沪宁高速公路扩建工程路面冷再生技术的应用研究
2016-05-23
概述
沥青路面的再生利用，就是将旧沥青路面经过翻挖、回收、破碎、筛分等方法处理后，与再生剂、新沥青材料、新集料等按一定比例重新拌和成混合料，能够满足一定的路用性能并重新铺筑于路面的一整套工艺。由于对旧材料进行重复利用，在施工过程中，路面的几何线形及厚度能得到很好地保持。与其它沥青路面修复技术相比，沥青路面再生还能在一定程度上减少交通中断的现象。更重要的是再生后的沥青路面与新铺沥青路面性能基本相当。
经过对沪宁高速公路扩建工程沥青路面再生策略研究，在沪宁高速公路扩建工程中采用的再生技术是冷厂拌再生，对于不同的路段，相应的再生方式为：
对于水泥稳定碎石基层沥青路面，可以将老路沥青面层和二灰碎石基层的铣刨料经过水泥冷厂拌再生，用于新路的底基层。
对于柔性基层沥青路面，可以将老路沥青面层的铣刨料经过乳化沥青冷厂拌再生，用于新路柔性基层的下基层；将老路二灰碎石基层的铣刨料经水泥冷厂拌再生，用于新路的底基层。
乳化沥青冷厂拌再生技术和水泥冷厂拌再生技术在沪宁高速公路扩建工程中得到了成功的应用，发挥了巨大的经济效益和社会效益。结合沪宁高速公路扩建工程再生利用的实际生产，本文对再生技术在沪宁高速公路扩建工程中应用的相关情况进行介绍和分析。
1、冷厂拌再生方式
1.1柔性基层沥青路面段的再生方式
结合柔性路面路段方案，将老路沥青面层铣刨料经乳化沥青冷厂拌再生，再生混合料用于新路面的下基层，以代替10cm的普通沥青LSM25基层；将二灰碎石基层铣刨料经水泥冷厂拌再生，再生混合料用于底基层，以取代16cm的二灰土底基层。路面结构见图1-1所示。
改性沥青SMA13 4.0cm
改性沥青Sup20 8.0cm
普通沥青Sup25 8.0cm
普通沥青LSM25 10.0cm
乳化沥青冷再生混合料层 10.0cm
级配碎石 20.0cm
二灰碎石再生层 16.0cm
路基
图1-1 柔性基层沥青路面段再生利用结构方案
1.2水泥稳定碎石基层沥青路面段的再生方式
对于水泥稳定碎石基层沥青路面段落，将老路沥青面层和二灰碎石基层铣刨料经水泥冷厂拌再生，再生混合料用于底基层，以取代20cm的二灰土底基层。路面结构见图1-2所示。
改性沥青SMA13 4.0cm
改性沥青Sup20 8.0cm
普通沥青Sup25 8.0cm
水泥稳定碎石基层 40.0cm
再生底基层 20.0cm
路基
图1-2 水泥稳定碎石基层沥青路面段再生利用结构方案
2、乳化沥青冷厂拌再生技术的应用
沪宁高速公路扩建工程无锡段HN-LM4标采用的是柔性基层的沥青路面结构形式，如图1-1所示，将沥青面层铣刨料由乳化沥青冷厂拌再生后用于新路的下基层。现将HN-LM4标乳化沥青冷厂拌再生下基层的使用情况介绍如下。
.2.1老路面铣刨与铣刨料的筛分、破碎
对沪宁高速公路老路面沥青混合料进行铣刨，采用运输车辆直接将铣刨料运输至拌和厂集中堆放。为防止在堆放和生产过程中铣刨料发生结块，采取了以下措施：a. 在铣刨时适当加大水量；b. 铣刨料堆高一般不超过2m；c. 在铣刨料仓中增加破拱装置；d. 每天拌和工作结束后将铣刨料仓放空。
在拌和厂对铣刨料进行筛分，根据铣刨料的尺寸设置了10mm和31.5mm两道筛网，将铣刨料分成10mm以下细集料部分、10mm~31.5mm粗集料部分和31.5mm以上大颗粒部分。为了进一步利用老路铣刨料，配置了破碎设备，主要是对31.5mm以上大颗粒部分进行再次破碎，破碎后的铣刨料经筛网过筛后分成粗细两档，可以得到较好的利用。根据乳化沥青冷厂拌再生生产量，配备了两套筛分设备和一台破碎设备最终筛分后的粗、细料分开堆放存储
