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旧沥青路面就地冷再生技术在农村公路中的应用研究

沥青路面mp
2017-02-17
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我国公路建设已经从大规模建设期转为建设护并重。农村公路在我国公路总里程中占绝大部分,这些公路在建设期由于造价低、施工管理不严格,加之后期养护水平低、超载严重和道路管理混乱,造成目前这些路面达不到路面使用要求,将面临大规模的路面养护和维修甚至翻修。

在沥青路面的养护、维修和翻修中,会产生大量的旧沥青混合料,处置这些混合料将花费大量资金并且会对环境造成严重污染。因此对这些旧沥青混合料进行再生处理将会带来巨大的社会和经济效益。沥青路面冷再生技术是解决这一问题的主要方式之一。这种技术是将原沥青路面的面层和部分基层铣刨后,加入一定的再生剂和新集料,通过厂拌或者就地重新铺筑回路面作为面层或者基层的工艺。这种技术经济环保、施工便捷、再生路面性能优异,因此国内外针对冷再生沥青路面的材料组成设计和性能进行了大量的研究。

冷再生的类型及特点

根据冷再生的方式可分为厂拌冷再生和就地冷再生。

厂拌冷再生一般适用于对材料要求较高的路面,再生稳定剂一般使用乳化沥青或者泡沫沥青,这种方法的优点是对原材料的级配和用量可以进行较为准确的控制,使原材料的性能可以得到较好的控制,这种方法目前多用于高等级路面基层或者下面层施工。但是由于原材料的运输,将会增大施工成本。

就地冷再生的稳定剂一般使用无机结合料稳定类(包括水泥、石灰和二灰等)或者乳化沥青,这种方法优点是是施工方法简单、施工周期短、具有良好的经济性。但是由于旧沥青路面原材料组成复杂,旧沥青路面结构遭受的破坏差异性,这导致对于施工质量的控制难度增大,但对于路面原材料要求较低的低等级路面,这种方法由于巨大的经济性的得到了广泛的应用。

根据再生稳定剂的类型可分为无机结合料稳定类(包括水泥、石灰和二灰等)和沥青稳定类(泡沫沥青和乳化沥青等)。从国内外冷再生稳定剂的使用现状来看,水泥由于其取材方便且水泥作为半刚性基层材料在我国已经得到广泛认可。沥青稳定类冷再生基层由于接近柔性基层,因此在我国的应用较少,但是这种工艺在我国已经得到了广泛的研究,且已经铺筑了大量的试验路。

对于农村公路,一般经济性是公路施工的重要因素,因此,水泥稳定类就地冷再生由于其施工方法简单、施工周期短、具有良好的经济性的优点,使得这一方法在农村公路建设中得到了大量的应用研究。

冷再生沥青混合料强度形成机理

水泥稳定剂冷再生的强度形成机理与水泥稳定类材料相似,但是由于旧沥青路面中有沥青的存在,关于这一部分的研究目前并不够深入。有研究表明,在水泥稳定旧沥青混合料中,旧沥青结合料已经经过氧化作用,性能趋于稳定,再生利用后不会迅速变质,在水泥水化时,水泥与旧沥青混合料除物理吸附和化学吸附外,还可能发生化学反应。在旧沥青混合料中,集料被沥青包裹,形成一层沥青膜,当水泥水化后,和旧沥青混合料的集料并不能直接接触,随着水化过程的发生,晶体逐渐生长,进入透过沥青进入集料内部,这使得水泥在旧沥青混合料内部形成嵌入力,随着水化过程的继续,水泥最终于旧沥青混合料中的骨料表面接触,形成强度。

乳化沥青再生混合料的强度形成时间较长,并且强度不高,因此一般在施工过程中会加入一定量的水泥来提高强度和调整破乳时间。水泥产生的水化热将会加速乳化沥青的破乳,并且水化产物会与沥青相互渗透交织,提高再生混合料的密实度、稳定性和耐久性能。

农村旧沥青路面冷再生方案设计及施工工艺研究

旧路面现状调查及冷再生方式选择

旧沥青路面的原路面结构、使用年限和病害状况都是制定路面冷再生方案的前提。通过采集来的路面状况数据,对原路面的使用性能和原材料状况作出判断。在我国低等级沥青路面中,最典型的路面结构是在半刚性基层上铺筑3~10cm的单层沥青混凝土。对于农村公路,由于交通量较低、车辆轴载较小,且一般路面的造价都不高,因此大部分沥青路面厚度为4cm,基层则一般采用无机结合料稳定土。因此,水泥冷再生基层目前在我国的应用研究较为广泛,并且许多省市已经开始采用这种方式对农村公路进行改建。

