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就地冷再生-徐剑


沥青路面就地冷再生技术

交通部公路科学研究院 徐 剑 博士

沥青路面再生 厂拌热再生 就地热再生
复拌再生

厂拌冷再生 就地冷再生

沥青层就地冷再生

加铺再生

全深式就地冷再生

主要内容
? ? ? ?

? ? 1、定义和适用范围 2、材料 3、设备 4、施工 5、质量控制和检查验收 6、工程实例

1、定义和适用范围 定义 采用专用的就地冷再生设备,对沥青路面 进行现场冷铣刨,破碎和筛分(必要时), 掺入一定数量的新集料、再生结合料、活性 填料(水泥、石灰等)、水,经过常温拌和、 摊铺、碾压等工序, 一次性实现旧沥青路面再 生的技术。

水罐车

沥青罐车

再生机

设备的功能:铣刨/添加结合料/拌和

乳化沥青或热沥青

水 水

沥青罐车

再生机

拾料机

摊铺机

分类 就地冷再生包括2种: 沥青层就地冷再生 全深式就地冷再生

适用场合 适用于一、二、三级公路沥青路面的就 地再生利用,用于高速公路时应进行论证。

就地冷再生当然可以用于高速公路,但是 一定应建立切实可行的质量控制体系。 就地冷再生用于高速公路,欧美国家有成 功范例,如美国的80号洲际公路、40号洲际公 路,希腊、意大利等国高速公路,等。 国内也进行了一些成功的工程探索,例如, 京沈高速天津段和河北段、京沪高速河北段、 津沧高速、四川成渝高速、渝涪高速等。

适用层位 一二级公路:再生层可作为下面层、基层; 三级公路:再生层可作为面层、基层。用作上 面层时应采用稀浆封层、碎石封层、微表处等 做上封层。

2、材料
水泥 RAP 新集料 乳化 沥青 泡沫 沥青 冷再生混 合料





+ +

= √


2.1乳化沥青 使用沥青,需要降粘: 加热 乳化 发泡 稀释

(1)什么是乳化沥青 乳化沥青,是将热熔 的石油沥青,经过机 械作用,以细小的微 粒分散到乳化剂水溶 液中,形成的水包油 的乳状液。

沥青微粒 水相

乳化剂 沥青颗粒

(2)乳化沥青生产流程

试验项目 破乳速度 粒子电荷 筛上残留物(1.18mm筛) 粘度 不大于

单位

质量要求 慢裂或中裂 阳离子(+)

试验方法 T 0658 T 0653 T 0652 T 0622 T 0621 T 0651 T 0607 T 0604 T 0605 T 0654 T 0659 T 0655

%

0.1 2-30

恩格拉粘度计法E25 25℃赛波特粘度Vs 残留分含量 不小于 不小于 不小于 溶解度 针入度(25℃) 延度(15℃) s % % 0.1mm cm

7-100 62 97.5 50-300 40 2/3 均匀

蒸发残留物

与粗集料的粘附性,裹附面积 不小于 与粗、细粒式集料拌和试验 常温贮存稳定性 1d 5d 不大于 不大于 %

1 5

0.6
15度劈裂强度(MPa)

0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 1 2

乳化沥青1

乳化沥青2
0.45 6 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0

3

4

5

浸水15度劈裂强度(MPa)

乳化沥青用量(%)

乳化沥青1 乳化沥青2

1

2

3

4

5

6

乳化沥青用量(%)