2.2冷再生混合料的拌和生产
老路面铣刨料经过破碎、筛分后分成10mm以下细集料部分和10mm ~31.5mm粗集料部分两种规格的铣刨料，HN-LM4标柔性基层冷再生拌和厂采用的拌和设备是镇江路面机械制造总厂生产的ARC3000型拌和设备，拌和设备有乳化沥青、水和矿粉的添加装置。
采用经试验验证的生产配合比（如表2-1）进行拌和生产，实际生产过程中粗集料和细集料部分分别采用两个仓同时进料，通过单位时间的进料量（即流量）来控制进料比例。
表2-1 HN-LM4标乳化沥青冷再生混合料生产配合比
材料
10～31.5mm铣刨料
0～10mm铣刨料
矿粉
水泥
乳化沥青
水
比例（％）
43.2
43.2
4.3
1.7
3.8
3.8
拌和时应控制好冷再生混合料的拌和时间，乳化沥青混合料若过度拌和，则粗集料表面的乳化沥青容易剥落，而且过度拌和可导致乳化沥青提前破乳，使混合料劲度过大；而拌和不充分则可导致集料不能充分地被乳化沥青裹覆。
2.3乳化沥青冷再生下基层的施工工艺
1、冷再生混合料的运输
运输车辆保持干净清洁，并对车厢板均匀喷洒肥皂水溶液。运输车辆在装料过程中前后移动，分几堆装料，以减少冷再生沥青混合料的离析。运输车辆数量满足拌和与摊铺需要，并略有富余，保证生产的稳定性。运输过程中，运料车辆均有篷布覆盖并扣牢，主要目的是防止乳化沥青冷再生混合料在运输过程中提前破乳。
2、冷再生混合料的摊铺
HN-LM4标乳化沥青冷再生下基层全幅摊铺宽度为18.50m，施工过程可以采用传统热拌沥青混合料的摊铺机械和工艺。与传统摊铺稍有不同之处，摊铺冷再生沥青混合料时摊铺机熨平板不必预热，以防止混合料中水分散失过快而影响混合料的和易性。HN-LM4标乳化沥青冷再生下基层的施工过程中，摊铺速度一般控制在1.5~2.0m/min。
3、冷再生混合料的碾压
混合料的压实是保证乳化沥青冷再生基层质量的重要环节，选择合理的压路机组合方式和碾压步骤至关重要。经多次生产实践比较得出采用表2-2所示压实工艺时碾压效果较好。在混合料滩铺10~30min后，表面乳化沥青已经开始破乳，沥青粘度增加，此时压路机钢轮上粘轮将非常严重。为了保证压实度和平整度，初压应在混合料不产生推移、发裂、粘轮等情况下尽量在摊铺后进行。
表2-2 乳化沥青冷厂拌再生下基层碾压方案
碾压阶段
压路机类型及数量
碾压方式及遍数
初压
江麓1805（1台）
CLG620F（1台）
前静后振1遍
前后开振3遍
复压
英格索兰胶轮压路机（1台）
静压4遍
终压
YL25胶轮压路机（1台）
静压2遍
4、养生
在铺筑沥青碎石上基层之前，乳化沥青冷再生下基层应养生一段时间，使混合料中的水分进一步散失，结构强度进一步形成。在较好的气候条件下，一般养生期为2~5天。在养生过程中及时检测路面中的含水量，当路面含水量降低至2%以下时，可铺筑上面的结构层。
2.4乳化沥青冷再生质量验收标准
根据乳化沥青冷再生在沪宁高速公路扩建工程中的生产实践，推荐以下的质量验收标准。
（1）室内试验标准
乳化沥青冷再生沥青混合料室内试验主要包括马歇尔试验和劈裂强度试验。试验标准见表2-3所示。
表2-3 乳化沥青冷再生沥青混合料底基层室内试验标准
试验项目
试验标准
