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泡沫沥青冷再生沥青混合料技术应用

发布时间:2019/10/8  新闻类别:施工流程 点击次数:186
 

路面状况调查

 

某高速公路由于交通量大,重车超载严重,虽然未达到设计使用年限,但是路面破损严重,不得不进行维修。在维修之前,首先对路面的病害状况做了详细调査,路面存在的病害主要是坑槽、车辙、唧浆、横纵缝、网裂和沉陷等路面破坏形式。此外,由于此段道路存在两个爬坡段,每个爬坡段都产生严重车辙,且路面挖方段水损害较严重。

 

在路况调査的基础上,进行路面取芯。取出的芯样主要有呈现以下几种状态:

 

水稳基层较完好,能取出较完整芯样,沥青面层与基层之间无有效地层间连接,沥青面层间粘结较好。取芯位置的裂缝贯穿基层和面层;基层破碎,无法取出完整芯样,面层与基层间无有效连接。车辙处面层厚度较薄;基层破碎,无法取出完整芯样,面层与基层间无有效连接。车撤处面层厚度较薄;取芯地点无明显病害,但是取芯时发现基层泥沙含量高,沥青层明显进行过罩面处理,罩面以下的沥青面层已经劈碎,基层已经破碎,并有脱空现象;病害较严重,且无法钻出完整芯样,基层材料破碎;(6)在车辙路段钻取芯样,芯样发生破碎,面层进行罩面处理,罩面以下部分已经破碎,基层无法取出,已经松散。

维修方案

 

根据路面状况调査和芯样钻取结果,决定采用冷再生路面结构维修方案。本方案主要适用于基层破损较严重,无法满足使用要求,且交通量较大、车载较重的路段。在具有环保、充分利用旧路面铣刨料和总成本较低等特点的基础上,且具有结构强度高、抗车辙性能好等优点。

 

泡沫沥青的定义及特点

 

泡沫沥青作为道路材料现场冷再生的一种再生剂和稳定剂,在沥青路面维修中得到广泛应用。其主要优势表现在: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,具有显著的经济效益和社会、环境效益,因此越来越受到人们的重视。

 

泡沫沥青又叫膨胀沥青,是将一定的水注人热沥青使其体积发生膨胀,形成大量的沥青泡沫,经过很短的时间沥青泡沫破裂。这一过程只是沥青的物理变化,没有发生化学反应,当泡沫沥青与集料接触时沥青泡沫瞬间化为数以百万计的小颗粒,散布于细粒料特别是粒径小于0.075mm的表面,形成粘有大量沥青的细料填缝料,经过拌和压实,这些细料能填充于湿冷的粗料之间的空隙并形成类似砂浆的作用,使混合料达到稳定。

 

泡沫沥青与其它稳定剂相比,优点表现为:

 

增加材料的剪切强度和水稳定性,这类混合料较水泥处治粒料更有柔性、耐疲劳;泡沫沥青处治应用广泛;节约能源,仅需加热沥青,集料不需加热和烘干;存放时间长(一般可放1-3个月);施工受季节和气候影响小。

 

试验研究

 

发泡沥青的选择

 

发泡沥青选用70号A级道路石油沥青,普通石油沥青技术指标如所示,用于发泡的普通石油沥青基本技术指标满足技术标准要求。

 

目前通常用膨胀率和半衰期两个指标评价发泡沥青的发泡效果。膨胀率越大,拌和时发泡沥青与集料越能充分接触,拌制的混合料质量越好;半衰期越长,泡沫越不容易衰减,与集料有更长的试件接触及拌和,越能提高拌和后混合料的质量,而且沥青类型不同,发泡用水量通常也不同。根据上述因素综合考虑,确定沥青发泡用水量为3.0%,最佳发泡温度165-170℃,测试发泡沥青的膨胀率为12左右,半衰期为10s左右,满足沥青路面再生技术规范的要求。

 

现场铣刨料预处理

 

将原路面铣刨材料在室内筛分为(0-5)、(5-10)、(10-20)三档。

 

