滬寧高速公路擴建工程路面冷再生技術(shù)的應用研究
2016-05-23
概述
瀝青路面的再生利用，就是將舊瀝青路面經(jīng)過翻挖、回收、破碎、篩分等方法處理后，與再生劑、新瀝青材料、新集料等按一定比例重新拌和成混合料，能夠滿足一定的路用性能并重新鋪筑于路面的一整套工藝。由于對舊材料進行重復利用，在施工過程中，路面的幾何線形及厚度能得到很好地保持。與其它瀝青路面修復技術(shù)相比，瀝青路面再生還能在一定程度上減少交通中斷的現(xiàn)象。更重要的是再生后的瀝青路面與新鋪瀝青路面性能基本相當。
經(jīng)過對滬寧高速公路擴建工程瀝青路面再生策略研究，在滬寧高速公路擴建工程中采用的再生技術(shù)是冷廠拌再生，對于不同的路段，相應的再生方式為：
對于水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面，可以將老路瀝青面層和二灰碎石基層的銑刨料經(jīng)過水泥冷廠拌再生，用于新路的底基層。
對于柔性基層瀝青路面，可以將老路瀝青面層的銑刨料經(jīng)過乳化瀝青冷廠拌再生，用于新路柔性基層的下基層；將老路二灰碎石基層的銑刨料經(jīng)水泥冷廠拌再生，用于新路的底基層。
乳化瀝青冷廠拌再生技術(shù)和水泥冷廠拌再生技術(shù)在滬寧高速公路擴建工程中得到了成功的應用，發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。結(jié)合滬寧高速公路擴建工程再生利用的實際生產(chǎn)，本文對再生技術(shù)在滬寧高速公路擴建工程中應用的相關(guān)情況進行介紹和分析。
1、冷廠拌再生方式
1.1柔性基層瀝青路面段的再生方式
結(jié)合柔性路面路段方案，將老路瀝青面層銑刨料經(jīng)乳化瀝青冷廠拌再生，再生混合料用于新路面的下基層，以代替10cm的普通瀝青LSM25基層；將二灰碎石基層銑刨料經(jīng)水泥冷廠拌再生，再生混合料用于底基層，以取代16cm的二灰土底基層。路面結(jié)構(gòu)見圖1-1所示。
改性瀝青SMA13 4.0cm
改性瀝青Sup20 8.0cm
普通瀝青Sup25 8.0cm
普通瀝青LSM25 10.0cm
乳化瀝青冷再生混合料層 10.0cm
級配碎石 20.0cm
二灰碎石再生層 16.0cm
路基
圖1-1 柔性基層瀝青路面段再生利用結(jié)構(gòu)方案
1.2水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面段的再生方式
對于水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面段落，將老路瀝青面層和二灰碎石基層銑刨料經(jīng)水泥冷廠拌再生，再生混合料用于底基層，以取代20cm的二灰土底基層。路面結(jié)構(gòu)見圖1-2所示。
改性瀝青SMA13 4.0cm
改性瀝青Sup20 8.0cm
普通瀝青Sup25 8.0cm
水泥穩(wěn)定碎石基層 40.0cm
再生底基層 20.0cm
路基
圖1-2 水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面段再生利用結(jié)構(gòu)方案
2、乳化瀝青冷廠拌再生技術(shù)的應用
