滬寧高速公路擴(kuò)建工程路面冷再生技術(shù)的應(yīng)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(jìn)行重復(fù)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(fù)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(dāng)。
經(jīng)過對滬寧高速公路擴(kuò)建工程瀝青路面再生策略研究，在滬寧高速公路擴(kuò)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(yīng)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(kuò)建工程中得到了成功的應(yīng)用，發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。結(jié)合滬寧高速公路擴(kuò)建工程再生利用的實(shí)際生產(chǎn)，本文對再生技術(shù)在滬寧高速公路擴(kuò)建工程中應(yīng)用的相關(guān)情況進(jìn)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(yīng)用
滬寧高速公路擴(kuò)建工程無錫段HN-LM4標(biāo)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(biāo)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(jìn)行銑刨，采用運(yùn)輸車輛直接將銑刨料運(yùn)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(shí)適當(dāng)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(jìn)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(xì)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(jìn)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(jìn)行再次破碎，破碎后的銑刨料經(jīng)篩網(wǎng)過篩后分成粗細(xì)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(xì)料分開堆放存儲(chǔ)
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(xì)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(biāo)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(jī)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(yàn)驗(yàn)證的生產(chǎn)配合比（如表2-1）進(jìn)行拌和生產(chǎn)，實(shí)際生產(chǎn)過程中粗集料和細(xì)集料部分分別采用兩個(gè)倉同時(shí)進(jìn)料，通過單位時(shí)間的進(jìn)料量（即流量）來控制進(jìn)料比例。
表2-1 HN-LM4標(biāo)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(shí)應(yīng)控制好冷再生混合料的拌和時(shí)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(dǎo)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(dǎo)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(yùn)輸
運(yùn)輸車輛保持干凈清潔，并對車廂板均勻噴灑肥皂水溶液。運(yùn)輸車輛在裝料過程中前后移動(dòng)，分幾堆裝料，以減少冷再生瀝青混合料的離析。運(yùn)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(yùn)輸過程中，運(yùn)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(yùn)輸過程中提前破乳。
2、冷再生混合料的攤鋪
HN-LM4標(biāo)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(jī)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(shí)攤鋪機(jī)熨平板不必預(yù)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(biāo)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(shí)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(jī)組合方式和碾壓步驟至關(guān)重要。經(jīng)多次生產(chǎn)實(shí)踐比較得出采用表2-2所示壓實(shí)工藝時(shí)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(shí)壓路機(jī)鋼輪上粘輪將非常嚴(yán)重。為了保證壓實(shí)度和平整度，初壓應(yīng)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(jìn)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(jī)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(fù)壓
英格索蘭膠輪壓路機(jī)（1臺）
靜壓4遍
終壓
YL25膠輪壓路機(jī)（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(yīng)養(yǎng)生一段時(shí)間，使混合料中的水分進(jìn)一步散失，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)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(shí)檢測路面中的含水量，當(dāng)路面含水量降低至2%以下時(shí)，可鋪筑上面的結(jié)構(gòu)層。
2.4乳化瀝青冷再生質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)乳化瀝青冷再生在滬寧高速公路擴(kuò)建工程中的生產(chǎn)實(shí)踐，推薦以下的質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。
（1）室內(nèi)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
乳化瀝青冷再生瀝青混合料室內(nèi)試驗(yàn)主要包括馬歇爾試驗(yàn)和劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