原材料性能分析

旧沥青路面在多年的服役之后,由于车辆荷载和自然环境的影响,路面材料将会出现较大的性能衰减,沥青老化变硬,粗骨料可能破碎使级配发生改变。因此必须对旧沥青路面的原材料性能进行研究,确定合适的级配和再生稳定剂用量。

旧沥青混合料级配组成。

在冷再生过程中,大多采用面层基层同时铣刨,这使得旧路面材料的级配发生改变。因此对于旧沥青路面的原材料级配必须进行试验研究。青海省某农村路面再生旧沥青路面材料铣刨后筛分结构,原路面采用石灰稳定砂砾土,沥青面层厚度为4cm。

可以看出,铣刨出来的旧料级配明显偏细,且0.075mm这档料明显较多,这并不满足《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034—2000),但于2015年8月1日开始实施的《公路路面基层施工技术细则》(JTG/TF20—2015)扩大了二级及二级以下路面的级配范围,使得旧料能够满足规范要求,因此对于农村公路,在造价有限的情况下可以不加入新骨料而直接进行冷再生施工。

最佳稳定剂用量的确定。

我国《公路路面基层施工技术细则》(JTG/TF20-2015)中对路拌法中水泥的最小剂量规定为不小于4%,且推荐配合比试验的水泥剂量为5%、7%、9%、11%、13%(塑性指数<12),合适的水泥用量和最佳含水率是保证基层强度和稳定性的主要因素。

可以看出,随着水泥剂量的增加,7天抗压强度也随之增大,当水泥剂量为5%时就能满足规范要求,当水泥剂量超过11%时,已经超出了规范规定的二级及二级以下路面规范要求范围,当水泥剂量过大时,虽然无侧限抗压强度较大,但是也会使基层容易出现温缩裂缝和抗疲劳性能降低。因此一般在农村公路冷再生中,考虑到经济性,水泥剂量一般只要无侧限抗压强度满足规范要求。

冷再生现场施工工艺

施工准备。

施工准备主要包括机械配置、人员配置、材料准备及放线等。其中机械准备主要包括:冷再生机、水车(3辆以上)、找平机、振动压路机、胶轮压路机、装载机以及运输车。人员配置主要包括:现场管理人员、测量人员、试验人员、及工人。且施工前应提前确定好水泥用量,保证水泥能够满足再生机连续作业。

水泥及新骨料的撒布。

通过试验确定的水泥用量及旧沥青路面的铣刨厚度,计算出水泥在单位长度内的撒布量,以确保水泥用量的准确性。在撒布过程中,应减少由于人工撒布所造成的水泥撒布不均匀,避免可能造成的局部质量隐患,且一般应在设计水泥用量的基础上增加0.5%,以弥补现场施工所造成的水泥损耗。

冷再生机铣刨及拌和。

在冷再生机施工过程中,应合理控制再生机前进速度,保证铣刨及拌和质量。一般再生机再生工作长度应保持在200m以内,以确保后面的找平机和压路机施工在水泥初凝之前完成。施工过程中还要保证再生机匀速前进,以确保撒水量满足试验确定的最佳含水率。在冷再生机后应紧跟一台压路机压实一遍,保证水分不会快速蒸发。

找平及压实。

找平应该在测量人员的指导下施工以路基高程,且要保证找平速度,以防后边路面压实时水泥已经初凝。压实时振动压路机采用高频低幅碾压2遍,然后光轮压路机再碾压3~4遍,之后胶轮压路机再压实2~3遍以保证基层的平整度和压实度。

冷再生沥青混合料后期养护

在压实完成后必须进行洒水养护,在养护期间必须进行交通管制,严禁超载车重载车在养护期间通行,如果不能封闭交通,则应限制车辆通行及车辆行驶速度。在7天养护结束后可适当开放交通。如果在养护期间出现基层材料配破坏,则应即使处理,清理剥落的集料,以防在行车作用下造成的二次破坏。

结语

针对农村旧沥青路面的特点,再分析了冷再生方式和稳定剂的基础上推荐了合适的冷再生工艺。水泥就地冷再生对于农村公路的改扩建在满足基层性能的要求上又有良好的经济性效益和社会效益。提出了适合农村公路冷再生的施工工艺和注意事项。

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