乳化沥青厂拌冷再生混合料施工技术研究
摘要
关键词
乳化沥青厂拌冷再生;再生机理;技术标准;配合比设计;施工控制
正文
厂拌冷再生技术主要指将沥青路面废弃铣刨料进行回收利用,按照一定粒径要求进行破碎加工,然后在拌和楼掺入适量的胶结料(一般指乳化沥青、泡沫沥青等)、水泥、新集料等重新拌和后用于路面结构基层或下面层,由于该技术具有旧料利用率高(80%~100%)、节能环保、施工易控等优点,在中国沥青路面建设和养护中得到了广泛应用。一般按胶结料的不同,厂拌冷再生技术可分为乳化沥青厂拌冷再生和泡沫沥青厂拌冷再生,其中乳化沥青厂拌冷再生技术是目前中国应用较为广泛的沥青路面再生技术。该文分别基于原材料控制、设计方法、现场施工等关键技术,系统研究乳化沥青厂拌冷再生技术的应用。
1乳化沥青冷再生混合料强度机理
1.1强度形成机理
乳化沥青厂拌冷再生混合料的成型过程和热拌沥青混合料明显不同。乳化沥青厂拌冷再生混合料主要以乳化沥青作为稳定剂,由于其为基质沥青与水的混合体,在完全形成粘结性能的过程中,须经过与骨料粘附、破乳分解、排水、蒸发等过程。
刚经过拌和碾压的乳化沥青厂拌冷再生混合料,由于水分占据混合料分散体系的空隙,降低了骨料间内摩阻力和粘结力,因此其强度形成过程相比于热拌沥青混合料要长。在其过程中,随着车辆荷载的不断碾压,混合料内部水分逐渐蒸发,混合料密实度逐渐增加,混合料强度和抵抗车辆荷载的能力也随之增强。国外曾做过大量的试验,一般认为乳化沥青厂拌冷再生路面的弹性模量随沥青破乳时间的延长而增长,初期强度的弹性模量可达最终值的95%,初期强度一般为半年,有时达1年或2年。同时,由于掺入的少量水泥产生水化反应,吸收了混合料中部分水分,加快了乳化沥青破乳速度和强度的形成。
1.2强度影响因素
(1)含水量。乳化沥青厂拌冷再生混合料强度与含水量息息相关,当含水量较高时,混合料易产生离析、流淌等现象,达不到初期强度要求;当含水量较小时,将导致混合料拌和不均、破乳速度快,后期在碾压过程中不易压实。
(2)乳化沥青品质和含量。适宜的乳化沥青和含量,可显著提高乳化沥青厂拌冷再生混合料的早期和后期强度。
(3)水泥掺量。掺入适量的水泥可起到改性剂的作用。同时,其水化反应过程中可促进乳化沥青破乳,从而提高再生混合料的早期强度和高温性能。
(4)铣刨料级配组成。破碎加工后的铣刨料级配是影响再生混合料的强度和性能的重要因素,一般采用骨架嵌挤级配可显著提高混合料的强度和稳定性。
(5)养生。乳化沥青厂拌冷再生混合料在铺筑、碾压等工艺完成后,需要进行养生。一般来说,混合料强度随着环境温度和风力的增大而增高。 1.3胶结料掺量对混合料性能的影响
乳化沥青冷再生混合料中同时含有水泥和乳化沥青两种粘结料,两种粘结料的不同掺量对混合料稳定度和抗压强度具有显著影响。掺水泥后的混合料相比于未掺的混合料来说,其性能均有显著提高,但性能增长幅度随乳化沥青用量的增加而降低。当乳化沥青用量不大于4.2%时,水泥掺量在1.0%时对再生料强度影响较大,故建议水泥掺量应不小于1.0%。
2混合料设计方法
2.1确定初试级配
一般地,乳化沥青厂拌冷再生混合料级配可分为粗型级配和中型级配,考虑到依托工程乳化沥青厂拌冷再生混合料用于下面层,为提高路面结构整体强度,该工程采用粗粒式级配,以期利用粗集料间的骨架嵌挤作用来提高混合料内摩擦角,达到提高强度的目的。
通过对旧铣刨料的重新筛分试验可知,由于该工程铣刨料中大粒径集料和细集料偏少,为提高混合料强度,采用掺入一部分新料的方式改善混合料的级配。
2.2最佳含水量的确定
