瀝青路面冷再生技術(shù)淺析
2015-07-15
1.引言
目前我國(guó)公路建設(shè)發(fā)展迅速，交通量的不斷增長(zhǎng)，致使車輛大型化及重載超載車的比例不斷提高，使瀝青路面受到明顯的提前損壞。按照瀝青路面的設(shè)計(jì)壽命(10-15年)和實(shí)際使用情況，從現(xiàn)在起，每年約有12％的瀝青路面需要翻修，舊瀝青混合料廢棄量將達(dá)到220萬(wàn)噸之多，如能對(duì)其加以合理利用，每年可節(jié)省材料費(fèi)3億元以上。因此，運(yùn)用瀝青路面冷再生技術(shù)，使得廢棄瀝青混合料變廢為寶，就成為近年來道路工程技術(shù)人員研究的重要課題。
2．瀝青路面冷再生技術(shù)概述
瀝青路面再生技術(shù)按施工溫度和施工工藝可分為四大類:廠拌熱再生、現(xiàn)場(chǎng)熱再生和廠拌冷再生、現(xiàn)場(chǎng)冷再生。其中冷再生技術(shù)就是對(duì)舊瀝青砼路面材料進(jìn)行破碎加工,需要時(shí)加入部分新骨料或細(xì)集料、乳化瀝青(泡沫瀝青)、適量的水及一定添加劑(水泥或石灰),在自然環(huán)境溫度下連續(xù)完成材料銑刨、破碎、添加、拌和、攤鋪及成型,并重新形成結(jié)構(gòu)層的一種工藝方法。經(jīng)過再生后的舊瀝青混合料,再根據(jù)公路等級(jí)的不同,用作路面的基層或底基層或其他半剛性基層材料。由于舊瀝青混合料是用作基層材料,所以只要具有一定的強(qiáng)度、剛度和水穩(wěn)性就基本可滿足要求。而且冷再生技術(shù)往往不涉及舊瀝青材料本身性能的恢復(fù)。
3．采用不同穩(wěn)定劑的瀝青路面冷再生技術(shù)
目前,瀝青路面冷再生最常用的穩(wěn)定劑為水泥、乳化瀝青,泡沫瀝青也逐漸成為研究熱點(diǎn)。這三種穩(wěn)定劑的不同特性決定了冷再生過程中各自獨(dú)特的設(shè)計(jì)方法、施工工藝及質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)等。表1對(duì)以上三種不同冷再生穩(wěn)定劑的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較。
表1三種常用冷再生穩(wěn)定劑的優(yōu)缺點(diǎn)比較
3.1以水泥為穩(wěn)定劑的瀝青路面冷再生
水泥作為穩(wěn)定劑時(shí),其添加方式有兩種,一種是以固態(tài)粉狀水泥與再生料混合,另一種是以水泥稀漿形式與再生料混合。
以水泥為穩(wěn)定劑時(shí),再生結(jié)構(gòu)層易產(chǎn)生收縮裂縫,應(yīng)從下列方面考慮盡量減少收縮開裂程度:
1)水泥含量。水泥用量多則收縮大。為控制收縮開裂,水泥穩(wěn)定劑的用量為2%~4%。
2)回收舊料的性質(zhì)。某些材料以水泥進(jìn)行處理時(shí),收縮量特別大;有些材料在含水量變化時(shí)體積變化相當(dāng)大,塑性指數(shù)較高。當(dāng)材料的塑性指數(shù)大于10時(shí),不應(yīng)單獨(dú)采用水泥作穩(wěn)定處理,必須用石灰與水泥混合或單獨(dú)使用石灰,以降低材料的塑性。
3)施工碾壓時(shí)的含水量。收縮開裂的程度與施工碾壓再干燥而消失的水量成正比,但含水量太低易造成壓不實(shí)。一般建議將施工碾壓時(shí)的含水量控制在比最佳含水量低1%~1.5%。
4)干燥的速率。對(duì)經(jīng)水泥處理后的結(jié)構(gòu)層材料適當(dāng)加以養(yǎng)護(hù),以降低材料干燥速度,從而降低收縮開裂。一般水泥穩(wěn)定結(jié)構(gòu)層施工完后7 d內(nèi)必須灑水養(yǎng)生,或鋪筑臨時(shí)封層和瀝青層,以免結(jié)構(gòu)層表面水分蒸發(fā)過快,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)層收縮開裂。如果沒有鋪筑臨時(shí)封層,則一定期限內(nèi)水泥穩(wěn)定結(jié)構(gòu)層不得開放交通。
3.2以乳化瀝青為穩(wěn)定劑的瀝青路面冷再生