滬寧高速公路擴建工程無錫段HN-LM4標采用的是柔性基層的瀝青路面結(jié)構(gòu)形式，如圖1-1所示，將瀝青面層銑刨料由乳化瀝青冷廠拌再生后用于新路的下基層?，F(xiàn)將HN-LM4標乳化瀝青冷廠拌再生下基層的使用情況介紹如下。
.2.1老路面銑刨與銑刨料的篩分、破碎
對滬寧高速公路老路面瀝青混合料進行銑刨，采用運輸車輛直接將銑刨料運輸至拌和廠集中堆放。為防止在堆放和生產(chǎn)過程中銑刨料發(fā)生結(jié)塊，采取了以下措施：a. 在銑刨時適當加大水量；b. 銑刨料堆高一般不超過2m；c. 在銑刨料倉中增加破拱裝置；d. 每天拌和工作結(jié)束后將銑刨料倉放空。
在拌和廠對銑刨料進行篩分，根據(jù)銑刨料的尺寸設(shè)置了10mm和31.5mm兩道篩網(wǎng)，將銑刨料分成10mm以下細集料部分、10mm~31.5mm粗集料部分和31.5mm以上大顆粒部分。為了進一步利用老路銑刨料，配置了破碎設(shè)備，主要是對31.5mm以上大顆粒部分進行再次破碎，破碎后的銑刨料經(jīng)篩網(wǎng)過篩后分成粗細兩檔，可以得到較好的利用。根據(jù)乳化瀝青冷廠拌再生生產(chǎn)量，配備了兩套篩分設(shè)備和一臺破碎設(shè)備最終篩分后的粗、細料分開堆放存儲
2.2冷再生混合料的拌和生產(chǎn)
老路面銑刨料經(jīng)過破碎、篩分后分成10mm以下細集料部分和10mm ~31.5mm粗集料部分兩種規(guī)格的銑刨料，HN-LM4標柔性基層冷再生拌和廠采用的拌和設(shè)備是鎮(zhèn)江路面機械制造總廠生產(chǎn)的ARC3000型拌和設(shè)備，拌和設(shè)備有乳化瀝青、水和礦粉的添加裝置。
采用經(jīng)試驗驗證的生產(chǎn)配合比（如表2-1）進行拌和生產(chǎn)，實際生產(chǎn)過程中粗集料和細集料部分分別采用兩個倉同時進料，通過單位時間的進料量（即流量）來控制進料比例。
表2-1 HN-LM4標乳化瀝青冷再生混合料生產(chǎn)配合比
材料
10～31.5mm銑刨料
0～10mm銑刨料
礦粉
水泥
乳化瀝青
水
比例（％）
43.2
43.2
4.3
1.7
3.8
3.8
拌和時應控制好冷再生混合料的拌和時間，乳化瀝青混合料若過度拌和，則粗集料表面的乳化瀝青容易剝落，而且過度拌和可導致乳化瀝青提前破乳，使混合料勁度過大；而拌和不充分則可導致集料不能充分地被乳化瀝青裹覆。
2.3乳化瀝青冷再生下基層的施工工藝
1、冷再生混合料的運輸
運輸車輛保持干凈清潔，并對車廂板均勻噴灑肥皂水溶液。運輸車輛在裝料過程中前后移動，分幾堆裝料，以減少冷再生瀝青混合料的離析。運輸車輛數(shù)量滿足拌和與攤鋪需要，并略有富余，保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性。運輸過程中，運料車輛均有篷布覆蓋并扣牢，主要目的是防止乳化瀝青冷再生混合料在運輸過程中提前破乳。
2、冷再生混合料的攤鋪
HN-LM4標乳化瀝青冷再生下基層全幅攤鋪寬度為18.50m，施工過程可以采用傳統(tǒng)熱拌瀝青混合料的攤鋪機械和工藝。與傳統(tǒng)攤鋪稍有不同之處，攤鋪冷再生瀝青混合料時攤鋪機熨平板不必預熱，以防止混合料中水分散失過快而影響混合料的和易性。HN-LM4標乳化瀝青冷再生下基層的施工過程中，攤鋪速度一般控制在1.5~2.0m/min。
3、冷再生混合料的碾壓