合理的含水量是保证乳化沥青冷再生混合料强度和压实度的关键因素。该文参照现行JTGE40-2007《公路土工试验规程》,通过变化含水量来进行击实试验确定混合料的最佳含水量。初步拟定冷再生混合料乳化沥青掺量为4.0%,混合料含水量按照0.5%变化幅度在3.0%~6.0%之间选取7个标准试验含水量。
2.3最佳乳化沥青用量确定
根据上文确定的最佳含水量,通过不同乳化沥青含量空隙率试验和强度试验确定最佳乳化沥青用量。试验过程中,采用马歇尔成型方法,将试件在常温下养生24h后进行空隙率试验。
同时,分别对试件进行常温养生和水浴养生,测试试件劈裂强度。通过对试验数据的拟合可知,乳化沥青最佳用量为4.3%,且在此用量下,混合料强度能够满足相关规范要求。
2.4性能验证
(1)水稳定性能。根据以上配合比设计结果,按前文所述方法成型试件,并进行冻融劈裂试验。试验结果显示,采用以上配合比设计的乳化沥青厂拌冷再生混合料TSR为85.1%,能够满足规范不小于70%的技术标准。
(2)高温稳定性能。采用SPT试验机对乳化沥青厂拌冷再生混合料进行高温蠕变试验。为了更好地界定评估混合料的高温稳定性能,该文采用同工况下的下面层常用混合料AC-25进行对比分析,结果如图7所示。试验结果显示,乳化沥青厂拌冷再生沥青混合料的高温蠕变性能与传统的道路石油沥青混合料相当,能够满足道路使用性能的要求。
3施工工艺
乳化沥青厂拌冷再生混合料施工环节包括铣刨料预处理、原路面处理、混合料拌和、运输、摊铺、碾压、养生等,具体要求包括:
(1)旧料预处理:将进行破碎加工后的铣刨料按粗(9.5~19mm)、细(0~9.5mm)进行分档堆放,堆放高度不宜超过2m,堆放时间不宜超过15d。在铲运过程中,应在同一水平面范围进行铲料。
(2)拌和:旧铣刨料和新掺入的集料用量可通过冷料仓转速来控制。拌和前,应对集料进行含水量测试,按照施工配合比,将旧料、乳化沥青、水等原材料进行搅拌。搅拌过程中,应随时调整拌和方式,以保证集料被乳化沥青完全裹覆。
(3)运输:乳化沥青冷再生混合料应在乳化沥青破乳之前运到现场进行摊铺、碾压,因此,所设的拌和场站距施工现场不宜太远,以免导致乳化沥青提前破乳,否则应予以废弃。在环境条件不利时,在运输过程中可对乳化沥青厂拌冷再生混合料进行覆盖。
(4)摊铺:保证摊铺机匀速、缓慢前进(2~4m/min),在摊铺过程中,应随时检查摊铺离析较为严重的位置,并及时进行处理。
(5)碾压:碾压应在乳化沥青破乳前进行,建议采用如表3、4所示的碾压工艺。 (6)养生:根据乳化沥青混合料强度形成机理可知,应在乳化沥青破乳及混合料强度形成后才能进行后续施工。养生过程中禁止所有车辆通行,同时应随时检测混合料的含水量,当混合料中的水分蒸发至2%以下时,方可继续铺筑上中面层结构。一般来说,当气候状况较好时,养生期为3~7d。
4结论
(1)乳化沥青厂拌冷再生混合料强度随着水分的逐渐蒸发、乳化沥青的破乳而逐渐提高,一般情况下初期强度形成需1年时间,掺入一定比例的水泥可加速强度发展。
(2)提出了乳化沥青厂拌冷再生混合料的技术标准,同时分别采用最大干密度和劈裂强度指标控制再生混合料中含水量及最佳乳化沥青含量,在此基础上,提出了乳化沥青厂拌冷再生混合料的设计方法。
(3)依托省道沥青路面改造工程,总结了乳化沥青厂拌冷再生混合料施工工艺。
(4)通过现场实施情况来看,该文提出的乳化沥青厂拌冷再生混合料关键技术能够满足路面使用性能要求,相关成果和经验可为类似工程提供参考和借鉴。参考文献:
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