乳化瀝青在常溫下可與潮濕的粒料進(jìn)行拌和提高材料的強(qiáng)度,因此,乳化瀝青是最常用的一種瀝青類穩(wěn)定劑。一般情況下,將乳化瀝青和水泥混合使用,除了可提高再生混合料的水穩(wěn)定性外,還可提高其早期強(qiáng)度,但水泥添加量必須控制在粒料重量的2%以下,以免削弱混合料的抗疲勞性能。
在進(jìn)行冷再生時(shí),一般以含水量與密度的關(guān)系為指標(biāo)控制含水量,確保結(jié)構(gòu)層的碾壓質(zhì)量。但在以乳化瀝青作為穩(wěn)定劑時(shí),必須用總流體含量來代替含水量,用達(dá)到最大密度時(shí)的最佳總流體含量(OTFC)作為指標(biāo)。OTFC指混合料中水與脫乳前乳化瀝青量的總和。在實(shí)際工程中,若現(xiàn)場(chǎng)路面材料的含水量接近OTFC,則加入乳化瀝青會(huì)使材料的總流體含量超過飽和點(diǎn)。這種情況很難用降低乳化瀝青用量來解決,可以加入少量水泥(<2%),如果還是不能解決,則需將現(xiàn)場(chǎng)材料晾干,待其含水量降低到一定程度后再進(jìn)行冷再生處理。
乳化瀝青再生混合料的配合比設(shè)計(jì)中,應(yīng)根據(jù)瀝青路面舊料的級(jí)配情況考慮是否加入新集料,再將混合集料加入不同用量的乳化瀝青和水進(jìn)行試驗(yàn),通過力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)確定混合料的最佳乳化瀝青用量和用水量。
3.3以泡沫瀝青為穩(wěn)定劑的瀝青路面冷再生
以泡沫瀝青作為穩(wěn)定劑時(shí),待處理的材料級(jí)配必須符合一定的要求,其中的細(xì)料部分級(jí)配組成,尤其是0.075 mm以下部分填料對(duì)泡沫瀝青混合料性能的影響最大,這主要源于泡沫瀝青在混合料中獨(dú)特的分布方式。泡沫瀝青混合料中泡沫瀝青只裹覆細(xì)集料,形成一種砂漿,砂漿再以點(diǎn)聯(lián)結(jié)的方式將粗集料顆粒粘成整體,而不像普通的熱拌瀝青混合料或乳化瀝青混合料中瀝青在集料表面形成均勻的瀝青膜。因此,混合料中必須有足夠的細(xì)料,一般規(guī)定0.075 mm通過率不得小于5%,以保證泡沫瀝青的有效分散。
含水量是泡沫瀝青混合料設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù),其作用主要有兩個(gè),即保證泡沫瀝青的分散和混合料的有效壓實(shí)。對(duì)泡沫瀝青混合料合理含水量的研究有很多,目前在實(shí)際使用中主要采用集料最佳擊實(shí)含水量OMC的65%~85%對(duì)應(yīng)的含水量。
泡沫瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)中,首先根據(jù)舊路面材料的級(jí)配情況,考慮是否加入新集料,由不同瀝青溫度和不同用水量確定出合理的瀝青發(fā)泡特性然后通過擊實(shí)試驗(yàn)確定混合集料的最佳含水量,以此確定混合料的拌和用水量;再以不同的泡沫瀝青用量進(jìn)行混合料拌和、成型和養(yǎng)生,通過力學(xué)性能指標(biāo)確定出最佳泡沫瀝青用量。
4．冷再生技術(shù)展望
從節(jié)約能源和運(yùn)輸費(fèi)用角度來看,采用泡沫瀝青進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)冷再生是目前瀝青路面回收再利用比較合適的工藝方式。我國(guó)對(duì)泡沫瀝青及其混合料方面研究較少,作為瀝青材料再生研究的重要內(nèi)容,瀝青混合料冷再生技術(shù)的研究和應(yīng)用需進(jìn)一步引起關(guān)注。同時(shí),長(zhǎng)期以來我國(guó)道路大都采用半剛性基層(據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)90%以上的高等級(jí)公路瀝青路面基層及底基層都采用半剛性材料),再生基層的應(yīng)用可為高等級(jí)公路提供完全不同于半剛性基層材料的新型柔性基層材料。加強(qiáng)對(duì)瀝青路面再生利用的研究,無(wú)論是對(duì)環(huán)保,還是對(duì)路面的使用性能都具有重要價(jià)值。
