沥青路面厂拌热再生技术在G205改建工程中的应用研究

来源：职称驿站所属分类：交通运输论文
发布时间：2011-07-21浏览：107次

　　摘要：沥青路面厂拌热再生技术在G205公路改建工程中成功应用，通过厂拌热再生混合料的试验研究、施工质量控制和效益评价，说明该技术具有优越的使用性能，良好的经济效益、社会和环境效益。
　　关键词：沥青路面；厂拌热再生；试验研究；质量控制；效益评价；
　　1、概述
　　沥青路面在服务期限内，受车辆竖向荷载反复作用和冲击荷载应力等的影响，以及在自然气候、高温、低温、雨雪和紫外线等因素的交替作用下，出现了诸如网裂、沉陷、车辙、拥包等各种病害并逐步扩展，严重影响了行车的安全性和舒适性，需要对其进行维修整治或改造。传统的维修整治一般先对病害进行处理，然后在老路面上进行罩面，而改造通常需要对路面重新进行翻修或补强加铺结构层。因此，在旧路修复过程中存在着旧路面材料的处理问题，引发一系列复杂的经济、环境和社会问题，如必须将废弃料运到专门垃圾倾卸场地进行处理，以避免造成环境污染；由于废弃料仍具有一定的利用价值，当作垃圾处理势必将造成极大的浪费等，同时还需要开采新的矿料及挖掘新土源来填补这部分弃料所占的路面实体。基于解决这一问题，国内外公路建设都在广泛开展旧沥青路面材料的再生应用与研究，达到废料再生利用、节能减排和保护环境的目的。交通部2008年7月颁布实施了《公路沥青路面再生技术规范》（JTGF41-2008），可见我们国家对旧沥青路面材料的再生应用已经提到了很重要的位置。
　　旧沥青路面材料热再生是根据沥青的化学性能和化学特性，对发生老化的沥青通过添加软沥青或再生剂，通过技术设计和设备手段还原回收旧沥青路面材料的物理性能，然后与新沥青和新矿料进行热拌融合，获得性能优良的再生沥青混合料，铺筑成再生沥青路面。其分为现场热再生和厂拌热再生两类，滨州市路网改建工程根据其适用条件，结合工程特点和应用前景，在路网改建工程中选择了使用沥青路面厂拌热再生技术。
　　
　　2、工程应用
　　国道205线纵贯山东中部，是山东省的南北交通大动脉之一；滨州段是山东省通往京津地区的北出口，也是一条极为重要的绿色通道。本次改建路段起于滨州黄河公路大桥南桥头，终点交于博兴县柳桥转盘，是连接滨州市黄河南北的纽带，也是滨州市连接淄博、潍坊、青岛等城市的交通干道，对滨州市的人民生活和国民经济发展具有极为重要的意义。沥青路面热再生应用路段原施工设计为10cm沥青混凝土面层，后又于1997年至2005年分段进行了3cm沥青混凝土养护罩面。目前运营已到设计年限，且运营期间混合交通量增长迅速，近年重型车辆成为主要增长点，导致路面破坏日益严重，使得其通行能力与服务水平难以满足当前交通需求，难以适应未来区域经济快速发展的需要，严重制约了当地经济的发展，亟需进行改建，根据交通量调查和预测，计算一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量Nh=4492，属特重交通等级。设计处理技术方案为挖除旧路面沥青混凝土采用沥青路面厂拌热再生技术铺筑6cmAC-20C再生沥青路面作为下面层。
　　
　　3、热再生沥青混合料试验研究
　　沥青路面热再生的试验包括三个方面：对破碎旧沥青混合料试验；新沥青、碎石等材料的试验；再生沥青混合料的配合比设计。破碎旧沥青混合料试验包括：旧沥青性能，旧沥青混合料沥青用量、级配检测；新沥青、碎石等材料试验包括：材料性能，级配确定；再生沥青混合料配合比设计包括：回收沥青混合料掺配比例，新掺沥青混合料级配的确定，再生沥青混合料沥青用量确定，再生沥青混合料性能检验等。
　　3.1破碎旧沥青混合料试验
　　3.1.1旧沥青性能试验
　　首先对旧沥青混合料进行沥青抽提、回收的老化沥青的性能试验，试验结果如表1。
　　表1回收老化沥青性能试验