与抽提前铣刨料级配相比,抽提后集料级配料最流行的观点是,将回收料颗粒作为“黑色颗粒”或集料来对待。这种观点在现行的冷再生设计中被广泛采用,而且在道路铺筑早期运营中回收料也确实发挥了集料的作用。

 

原材料集料试验结果来看,粗、细集料的表观密度及吸水率满足路面施工规范要求;水稳基层料粗集料压碎值较大,结果为24.52,水稳基层料及面层料压碎值均满足路面施工规范要求。

 

泡沫沥青冷再生稳定基层混合料击实试验

 

众多研究表明,冷再生混合料存在一个最佳含水量,在此含水量和一定的击实功下,混合料达到最佳的压实效果,因此进行泡沫沥青冷再生稳定基层混合料进行击实试验。

 

在实验室配合比设计时,首先固定一个沥青用量,变化不同含水量,进行重型击实试验,通过不同含水量下干密度的变化,得出最大干密度下的含水量作为击实试验确定的最佳含水量和最大干密度;在上述试验结果的基础上,再根据混合料的状态结合击实试验得到的最佳含水量综合确定,得出最终的最佳含水量。

 

泡沫沥青冷再生混合料配合比设计

 

首先进行级配确定,根据筛分结果,确定设计级配。

 

设计采用马歇尔设计法及旋转压实设计法进行设计。马歇尔设计法:试件成型方法为双面击实75次,然后带模养生,其中养生方法为:60℃鼓风烘箱养生48h,室温下放置12h以上,然后脱模;旋转压实成型法:试件成型后脱模,常温放置12h后置于60t鼓风供箱养生48h,然后室温下放置12h以上。

 

试件评价指标采用冻融劈裂、干湿劈裂等强度指标及空隙率等体积指标,结合现场施工经济性方面的考虑,综合进行评定,通过不同沥青用量及不同级配下,上述各指标的变化,确定最终级配及最终沥青用量。

 

混合料最终设计结果为:最佳用水量为5.0%,外加新料为(10%-20%)石灰岩,水泥用量为1.5%,泡沫沥青用量为3.0%,外加新料掺加量为14%,矿粉掺加量为4%。

 

工程实际应用

 

现场与室内试验结果的差别及调整

 

根据维修方案和设计要求,在其高速公路维修中采用了16cm的泡沫沥青再生混合料层。由于浙青铣刨料的变异性较大,会导致试验与室内试验有差别。在含水率方面,根据现场与室内最佳含水率试验结果的比较,泡沫沥青冷再生混合料的试验结果平均值为5.3%,比室内最佳含水率大0.1%。同一种混合料不同时间取样横向对比来看,泡沫浙青不同时间含水率与最佳含水率偏差最大值为0.2%。此外,原材料级配也是关系拌和后再生料质量的一个非常重要的因素,通过筛分结果得出现场各档原材料级配存在一定的波动,特别是随着铣刨料粒径的增大,级配上下变异增大,旧沥青路面不同路段的维修状况、原施工情况不同以及现场铣刨时铣刨机参数设置不同,导致上述原材料筛分结果的变异。

 

试验路段性能检测

 

压实度检测

 

现场取芯,烘干后测试件毛体积相对密度,并利用抽真空法得到理论最大相对密度,计算试件压实度及空隙率。

 

泡沫沥青冷再生试件现场芯样空隙率平均值为8.4%,对于冷再生混合料,我国现行规范提出的现场压实空隙率应低于10%,从上表试验结果可以看出,泡沫沥青冷再生试件现场压实达到了较高的压实度。通常现场压实试件的密实程度与试件的各项路用使用性能呈正相关关系,压实程度越高,试件的强度、水稳定性能及抗疲劳性能均较高,从现场压实程度来推测混合料的各项路用性能均较好。

 

干湿劈裂强度检测

 

对现场芯样实验室切割后进行干湿劈裂试验。

 

试件劈裂强度平均值为0.87MPa,均满足设计大于0.5MPa的设计要求。

 

结论

 

从试验结果及性能验证来看,各项指标均能满足要求。泡沫沥青冷再生混合料的性能技术指标是满足使用要求的,可以用于高等级公路的柔性基层使用。


 
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