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恒裕工程冷再生技术的性能研究

一、冷再生技术的意义
沥青路面的现场冷再生技术,是将旧沥青路面用大功率路面铣刨拌和机将路面混合料在原路面上就地铣刨、翻挖、破碎,再加入稳定剂、水泥、水和新集料等按一定比例重新拌和混合料,同时就地拌和,最后碾压成型。使之能够满足一定的路用性能的一套工艺技术。可广泛应用于旧路改造升级,高速公路大修工程取代原有的“罩面”工艺,大幅度提高公路整体质量,延长道路使用年限,充分发挥公路建设投资的效益。

其意义可以归纳概括为以下几个方面:
1.沥青路面冷再生投入成本较低,但再生后可以明显提高路面基层强度及抗疲劳性能,改善路面使用性能。用于公路大修、提高道路等级大幅度降低建设成本。
2.冷再生施工工艺简单,施工进度快,开放交通早,可以不断交施工,保证道路的畅通。
3.节约大量土地、矿产资源,避免了旧油石废弃污染,同时施工时相对传统工艺环境污染小,有利于保护生态环境。
二、国内外技术概况及发展趋势
国外对沥青路面再生利用研究,最早从1915年在美国开始的,但由于以后大规模的公路建设而忽视了对该技术的研究。1973年石油危机爆发后美国对这项技术才引起重视,并在全国范围内进行广泛研究,到20世纪80年代末美国再生沥青混合料的用量几乎为全部路用沥青混合料的一半,并且在再生剂开发、再生混合料的设计、施工设备等方面的研究也日趋深入。沥青路面的再生利用在美国已是常规技术应用于生产,目前其重复利用率高达80%。
西欧国家也十分重视这项技术,联邦德国是最早将再生料应用于高速公路路面养护的国家,1978年就将全部废弃沥青路面材料加以回收利用。芬兰几乎所有的城镇都组织旧路面材料的收集和储存工作,用于各类道路路面工程。法国现在也已开始在高速公路和一些重交通道路的路面修复工程中推广应用这项技术。
近年来我国开始从国外引进施工机械和技术开始沥青路面再生技术研究应用。我省公路建设起步较早,高速公路网络已初步形成,京石等高速公路已进入大修期,如何增加现有资金的投资有效性,再生施工技术成为了首选,并且准备在我市进行试验段工作。为配合此项工作,2004年10月对乳化沥青冷再生混合料进行了大量的试验工作,对其路用性能进行了深入的分析。
三、试验方案及目的
将原有路面破碎后舔加一定比例水泥、乳化沥青稳定剂形成高强度基层,由于在国内还没有规程、规范对此类型混合料的要求及试验方法,并且同时掺加两种稳定材料,因此既类似沥青混合料材料性能又要满足普通基层材料要求。因此根据其特点进行了普通马歇尔试验、无侧限抗压强度试验、间接抗拉劈裂试验从而确定最佳的乳化沥青用量。
四、级配设计
铣刨材料和水泥筛分结果见表1。根据筛分结果及《公路路面基层施工技术规范》中基层材料的级配要求,经过计算,搀加2%的水泥后,合成级配基本满足要求。只有31.5的筛孔通过率不能达到100%的要求,这与原路面结构级配有关,应不与考虑,决定采用此结果进行下一步的试验工作。
表1 级配设计结果

五、马歇尔稳定度试验
马歇尔试件成型采用标准方法,每面各击75次。脱模后,40℃干燥养生72小时,然后进行密度测定和马氏试验。乳化沥青用量选用3%、4%、5%、7%四个用量,掺加2%的水泥进行试验。
(一)密度测定
密度测定采用表干法,其结果见表2。根据此结果绘制图1。
表2 马歇尔试件密度试验结果

图1 乳化沥青用量与密度关系

(二)马歇尔稳定度试验
同一组试件同时进行了标准温度60℃和20℃时的马歇尔稳定度试验,试验结果见表3,根据此结果绘图见图2。
表3 马歇尔稳定度试验结果

图2 乳化沥青用量与稳定度关系图

(1) 20℃和60℃时的马歇尔稳定度具有相同的规律性。
(2) 将3%用量的点去掉,则此时的稳定度规律类似与普通沥青混凝土具有峰值。3%乳化沥青用量的稳定度明显大于4%的用量,是因为此时的沥青含量约1.5%,少与水泥的用量2%,水泥的胶结作用较大造成的。
六、劈裂试验
劈裂试验试件养护条件为40℃,72小时。试件分为两组一组做常温25℃劈裂试验,另一组测定饱水24小时后的劈裂强度。试验结果见表4,根据结果绘图见图3。
表4 劈裂试验结果汇总

图3 乳化沥青用量与劈裂强度关系图

根据表4和图3可以分析得出:
(1)4%至5%的乳化沥青用量时常温劈裂强度最高,但是此时残留强度又最低,不宜选用。
(2)7%用量残留度最好,是因为此时沥青用量最大,空隙率明显减少造成的。从表2和图1中可以看出,此时的混合料密度明显教其他组要大。此时的常温劈裂强度最低,试件变形很大,接近柔性材料,不宜选用。
(3)3%至4%的乳化沥青用量时,劈裂强度及残留度均教好。
七、无侧限抗压强度试验
根据前面马歇尔试件测定的各个乳化沥青用量的密度,制备375px×375px无侧限试件,室温20℃干燥养生7天,测定无侧限抗压强度如表5及图4。

图4 无侧限抗压强度与乳化沥青用量关系图

从表5和图4可以看出,无侧限抗压强度规律性与先前的马歇尔稳定度试验及饱水后的劈裂试验基本符合。
根据图2、图3及图4结果的汇总,基本可以确定乳化沥青用量在3%~4%时效果最佳。结合经济比较,宜选用3.5%乳化沥青用量进行施工。此时马歇尔稳定度较大,劈裂强度、无侧限抗压强度均较高,且残留大,水稳性较好。
八、结语
由于冷再生技术最根本的出发点,是就地充分利用原由材料,使其再生后满足一定的技术路面要求技术,因此在此试验中并未对破碎后的原路面材料级配进行严格配比,以求施工工艺的简单话,体现冷再生技术的优势。由于不同地区、不同路线的原由路面结构不同,因此冷再生设计的结果也必不相同,在此只是通过此次试验的总结,提供冷再生混合料配比设计的一种方法,供同行借鉴。
按照沥青的设计寿命(15~20年),我国在上世纪90年代陆续建成的高速公路已进入大、中修期,从现在起,每年有12%的沥青路面需要翻修,旧沥青废弃量将达到每年220万吨之巨,如能加以利用,每年可节省材料费3.5亿人民币,而这个数字是以每年15%的速度增长的。10年以后,沥青路面的大、中修产生的旧沥青混合料将达到1000万吨,届时通过再生利用每年可节约材料费15亿元。否则这些为数巨大的沥青混凝土层翻挖后只能白白的废弃掉,不仅浪费了资源,也会对环境造成严重的污染。冷再生技术节约资源,保护生态环境,符合持续发展的要求。其施工中对环境污染小,开放交通早,其社会效益是无法估量的,因此其应用前景必然是广大的。

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