　　由表1中试验数据可以看出回收的旧沥青技术指标普遍偏低，沥青呈现老化现象，主要表现为针入度、延度降低，软化点升高，但幅度不是很大，故施工中未添加再生剂。
　　3.1.2破碎旧沥青混合料试验
　　对破碎后0-10mm、10-20mm的两档旧沥青混合料，分别检测沥青用量和级配，结果如下表2。
　　表2破碎旧沥青混合料沥青用量及级配试验结果

　　3.2新沥青、碎石等材料试验
　　对新添加使用的沥青、碎石、矿粉等材料进行试验，检测各项性能指标满足规范和设计要求。沥青采用滨州化工厂滨化牌沥青，其性能检测指标符合70#-A技术标准，如表3。
　　表3沥青性能指标试验结果

　　碎石采用淄博石灰岩质碎石，矿粉为拌合站自己生产，筛分结果如表4，其他指标检测合格。
　　表4碎石、矿粉筛分结果

　　3.3再生沥青混合料配合比设计
　　3.3.1再生沥青混合料级配确定
　　根据两档旧沥青混合料检测结果，掺加替代部分矿料和沥青，同时考虑到新沥青混合料的性能要求，综合借鉴其他工程的成功应用经验，确定旧沥青混合料替代总量采用20%，计算确定再生沥青混合料级配为：10-20mm破碎料：0-10mm破碎料：10-20mm：5-10mm：3-5mm：0-3mm:矿粉=10：10：28：23：6：20：3，级配曲线见下图1。
　　
　　图1再生沥青混合料合成级配曲线图
　　
　　3.3.2再生沥青混合料沥青用量确定
　　根据确定集料比例，并考虑10-20mm、0-10mm铣刨破碎料沥青含量，计算所加新沥青，分别进行不同沥青含量的马歇尔击实试验,试验结果如下表5：
　　表5不同沥青用量的再生沥青混合料马歇尔击实结果