劈裂强度试验
浸水24h劈裂强度
＞0.30MPa
浸水24h和空气中养生试件的劈裂强度比
≥70.0％
马歇尔试验
马歇尔稳定度
实测
（2）现场质量标准
乳化沥青冷再生底基层施工结束后的试验检测项目及质量标准见表2-4所示。
表2-4 乳化沥青冷再生底基层现场试验质量标准
检查项目
质量要求
频率
备注
要求值或容许误差
质量要求
压实度（％）[1]
大于试验段密度代表值
每200m每车道2处
浸水劈裂强度（Pa）
＞0.30
配合比设计要求
＞0.25
上、下午各一组
施工控制要求
劈裂强度比
≥70.0％
上、下午各一组
马歇尔稳定度
实测
上、下午各一组
外观要求
① ①表面平整密实，无浮石、弹簧现象；②无明显压路机轮迹。
[1]关于压实度检查的说明：
1.采用灌砂法，要求乳化沥青冷再生混合料基层密度大于试验段密度代表值。
2.试验段进行随机取芯，芯样总数不少于16个，测定其干密度，然后按95％的保证率计算代表值。
2.5乳化沥青冷再生施工质量检测
乳化沥青冷再生下基层的施工质量检测主要分为室内和现场两个部分，室内试验检测的主要内容为：马歇尔试验、劈裂强度试验及含水量检测。现场检测主要内容为：压实度检测、宽度、厚度、平整度等，压实度检测采用灌砂法和钻芯法两种检测方法。
1、室内质量检测
对乳化沥青冷再生沥青混合料进行了马歇尔试验，结果显示乳化沥青冷再生混合料的马歇尔密度基本在2.225~2.243g/cm3范围内，稳定度实测结果在3.89~4.35kN范围。
乳化沥青冷再生沥青混合料的劈裂强度、浸水劈裂强度及残留劈裂强度比的检测结果表明，生产的乳化沥青冷再生沥青混合料的劈裂强度基本在0.32~0.40 MPa，浸水劈裂强度基本在0.30~0.38MPa，残留劈裂强度比基本在90%以上，均满足质量验收标准的要求，说明施工质量控制较好。
2、现场质量检测
现场检测内容中宽度、厚度、平整度都按一般路面规范要求，压实度检测采用了灌砂法和钻芯法两种方法进行检测。
现场灌砂法实测干密结果显示干密度值基本在2.098~2.189 g/cm3范围，基本上都大于标准击实干密度2.074g/cm3，表明现场压实度较好。
施工过程中现场芯样毛体积密度实测值基本在2.167~2.264 g/cm3范围内，均大于试验段标准密度2.165 g/cm3，同样表明乳化沥青冷再生层施工压实质量控制较好。
3、水泥冷厂拌再生技术的应用
HN-LM4标采用了水泥为再生剂，通过冷厂拌再生技术，将二灰碎石基层的铣刨料用于新路的底基层。沪宁高速公路扩建工程其它标段则采用了水泥为再生剂，通过冷厂拌再生技术，将沥青面层铣刨料和二灰碎石基层的铣刨料用于新路的底基层。两者除在配合比设计方面稍微有点差别外，别的方面基本相同。本节以HN-LM6标为例，说明水泥冷厂拌再生技术在沪宁高速公路扩建工程的应用情况。
3.1、老路面铣刨与储存
对沪宁老路沥青路面面层和基层分别进行铣刨，采用运输车辆直接将铣刨料运输至拌合厂将沥青铣刨料和二灰碎石铣刨料分别进行集中堆放。
为防止铣刨料结块可采取与2.1相同的技术措施。
3.2、水泥稳定再生料底基层的拌和楼生产
HN-LM6标水泥稳定再生料拌和生产的机械设备和工艺基本与水泥稳定碎石要求相同。采用经试验验证的施工配合比进行拌和生产，施工配比的具体情况为：沥青铣刨料：二灰铣刨料：石屑：外掺水泥=35%：45%：20%：2%。
3.3、水泥稳定再生料的施工工艺
1.水泥稳定再生料的运输