混合料的壓實是保證乳化瀝青冷再生基層質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，選擇合理的壓路機組合方式和碾壓步驟至關(guān)重要。經(jīng)多次生產(chǎn)實踐比較得出采用表2-2所示壓實工藝時碾壓效果較好。在混合料灘鋪10~30min后，表面乳化瀝青已經(jīng)開始破乳，瀝青粘度增加，此時壓路機鋼輪上粘輪將非常嚴重。為了保證壓實度和平整度，初壓應在混合料不產(chǎn)生推移、發(fā)裂、粘輪等情況下盡量在攤鋪后進行。
表2-2 乳化瀝青冷廠拌再生下基層碾壓方案
碾壓階段
壓路機類型及數(shù)量
碾壓方式及遍數(shù)
初壓
江麓1805（1臺）
CLG620F（1臺）
前靜后振1遍
前后開振3遍
復壓
英格索蘭膠輪壓路機（1臺）
靜壓4遍
終壓
YL25膠輪壓路機（1臺）
靜壓2遍
4、養(yǎng)生
在鋪筑瀝青碎石上基層之前，乳化瀝青冷再生下基層應養(yǎng)生一段時間，使混合料中的水分進一步散失，結(jié)構(gòu)強度進一步形成。在較好的氣候條件下，一般養(yǎng)生期為2~5天。在養(yǎng)生過程中及時檢測路面中的含水量，當路面含水量降低至2%以下時，可鋪筑上面的結(jié)構(gòu)層。
2.4乳化瀝青冷再生質(zhì)量驗收標準
根據(jù)乳化瀝青冷再生在滬寧高速公路擴建工程中的生產(chǎn)實踐，推薦以下的質(zhì)量驗收標準。
（1）室內(nèi)試驗標準
乳化瀝青冷再生瀝青混合料室內(nèi)試驗主要包括馬歇爾試驗和劈裂強度試驗。試驗標準見表2-3所示。
表2-3 乳化瀝青冷再生瀝青混合料底基層室內(nèi)試驗標準
試驗項目
試驗標準
劈裂強度試驗
浸水24h劈裂強度
＞0.30MPa
浸水24h和空氣中養(yǎng)生試件的劈裂強度比
≥70.0％
馬歇爾試驗
馬歇爾穩(wěn)定度
實測
?。?）現(xiàn)場質(zhì)量標準
乳化瀝青冷再生底基層施工結(jié)束后的試驗檢測項目及質(zhì)量標準見表2-4所示。
表2-4 乳化瀝青冷再生底基層現(xiàn)場試驗質(zhì)量標準
檢查項目
質(zhì)量要求
頻率
備注
要求值或容許誤差
質(zhì)量要求
壓實度（％）[1]
大于試驗段密度代表值
每200m每車道2處
浸水劈裂強度（Pa）
?。?.30
配合比設(shè)計要求
＞0.25
上、下午各一組
施工控制要求
劈裂強度比
≥70.0％
上、下午各一組
馬歇爾穩(wěn)定度
實測
上、下午各一組
外觀要求
?、?nbsp; ①表面平整密實，無浮石、彈簧現(xiàn)象；②無明顯壓路機輪跡。
[1]關(guān)于壓實度檢查的說明：
1.采用灌砂法，要求乳化瀝青冷再生混合料基層密度大于試驗段密度代表值。
2.試驗段進行隨機取芯，芯樣總數(shù)不少于16個，測定其干密度，然后按95％的保證率計算代表值。
2.5乳化瀝青冷再生施工質(zhì)量檢測
乳化瀝青冷再生下基層的施工質(zhì)量檢測主要分為室內(nèi)和現(xiàn)場兩個部分，室內(nèi)試驗檢測的主要內(nèi)容為：馬歇爾試驗、劈裂強度試驗及含水量檢測?，F(xiàn)場檢測主要內(nèi)容為：壓實度檢測、寬度、厚度、平整度等，壓實度檢測采用灌砂法和鉆芯法兩種檢測方法。
1、室內(nèi)質(zhì)量檢測