2.2泡沫沥青
热沥青 压缩 水 空气

泡沫 沥青

项目 膨胀率 不小于

技术要求 10 8

试验方法 本规范附录E 本规范附录E

半衰期(s) 不小于

进行发泡试验,确定沥青的发泡性能。

该选择哪种再生结合料呢? 水泥 泡沫沥青 乳化沥青

3、设备
压路机 平地机 再生机 沥青罐车

压路机

再生机

沥青罐车

铣刨机

设备(一)示意图
设备的功能: 铣刨/添加结合料/拌和



乳化沥青或热沥青 水

设备(二)示意图

设备的功能:铣刨,添加结合料,拌和,摊铺

设备(三)示意图
计量装置 提升机 皮带输送器 振动筛

破碎器 再生剂添加系统 搅拌器 铣刨转子

设备的功能:铣刨,筛分,破碎,添加结合料,拌和

设备(四)工作装置示意图

From Pavement Recycling Guidelines for State and Local Governments, FHWA

设备的功能:添加结合料,拌和,摊铺

设备(四)的施工示意图

设备(五)示意图
铣刨 破碎、过筛

拌和 拌和

摊铺 摊铺机

From Pavement Recycling Guidelines for State and Local Governments, FHWA

From Pavement Recycling Guidelines for State and Local Governments, FHWA

4、施工步骤与要点 4.1施工步骤 1 2

3

4

5

6

施工前

2年后

4.2施工技术要点 (1)压实 为确保压实,规范规定最小压实厚度: 乳化沥青/泡沫沥青时80mm; 水泥/石灰时150mm。

为确保压实,规范规定最大压实厚度: 乳化沥青/泡沫沥青时160mm; 水泥/石灰时宜为220mm。

压实机具,要求根据再生层厚度、压实度等 的需要,配备足够数量、吨位的钢轮压路机、 轮胎压路机 。 确保适宜的含水量。初压时混合料含水量应 比最佳含水量大1-2%。碾压过程中再生层表 面应始终保持湿润,如水分蒸发过快,应及 时洒水。

(2)科学的施工组织 采用流水作业法,使各工序紧密衔接,尽量 缩短从拌和到完成碾压之间的延迟时间。 综合考虑季节、气候条件、施工机械和运输 车辆的效率和数量、操作熟练程度、水泥的 终凝时间等因素,确定每个作业段的长度 。 根据温度、湿度情况及时调节再生速度。

(3)充足的养生时间 冷再生层在加铺上层结构前必须进行养生, 养生时间不宜少于7d,当满足以下两个条件 之一时,可以提前结束养生: 再生层可以取出完整的芯样; 再生层含水量低于2%。

沥青类冷再生养生方法: (1)封闭交通养生时,可进行自然养生,一 般无需采取措施。 (2)开放交通养生时,再生层在完成压实至 少1d后方可开放交通,但应严格限制重型车 辆和车速。可喷洒慢裂乳化沥青。 无机结合料的全深式就地冷再生,养生与 半刚性基层要求一致。

5、施工质量控制和检查验收 5.1施工质量控制 包括: 施工过程的材料质量控制 施工过程的质量控制 施工过程的外形尺寸检查

(1)材料质量控制
材料 乳化沥青 泡沫沥青 矿料 检查项目 要求值 检查频率 每批来料1次 每批来料1次 每批来料1次 表4.3.1规定的项目 符合设计要求 表4.4.1规定的项目 符合设计要求 4.6规定的项目 符合设计要求

(2)施工质量控制
检查项目 质量要求 ≥90(高速公路、一级公路) ≥88(二级及二级以下公路) ≤10(高速公路、一级公路) ≤12(二级及二级以下公路) 检验频 率 检验方法

压实度(%) 乳化 沥青 空隙率(%)

每车道 每公里 检查1次

基于最大理 论密度, T0924或 T0921

泡沫 沥青

压实度 (%)

≥98(高速公路、一级公路) ≥97(二级及二级以下公路)

每车道 公里检 查1次

基于重型击 实标准密度, T0924或 T0921

15℃劈裂强度 (MPa) 干湿劈裂强度 比(%) 马歇尔稳定度 (kN) 残留稳定度 (%) 冻融劈裂强度 比(%) 含水量 沥青含量 矿料级配

符合设计要求 符合设计要求 符合设计要求 符合设计要求 ≥70 符合本规范要求 符合设计要求 每3个工作日 1次 发现异常时 随时试验 发现异常时 随时试验 每工作日1次

T0716 T0716 T0709 T0709

T0729 T0801 抽提筛分

水泥、石灰全深式再生质量控制
检查项目 质量要求 检验频率 检验方法 重型击实 T0924或 T0921

压实度(%)