运输要求除2.3中说明以外。车内再生料应在水泥初凝时间内运到现场，并摊铺、碾压完成，否则再生料作废料处理。
2.水泥稳定再生料的摊铺、碾压
在水泥稳定再生料底基层摊铺前，对路床表面要求同传统底基层施工。水泥稳定再生料底基层施工中的摊铺机械和碾压工艺基本与传统的基层水泥稳定碎石要求相同。HN-LM6标水泥冷厂拌再生底基层施工中采用的碾压方案如表3-1所示。
表3-1 底基层施工碾压方案
碾压阶段
压路机类型及数量
碾压方式及遍数
初压
VV1400（2台）
SD150（1台）
前静后振1遍
前静后振2遍
复压
SD175压路机（1台）
前静后振2遍
终压
胶轮压路机(1台)
静压2遍
3.养生
每一段碾压完成以后立即开始养生，并同时进行压实度检查。在养生期间应封闭交通。
3.4水泥稳定再生料质量检验标准
由于本次水泥稳定再生料主要用与高速公路的底基层，强度标准主要参照规范中底基层无侧限抗压强度（≥1.0 MPa）要求，压实度、水泥剂量标准及检测参照规范中水泥稳定类标准（压实度≥98%）及要求。
3.5水泥稳定再生料施工质量检测
实际生产过程中无侧限抗压强度基本在1.3~1.7 MPa，满足检验标准要求；现场压实度检测结果基本在98.5~99.7％之间，水泥剂量检测结果基本在2.1~2.4％，均满足检验标准要求。表明施工控制较好。
4、经济效益分析
沪宁高速公路扩建工程产生的铣刨旧料有110万吨旧沥青混合料及203万吨二灰碎石混合料。沪宁高速公路扩建工程采用了再生技术，将老路面沥青面层和二灰碎石基层铣刨料100％地再生利用到扩建后的沪宁高速公路路面结构中。经济效益分析如下：
1将HN-LM4标沥青面层铣刨料经乳化沥青冷厂拌再生后用于新路下基层，厚度为10cm，以取代10cm的沥青碎石下基层，造价节省了1911.97万元。二灰碎石铣刨料经水泥冷厂拌再生后用于新路的底基层，以取代二灰土底基层，造价节省661.11万元。
综合HN-LM4标采用两种再生技术处理老路面铣刨旧料节省的造价为2573.08万元，节省约8.81％。
2沪宁高速公路扩建工程其它路段采用的是水泥稳定碎石基层沥青路面结构，采用了将沥青面层铣刨料和二灰碎石基层铣刨料混和在一起，经水泥冷厂拌再生后，用于新路的底基层，以取代二灰土底基层。节省造价为3751.45万元。
3节省材料运输费用
假设从料场到拌和场的平均运距为10km，运费1.2元/（t×km）。则节省的材料运输费用为3754.16万元。
4节省占用土地费用
按照江苏省人民政府办公厅苏政办发[2003]47号文件的标准，土地征用费用为每亩3.4035万元；则节省占用土地费用为23,135,687元。
综合以上分析，沪宁高速公路扩建工程采用再生技术，将沥青面层铣刨料和二灰碎石基层铣刨料100%地妥善利用后，节省造价为12392万元。
若进一步测算铣刨旧料全部废弃后将产生的环境污染及治理等费用，沪宁高速公路扩建工程采用再生技术后将具有更为可观的经济效益和社会效益。因此，采取合适的再生技术妥善应用旧混合料，对降低改造工程的造价、减少废弃混合料对环境的污染和堆放土地占用等都具有重大的意义。
5、结语
实践表明，再生技术在沪宁高速公路扩建工程中的应用是成功的，也是首次在高速公路扩建工程中大规模使用乳化沥青冷厂拌再生技术，并应用于柔性基层。再生技术的使用具有很大的应用前景，本文对其它沥青路面改扩建工程也有重要参考价值，具有明显的社会经济效益。