對乳化瀝青冷再生瀝青混合料進行了馬歇爾試驗，結(jié)果顯示乳化瀝青冷再生混合料的馬歇爾密度基本在2.225~2.243g/cm3范圍內(nèi)，穩(wěn)定度實測結(jié)果在3.89~4.35kN范圍。
乳化瀝青冷再生瀝青混合料的劈裂強度、浸水劈裂強度及殘留劈裂強度比的檢測結(jié)果表明，生產(chǎn)的乳化瀝青冷再生瀝青混合料的劈裂強度基本在0.32~0.40 MPa，浸水劈裂強度基本在0.30~0.38MPa，殘留劈裂強度比基本在90%以上，均滿足質(zhì)量驗收標準的要求，說明施工質(zhì)量控制較好。
2、現(xiàn)場質(zhì)量檢測
現(xiàn)場檢測內(nèi)容中寬度、厚度、平整度都按一般路面規(guī)范要求，壓實度檢測采用了灌砂法和鉆芯法兩種方法進行檢測。
現(xiàn)場灌砂法實測干密結(jié)果顯示干密度值基本在2.098~2.189 g/cm3范圍，基本上都大于標準擊實干密度2.074g/cm3，表明現(xiàn)場壓實度較好。
施工過程中現(xiàn)場芯樣毛體積密度實測值基本在2.167~2.264 g/cm3范圍內(nèi)，均大于試驗段標準密度2.165 g/cm3，同樣表明乳化瀝青冷再生層施工壓實質(zhì)量控制較好。
3、水泥冷廠拌再生技術(shù)的應用
HN-LM4標采用了水泥為再生劑，通過冷廠拌再生技術(shù)，將二灰碎石基層的銑刨料用于新路的底基層。滬寧高速公路擴建工程其它標段則采用了水泥為再生劑，通過冷廠拌再生技術(shù)，將瀝青面層銑刨料和二灰碎石基層的銑刨料用于新路的底基層。兩者除在配合比設(shè)計方面稍微有點差別外，別的方面基本相同。本節(jié)以HN-LM6標為例，說明水泥冷廠拌再生技術(shù)在滬寧高速公路擴建工程的應用情況。
3.1、老路面銑刨與儲存
對滬寧老路瀝青路面面層和基層分別進行銑刨，采用運輸車輛直接將銑刨料運輸至拌合廠將瀝青銑刨料和二灰碎石銑刨料分別進行集中堆放。
為防止銑刨料結(jié)塊可采取與2.1相同的技術(shù)措施。
3.2、水泥穩(wěn)定再生料底基層的拌和樓生產(chǎn)
HN-LM6標水泥穩(wěn)定再生料拌和生產(chǎn)的機械設(shè)備和工藝基本與水泥穩(wěn)定碎石要求相同。采用經(jīng)試驗驗證的施工配合比進行拌和生產(chǎn)，施工配比的具體情況為：瀝青銑刨料：二灰銑刨料：石屑：外摻水泥=35%：45%：20%：2%。
3.3、水泥穩(wěn)定再生料的施工工藝
1.水泥穩(wěn)定再生料的運輸
運輸要求除2.3中說明以外。車內(nèi)再生料應在水泥初凝時間內(nèi)運到現(xiàn)場，并攤鋪、碾壓完成，否則再生料作廢料處理。
2.水泥穩(wěn)定再生料的攤鋪、碾壓
在水泥穩(wěn)定再生料底基層攤鋪前，對路床表面要求同傳統(tǒng)底基層施工。水泥穩(wěn)定再生料底基層施工中的攤鋪機械和碾壓工藝基本與傳統(tǒng)的基層水泥穩(wěn)定碎石要求相同。HN-LM6標水泥冷廠拌再生底基層施工中采用的碾壓方案如表3-1所示。
表3-1 底基層施工碾壓方案
碾壓階段
壓路機類型及數(shù)量
碾壓方式及遍數(shù)
初壓
VV1400（2臺）
SD150（1臺）
前靜后振1遍
前靜后振2遍
復壓
SD175壓路機（1臺）
前靜后振2遍
終壓
膠輪壓路機(1臺)
靜壓2遍
3.養(yǎng)生
每一段碾壓完成以后立即開始養(yǎng)生，并同時進行壓實度檢查。在養(yǎng)生期間應封閉交通。