≥95

每车道每公里1次

抗压强度(MPa) 含水量 级配 水泥或石灰剂量

符合本规范要求 符合本规范要求 符合本规范要求 不小于设计值-1.0 %

每车道每公里6个或9 个试件 发现异常时随时试验 每车道每公里1次 每车道每公里1次

T0716 T0801 T0302 T0809

(3)施工过程外观尺寸检查
检查项目 平整度(mm) 纵断面高程(mm) 厚度 (mm) 均值 单个值 质量要求 10 ±10 -10 -20 不小于设计宽度,边 缘线整齐,顺适 ±0.3 表面平整密实,无浮 石、弹簧,无明显压 路机轮迹 检验频率 每200延米2处,每 处连续10尺 每20延米1点 每车道每10米1点 每40延米1处 每100延米3处 随时 检验方法 T0931 T0911 插入测量 T0911 T0911 目测

宽度(mm) 横坡度(%) 外 观

5.2检查验收 就地冷再生工程完工后,应将全线以1-3km 作为一个评定路段,进行质量检查和验收。
检查项目 平整度最大间隙 (mm) 纵断面高程(mm) 厚度 均值 (mm) 单个值 质量要求 10 ±10 检验频率 检验方法 每200延米2处,每处 T0931 连续10尺 每20延米1点 T0911 插入测量 T0911 T0911

-10 每车道每10米1点 -20 不小于设计宽度, 边缘线整齐,顺 宽度(mm) 每40延米1处 适 横坡度(%) ±0.3 每100延米3处

表面平整密实, 无浮石,弹簧现 外 观 随时 目测 象,无明显压路 机轮迹。 ≥90(高速公路、 基于最大 一级公路) 每车道每公里检查一 理论密度, 乳化沥青 ≥88(二级及二 T0924或 次 级以下公路) T0921 压实度 基于重型 (%) ≥98(高速公路、 击实标准 一级公路) 每车道每公里检查一 密度, 其他 ≥97(二级及二 次 T0924或 级以下公路) T0921 注:当再生层用作二级公路底基层,或者用于三级及三级以下公路 时,纵断面高程控制可适当放宽。

6、工程实例 6.1东北地区某一级公路
原路面概况:双向四车道,路面宽22米,日交 通量10000辆/天,折合标准车辆近4000轴次。 先后进行过5次大修和改造,路面结构复杂。

原分隔带: 路面厚度59 -61cm
9-11cm沥青层

原快车道: 原慢车道: 路面厚度66 路面厚度 -102cm,7 35-50cm -12层不等
22cm沥青层 (沥青砼、黑 碎、灌入) 15cm碎石土

20cm沥青层 (沥青砼、黑 20cm二灰镁渣 碎、灌入) 16cm手摆拳石 30cm水结镁渣 30cm石灰土、 二灰镁渣、水 稳镁渣等

路面病害: 开裂 局部沉陷,平整度差 路幅高差大 弯沉大,实测弯沉为80-130。

方案一:铣铇或挖除15cm;然后新建基层 (15cm天然砂砾+18cm水稳砂砾+18cm水稳砂 砾)和10cm沥青面层。 方案二:在原路面上直接加铺半刚性基层(其 结构及材料同方案一)和10cm的沥青面层。 方案三:将原路面进行就地冷再生,然后加铺 10cm的沥青面层。

方案一,对交通影响太大,挖除的原路面 材料将被遗弃造成巨大浪费,造价也偏高; 方案二,路面将变成两个沥青层之间夹着 一个半刚性基层的“夹心结构”,易产生路面水 损害,而且造价偏高,路面标高提升太大。

方案一造价估算: (1)挖除、清运旧路材料15cm:25元/m2 (2)新建基层: 15cm天然砂砾+两层18cm 水泥稳定砂砾: 98元/m2。 造价:123元/m2。

方案三(再生方案)造价估算: (1)材料费:33元/m2(再生12cm ) (2)人工费:2元/m2 (3)机械费:13元/m2 (4)管理费及其它:10元/m2 (5)税金:3元/m2 造价:61元/m2

再生方案 10cm的沥青罩面
9-11cm沥青层 20cm沥青层 22cm沥青层 12cm-15cm就地冷再生 (沥青砼、黑 (沥青砼、黑 20cm二灰镁渣 碎、灌入) 碎、灌入) 16cm手摆拳石 15cm碎石土 30cm水结镁渣 30cm石灰土、 二灰镁渣、水 稳镁渣等