　　沥青含量(%) 空隙率VV（%）矿料间隙率VMA(%) 沥青饱和度VFA（%）稳定度MS（kN）流值FL（mm）密度(g/cm3)
　　3.5 6.7 13.8 51.8 10.32 2.27 2.385
　　4.0 5.4 13.4 60.1 11.24 2.43 2.408
　　4.5 4.2 13.2 68.3 10.62 2.74 2.426
　　5.0 2.9 13.6 78.7 11.57 3.00 2.428
　　5.5 2.6 14.1 82.0 10.67 3.14 2.426
　　根据马歇尔击实试验数据，选定最佳沥青用量为4.4%，对应马歇尔击实空隙率为4.6%、矿料间隙率为13.3%、沥青饱和度为66.2%、稳定度为10.16kN、流值为3.14mm、密度为2.422g/cm3，符合规范及设计要求。考虑到旧沥青路面破碎料引进的沥青用量0.78%，则需要新添加沥青用量为3.62%。
　　3.3.3再生沥青混合料性能检验
　　对确定级配和沥青用的再生沥青混合料的进行高温稳定性、水稳定性、低温抗裂等性能试验，以评价再生沥青混合料的高低温性能和抗水损坏能力。试验结果见表6。
　　表6再生沥青混合料性能检验
　　沥青用量试验项目技术要求试验结果
　　4.4% 高温稳定性试验平均动稳定度（次/mm）不小于800次/mm 1730
　　变异系数（%）不大于20% 7.5
　　低温抗裂性能试验弯曲试验破坏应变（με）不小于2300 2670
　　水稳定性试验残留稳定度（%）不小于80% 94.5
　　劈裂强度比（%）不小于75% 85.3
　　结果表明，再生沥青混合料其高低温、抗水损坏能力等各项性能指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）要求。
　　
　　4、厂拌热再生沥青混合料施工控制
　　4.1厂拌热再生沥青混合料生产流程
　　进行G205工程沥青混凝土热再生施工时，首先将旧沥青路面挖除后运回拌和场，送入破碎机进行破碎分档，分成0-10mm、10-20mm的两档旧沥青破碎料，通过再生设备加热破碎料，按确定的比例与新生产的沥青混合料一起进行拌和，获得性能优良的再生沥青混凝土，铺筑压实冷却后完成热再生沥青路面的施工，其生产流程图如下图2。
　　图2厂拌热再生沥青混合料生产流程图
　　旧料回收→破碎分档→分别装入不同料仓→旧料按比例进入滚筒加热、储存
　　↓
　　新料的间歇生产→在拌锅内加入适当比例的再生料→合格的再生料↓
　　进行下到工序←摊铺、压实←运输
　　4.2施工质量控制要点
　　（1）、严格控制加热温度。为防止温度过高导致沥青过度老化；温度过低延长加热时间而降低施工效率，施工中控制旧沥青混合料加热在130-140℃，且回收沥青路面材料加热时不得直接与火焰接触。考虑旧沥青的老化与新沥青混合后降低了沥青的标号，这要求再生沥青混合料出料温度较普通沥青混合料提高5-10℃，施工中控制新料温度提高了10-15℃。
　　(2)、在回收和存放时不得混入基层废料、水泥混凝土废料、杂物、土等杂质，严格控制回收料破碎的生产稳定性，以确保级配的稳定，同时做好防雨和防尘，检测回收路面沥青材料含水率小于2%，砂当量大于70%。
　　（3）、拌和时间一般比普通热拌沥青混合料延长5~10S，总拌和时间比普通热拌沥青混合料延长15S左右。
　　（4）、确保压实质量，压实是保证沥青路面质量的关键，是提高沥青路面质量最有效又最廉价的措施，压路机一定要紧跟摊铺机碾压，以免再生混合料温度下降过快影响压实效果。
　　（5）、再生沥青混合料质量控制。每天抽检两批再生沥青混合料做沥青抽提和马歇尔试验，检验再生沥青混合料的沥青含量、矿料级配以及稳定度和流值，严格控制好再生沥青混合料的各项体积指标。
　　
　　5、效益评价
　　5.1经济效益分析
　　旧沥青混合料的再生利用因为节约了沥青和砂石材料而降低了工程造价，但旧沥青混合料的再生利用却增加了旧料加工费用，如热再生设备的购置，旧沥青混合料的挖运、破碎、加热等费用。对G205工程应用厂拌热再生技术综合计算直接节约费用约70余万元，取得了良好的经济效益。
　　5.2社会和环境效益
　　沥青路面再生技术具有良好的社会效益和环境效益，而这些效益是无法用货币来衡量的。铺筑再生路面而充分利用了旧沥青混合料，解决了沥青路面翻修所产生大量废料对环境污染和节约了征地等问题，保护了人类生存的环境，符合了我国可持续发展战略中废物资源化的要求；节约了沥青和砂石材料，减少了对材料的需求量，又有助于自然资源的保护，缓和沥青材料供求的紧张状态；节省了投资，降低了工程造价，使某些原来不能及时翻修的旧沥青路面得以修复，从而改善了道路状况，提高了公路的运输能力。铺筑再生沥青路面间接的社会经济效益，有人认为甚至比直接的经济效益更大。
　　
　　6、结论
　　通过旧沥青路面热再生技术在滨州公路中的成功应用可以看出，再生沥青混合料的性能指标完全满足《公路沥青路面施工技术规范》的要求，其车辙试验动稳定度等个别指标要优于普通新拌沥青混合料，说明再生沥青混合料的高温性能优越；旧沥青混合料的再生利用是节约砂石和沥青材料、提高资源综合利用效率、节约用地、保护环境和可持续发展的一项有效的经济措施，具有良好的经济效益和社会、环境效益；经过近两年的短期运营，再生沥青路面段落状况良好，其长期的稳定性能正在接受时间的进一步检验，现在正跟踪检测该工程的使用情况，为完善和总结沥青路面热再生施工技术积累经验。
　　
　　
　　参考文献：
　　[1]徐时梁.沥青路面现场热再生技术在高速公路上的应用[J].道路与交通，2004，108(2)：4-7.
　　[2]朱建东.沥青路面现场热再生工艺在沪宁高速公路的应用[J].华东公路，2003，145(6)：7-10