3.4水泥穩(wěn)定再生料質(zhì)量檢驗標準
由于本次水泥穩(wěn)定再生料主要用與高速公路的底基層，強度標準主要參照規(guī)范中底基層無側(cè)限抗壓強度（≥1.0 MPa）要求，壓實度、水泥劑量標準及檢測參照規(guī)范中水泥穩(wěn)定類標準（壓實度≥98%）及要求。
3.5水泥穩(wěn)定再生料施工質(zhì)量檢測
實際生產(chǎn)過程中無側(cè)限抗壓強度基本在1.3~1.7 MPa，滿足檢驗標準要求；現(xiàn)場壓實度檢測結(jié)果基本在98.5~99.7％之間，水泥劑量檢測結(jié)果基本在2.1~2.4％，均滿足檢驗標準要求。表明施工控制較好。
4、經(jīng)濟效益分析
滬寧高速公路擴建工程產(chǎn)生的銑刨舊料有110萬噸舊瀝青混合料及203萬噸二灰碎石混合料。滬寧高速公路擴建工程采用了再生技術(shù)，將老路面瀝青面層和二灰碎石基層銑刨料100％地再生利用到擴建后的滬寧高速公路路面結(jié)構(gòu)中。經(jīng)濟效益分析如下：
1將HN-LM4標瀝青面層銑刨料經(jīng)乳化瀝青冷廠拌再生后用于新路下基層，厚度為10cm，以取代10cm的瀝青碎石下基層，造價節(jié)省了1911.97萬元。二灰碎石銑刨料經(jīng)水泥冷廠拌再生后用于新路的底基層，以取代二灰土底基層，造價節(jié)省661.11萬元。
綜合HN-LM4標采用兩種再生技術(shù)處理老路面銑刨舊料節(jié)省的造價為2573.08萬元，節(jié)省約8.81％。
2滬寧高速公路擴建工程其它路段采用的是水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面結(jié)構(gòu)，采用了將瀝青面層銑刨料和二灰碎石基層銑刨料混和在一起，經(jīng)水泥冷廠拌再生后，用于新路的底基層，以取代二灰土底基層。節(jié)省造價為3751.45萬元。
3節(jié)省材料運輸費用
假設(shè)從料場到拌和場的平均運距為10km，運費1.2元/（t×km）。則節(jié)省的材料運輸費用為3754.16萬元。
4節(jié)省占用土地費用
按照江蘇省人民政府辦公廳蘇政辦發(fā)[2003]47號文件的標準，土地征用費用為每畝3.4035萬元；則節(jié)省占用土地費用為23,135,687元。
綜合以上分析，滬寧高速公路擴建工程采用再生技術(shù)，將瀝青面層銑刨料和二灰碎石基層銑刨料100%地妥善利用后，節(jié)省造價為12392萬元。
若進一步測算銑刨舊料全部廢棄后將產(chǎn)生的環(huán)境污染及治理等費用，滬寧高速公路擴建工程采用再生技術(shù)后將具有更為可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。因此，采取合適的再生技術(shù)妥善應用舊混合料，對降低改造工程的造價、減少廢棄混合料對環(huán)境的污染和堆放土地占用等都具有重大的意義。
5、結(jié)語
實踐表明，再生技術(shù)在滬寧高速公路擴建工程中的應用是成功的，也是首次在高速公路擴建工程中大規(guī)模使用乳化瀝青冷廠拌再生技術(shù)，并應用于柔性基層。再生技術(shù)的使用具有很大的應用前景，本文對其它瀝青路面改擴建工程也有重要參考價值，具有明顯的社會經(jīng)濟效益。
