量准确，可通过皮带取料进行级配分析：(2)乳化沥青、永、水泥和矿粉的添加各材料供给分别进行计量，所有料斗、乳化沥青箱、水箱、罐仓都装配有高精度电子动态计量器，以确保计量精确性。(3)拌和时间与产量冷再生材料的拌和时间进行控制，拌合标准以冷再生混合料均匀、呈褐色、无花自料、无液体流淌、无粉料结块成团等现象为宣。拌和楼正常产量控制在300t／h。4．4冷再生混合料的运输、摊铺、碾压(1)冷再生混合料运输拌合完成后尽快运输到前场等待摊铺，并确保在拌和后lh内使用。运输车使用不透光的棉被或者帆布进行覆盖，防止乳化沥青见光破乳和水分损失。(2)冷再生混合料摊铺保证摊铺过程的连续稳定，摊铺速度的控制应和择和能力相适应，摊铺过程中摊铺速度通常控制在2～4m／min。铺面确保无明显离析、推移、裂缝等现象。(3)碾压碾压工作确保在乳化沥青破乳前完成。碾压工艺为：初压采用一台双钢轮压路机(12t)静压一遍；复压采用一台单钢轮压路机(22t)高频低幅振动方式碾压6遍，然后采用一台轮胎压路机(26t)静压5遍：终压采用一台双钢轮压路机(12t)静压1～2遍进行收光。(4)养生及开放交通在封闭交通情况下养生时，自然养生，无需采取任何措施。在开放交通情况下养生时，再生层在压实成型后至少3天方可开放交通，同时禁止重型车辆通行。乳化沥青冷再生混合料下面层在加铺上层结构层前必须养生，养生时间不得低于3天。在满足再生层能够取出完整芯样或者再生层含水率低于2％时可提前结束养生。4．5再生层质量检测现场施工完成7d后，现场取芯分析和室内冻融劈裂强度试验。试验段取芯均可取出完整芯样，各项指标检测结果如表7、8所示，均满足规范要求且强度较高，表明乳化沥青冷再生整体效果较好，后期可进行大规模施工。141第。1第。1．四次全国石油沥青技术交流会论文集表7芯样厚度及压实度混合料类型 非条件 条件TSR*，％ 要求，％空隙率，％ 劈裂强度／MPa 空隙率，％ 劈裂强度IMPa冷再生 82．1 ≥7010．3 1．0395 n．0 0．8538注：’指条件冻融劈裂强度与非条件劈裂强度的百分比。5结论a)结合实体工程，本项目研究了乳化沥青厂拌冷再生混合料的配合比设计、铣刨料预处理、拌合、运输、摊铺、碾压、养生等成套施工技术及质量控制方法。b)乳化沥青厂拌冷再生在碾压成型之后，其强度随着水分的蒸发、乳化沥青的破乳不断增强。在7d养生期期间若遇到降雨，宜采用彩条布、Pu薄膜类防雨卷材进行覆盖，并做好路肩排水工作，以确保路面不受雨水浸泡，从而影响再生结构层强度。c)本次乳化沥青厂拌冷再生技术在宁高高速公路工程中应用，混合料和路用性能均满足要求，同时提高了“废料”利用率，减少污染、提高经济效益、节约资源，具有很好的工程应用前景。参考文献fl】中华人民共和国交通部．公路沥青路面再生技术规范JTGF4l—-2008．北京：人民交通出版社，2008f2】郭银涛，刘振清，刘清泉．考虑水泥作用的改性乳化沥青冷再生混合料性能研究．公路交通科技t2012-29(06)：6-10High-performanceemulsificationLiQingChangmixcoldrecycledmixturedesignandconstructionpracticeChertLifeng，Sunxuewei(JiangSuYearningAdvancedMaterialsTechnologyCo．LTD．Nanjing211112)libstract：EmulsificationLiOingChangmixcoolregeneratedtechnologyapplicationisveryextensive，normalconstruction，saveenergy，inlinewiththenationalpolicyfortheadvocateofenergyconservationandemissionsreducti