沥青路面冷再生技术浅析
2015-07-15
1.引言
目前我国公路建设发展迅速，交通量的不断增长，致使车辆大型化及重载超载车的比例不断提高，使沥青路面受到明显的提前损坏。按照沥青路面的设计寿命(10-15年)和实际使用情况，从现在起，每年约有12％的沥青路面需要翻修，旧沥青混合料废弃量将达到220万吨之多，如能对其加以合理利用，每年可节省材料费3亿元以上。因此，运用沥青路面冷再生技术，使得废弃沥青混合料变废为宝，就成为近年来道路工程技术人员研究的重要课题。
2．沥青路面冷再生技术概述
沥青路面再生技术按施工温度和施工工艺可分为四大类:厂拌热再生、现场热再生和厂拌冷再生、现场冷再生。其中冷再生技术就是对旧沥青砼路面材料进行破碎加工,需要时加入部分新骨料或细集料、乳化沥青(泡沫沥青)、适量的水及一定添加剂(水泥或石灰),在自然环境温度下连续完成材料铣刨、破碎、添加、拌和、摊铺及成型,并重新形成结构层的一种工艺方法。经过再生后的旧沥青混合料,再根据公路等级的不同,用作路面的基层或底基层或其他半刚性基层材料。由于旧沥青混合料是用作基层材料,所以只要具有一定的强度、刚度和水稳性就基本可满足要求。而且冷再生技术往往不涉及旧沥青材料本身性能的恢复。
3．采用不同稳定剂的沥青路面冷再生技术
目前,沥青路面冷再生最常用的稳定剂为水泥、乳化沥青,泡沫沥青也逐渐成为研究热点。这三种稳定剂的不同特性决定了冷再生过程中各自独特的设计方法、施工工艺及质量控制标准等。表1对以上三种不同冷再生稳定剂的优缺点进行了比较。
表1三种常用冷再生稳定剂的优缺点比较
3.1以水泥为稳定剂的沥青路面冷再生
水泥作为稳定剂时,其添加方式有两种,一种是以固态粉状水泥与再生料混合,另一种是以水泥稀浆形式与再生料混合。
以水泥为稳定剂时,再生结构层易产生收缩裂缝,应从下列方面考虑尽量减少收缩开裂程度:
1)水泥含量。水泥用量多则收缩大。为控制收缩开裂,水泥稳定剂的用量为2%~4%。
2)回收旧料的性质。某些材料以水泥进行处理时,收缩量特别大;有些材料在含水量变化时体积变化相当大,塑性指数较高。当材料的塑性指数大于10时,不应单独采用水泥作稳定处理,必须用石灰与水泥混合或单独使用石灰,以降低材料的塑性。
3)施工碾压时的含水量。收缩开裂的程度与施工碾压再干燥而消失的水量成正比,但含水量太低易造成压不实。一般建议将施工碾压时的含水量控制在比最佳含水量低1%~1.5%。
4)干燥的速率。对经水泥处理后的结构层材料适当加以养护,以降低材料干燥速度,从而降低收缩开裂。一般水泥稳定结构层施工完后7 d内必须洒水养生,或铺筑临时封层和沥青层,以免结构层表面水分蒸发过快,导致结构层收缩开裂。如果没有铺筑临时封层,则一定期限内水泥稳定结构层不得开放交通。
3.2以乳化沥青为稳定剂的沥青路面冷再生
乳化沥青在常温下可与潮湿的粒料进行拌和提高材料的强度,因此,乳化沥青是最常用的一种沥青类稳定剂。一般情况下,将乳化沥青和水泥混合使用,除了可提高再生混合料的水稳定性外,还可提高其早期强度,但水泥添加量必须控制在粒料重量的2%以下,以免削弱混合料的抗疲劳性能。
在进行冷再生时,一般以含水量与密度的关系为指标控制含水量,确保结构层的碾压质量。但在以乳化沥青作为稳定剂时,必须用总流体含量来代替含水量,用达到最大密度时的最佳总流体含量(OTFC)作为指标。OTFC指混合料中水与脱乳前乳化沥青量的总和。在实际工程中,若现场路面材料的含水量接近OTFC,则加入乳化沥青会使材料的总流体含量超过饱和点。这种情况很难用降低乳化沥青用量来解决,可以加入少量水泥(<2%),如果还是不能解决,则需将现场材料晾干,待其含水量降低到一定程度后再进行冷再生处理。
乳化沥青再生混合料的配合比设计中,应根据沥青路面旧料的级配情况考虑是否加入新集料,再将混合集料加入不同用量的乳化沥青和水进行试验,通过力学强度指标确定混合料的最佳乳化沥青用量和用水量。
3.3以泡沫沥青为稳定剂的沥青路面冷再生
以泡沫沥青作为稳定剂时,待处理的材料级配必须符合一定的要求,其中的细料部分级配组成,尤其是0.075 mm以下部分填料对泡沫沥青混合料性能的影响最大,这主要源于泡沫沥青在混合料中独特的分布方式。泡沫沥青混合料中泡沫沥青只裹覆细集料,形成一种砂浆,砂浆再以点联结的方式将粗集料颗粒粘成整体,而不像普通的热拌沥青混合料或乳化沥青混合料中沥青在集料表面形成均匀的沥青膜。因此,混合料中必须有足够的细料,一般规定0.075 mm通过率不得小于5%,以保证泡沫沥青的有效分散。
含水量是泡沫沥青混合料设计中的一个重要参数,其作用主要有两个,即保证泡沫沥青的分散和混合料的有效压实。对泡沫沥青混合料合理含水量的研究有很多,目前在实际使用中主要采用集料最佳击实含水量OMC的65%~85%对应的含水量。
泡沫沥青混合料配合比设计中,首先根据旧路面材料的级配情况,考虑是否加入新集料,由不同沥青温度和不同用水量确定出合理的沥青发泡特性然后通过击实试验确定混合集料的最佳含水量,以此确定混合料的拌和用水量;再以不同的泡沫沥青用量进行混合料拌和、成型和养生,通过力学性能指标确定出最佳泡沫沥青用量。
4．冷再生技术展望
从节约能源和运输费用角度来看,采用泡沫沥青进行现场冷再生是目前沥青路面回收再利用比较合适的工艺方式。我国对泡沫沥青及其混合料方面研究较少,作为沥青材料再生研究的重要内容,沥青混合料冷再生技术的研究和应用需进一步引起关注。同时,长期以来我国道路大都采用半刚性基层(据统计,我国90%以上的高等级公路沥青路面基层及底基层都采用半刚性材料),再生基层的应用可为高等级公路提供完全不同于半刚性基层材料的新型柔性基层材料。加强对沥青路面再生利用的研究,无论是对环保,还是对路面的使用性能都具有重要价值。