6.2华东地区某一级公路 双向四车道。 此前是“白改黑” 改建,改建时对原水泥路面进 行挖除、冲裂压实等处理,然后加铺水稳基层、 沥青封层和10cm沥青面层。

路面维修时使用了薄层罩面、改性稀浆封层、 道路注浆加固、严重病害翻挖处理等。路面维 修面积比例约占路段总面积的65%。路面平整 度差,行车舒适性差。

沥青层 10cm 水稳基层 15cm

6cm 泡沫 厂拌 17cm 水泥 就地 22cm

水稳基层 20cm 破碎的 水泥路面

方案1:适用于路况较差路段

6cm改性 沥青层 10cm 水稳基层 15cm

18cm 泡沫

水稳基层 20cm 破碎的 水泥路面

方案2:适用于路况较好路段

沥青层 10cm 水稳基层 15cm

改性沥青 6cm 泡沫沥青就 地冷再生层 17cm 水泥就地冷 再生层22cm 破碎的 水泥路面

改性沥青层 6cm 泡沫沥青就 地冷再生层 18cm 原水稳层 29cm

水稳基层 20cm 破碎的 水泥路面

破碎的水泥 路面

原路面结构

大修方案1(路况较差段)

大修方案2(路况较好段)

6.2 6 5.8 5.6 5.4 5.2 5 4.8 4.6 4.4 4.2 4 3.8 3.6 3.4 3.2 3 2.8 2.6 2.4 2.2 2
4

5.31

抗压强度(MPa)

4.58 4.08 3.61 3.36 3.49

方案B 方案A

5 水泥用量(%)

6

A组:100%铣刨料; B组:10%石屑+90%铣刨料√

沥青

发泡温度(℃) 发泡用水量 (%) 150 2.0

膨胀率 半衰期(s)

镇海AH-70

12

10

700

390

600

A B

370 350 330 310 290 270 250 230 210 190 170 150 2 2.5 3 泡沫沥青用量(%) 3.5

A B

ITS(干)KPa

500

ITS(湿)KPa

y = -15.66x 2 + 86.394x + 236.07 R 2 = 0.6478

400

300 2 2.5

干 ITS 残留 湿
3 泡沫沥青用量(%) 3.5 4

4

2种级配方案: A组:1.5%水泥+18.5%石屑+80%铣刨料; B组:1.5%水泥+8.5%石屑+90%铣刨料。

水泥就地冷再生施工流程为: 划线;撒布水泥;就地再生;压路机静压1遍; 振动压实3遍;平地机整平;振动压实3遍;轮 胎压路机压实5遍;养生7天

两台维特根WR2000对原路面 底基层进行水泥就地再生

泡沫沥青就地冷再生施工流程: 划线;撒布石屑和水泥;就地再生;压路机静 压1遍;振动压实3遍;轮胎压路机压实4遍;养 生2天;下封层

维特根2200CR对原路面面层进行 泡沫沥青就地再生

维特根WR2000进行泡沫沥青就地再 生

效益分析: 按照传统设计方案为原路面铣刨45cm,然后重 新加铺35cm水稳基层和12cm沥青面层(5cm改性 沥青),其总造价为183元/m2; 水泥就地冷再生+泡沫沥青厂拌冷再生方案, 其造价为154元/m2,每m2节省15%的造价 。路 面材料废弃量减少80%。

采取泡沫沥青就地再生的路段,按照传统方 案为加铺20cm水稳材料和10cm沥青面层,总造 价为156元/m2。 采取泡沫沥青就地再生方案,造价为121元 /m2,每m2节省22%。 传统方案路面抬高30cm,沿线设施需要改建, 就地再生方案路面抬高只有8cm,沿线交通设施 基本不需要改建,同时施工工期缩短20%。

6.3华北地区某高速公路
4cm沥青层 18cm沥青面层 18cm泡沫沥青厂拌冷再生

20水稳基层

20cm泡沫沥青就地冷再生

30cm石灰土底基层

谢 谢!
徐剑
Email: j.xu@rioh.cn Mobile: 13621308281


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