試驗(yàn)項(xiàng)目
試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)
浸水24h劈裂強(qiáng)度
?。?.30MPa
浸水24h和空氣中養(yǎng)生試件的劈裂強(qiáng)度比
≥70.0％
馬歇爾試驗(yàn)
馬歇爾穩(wěn)定度
實(shí)測
?。?）現(xiàn)場質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
乳化瀝青冷再生底基層施工結(jié)束后的試驗(yàn)檢測項(xiàng)目及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見表2-4所示。
表2-4 乳化瀝青冷再生底基層現(xiàn)場試驗(yàn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
檢查項(xiàng)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(shí)度（％）[1]
大于試驗(yàn)段密度代表值
每200m每車道2處
浸水劈裂強(qiáng)度（Pa）
＞0.30
配合比設(shè)計(jì)要求
?。?.25
上、下午各一組
施工控制要求
劈裂強(qiáng)度比
≥70.0％
上、下午各一組
馬歇爾穩(wěn)定度
實(shí)測
上、下午各一組
外觀要求
?、?nbsp; ①表面平整密實(shí)，無浮石、彈簧現(xiàn)象；②無明顯壓路機(jī)輪跡。
[1]關(guān)于壓實(shí)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(yàn)段密度代表值。
2.試驗(yàn)段進(jìn)行隨機(jī)取芯，芯樣總數(shù)不少于16個(gè)，測定其干密度，然后按95％的保證率計(jì)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(gè)部分，室內(nèi)試驗(yàn)檢測的主要內(nèi)容為：馬歇爾試驗(yàn)、劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)及含水量檢測?，F(xiàn)場檢測主要內(nèi)容為：壓實(shí)度檢測、寬度、厚度、平整度等，壓實(shí)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(jìn)行了馬歇爾試驗(yàn)，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(shí)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(qiáng)度、浸水劈裂強(qiáng)度及殘留劈裂強(qiáng)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(qiáng)度基本在0.32~0.40 MPa，浸水劈裂強(qiáng)度基本在0.30~0.38MPa，殘留劈裂強(qiáng)度比基本在90%以上，均滿足質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)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(shí)度檢測采用了灌砂法和鉆芯法兩種方法進(jìn)行檢測。
現(xiàn)場灌砂法實(shí)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(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)干密度2.074g/cm3，表明現(xiàn)場壓實(shí)度較好。
施工過程中現(xiàn)場芯樣毛體積密度實(shí)測值基本在2.167~2.264 g/cm3范圍內(nèi)，均大于試驗(yàn)段標(biāo)準(zhǔn)密度2.165 g/cm3，同樣表明乳化瀝青冷再生層施工壓實(shí)質(zhì)量控制較好。
3、水泥冷廠拌再生技術(shù)的應(yīng)用
HN-LM4標(biāo)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(kuò)建工程其它標(biāo)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(jì)方面稍微有點(diǎn)差別外，別的方面基本相同。本節(jié)以HN-LM6標(biāo)為例，說明水泥冷廠拌再生技術(shù)在滬寧高速公路擴(kuò)建工程的應(yīng)用情況。
3.1、老路面銑刨與儲(chǔ)存
對滬寧老路瀝青路面面層和基層分別進(jìn)行銑刨，采用運(yùn)輸車輛直接將銑刨料運(yùn)輸至拌合廠將瀝青銑刨料和二灰碎石銑刨料分別進(jìn)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(biāo)水泥穩(wěn)定再生料拌和生產(chǎn)的機(jī)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(yàn)驗(yàn)證的施工配合比進(jìn)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(yùn)輸
運(yùn)輸要求除2.3中說明以外。車內(nèi)再生料應(yīng)在水泥初凝時(shí)間內(nèi)運(yùn)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(jī)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(biāo)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(jī)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(fù)壓
SD175壓路機(jī)（1臺）
前靜后振2遍
終壓
膠輪壓路機(jī)(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(shí)進(jìn)行壓實(shí)度檢查。在養(yǎng)生期間應(yīng)封閉交通。
3.4水泥穩(wěn)定再生料質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
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(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)主要參照規(guī)范中底基層無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（≥1.0 MPa）要求，壓實(shí)度、水泥劑量標(biāo)準(zhǔn)及檢測參照規(guī)范中水泥穩(wěn)定類標(biāo)準(zhǔn)（壓實(shí)度≥98%）及要求。
3.5水泥穩(wěn)定再生料施工質(zhì)量檢測
實(shí)際生產(chǎn)過程中無側(cè)限抗壓強(qiáng)度基本在1.3~1.7 MPa，滿足檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求；現(xiàn)場壓實(shí)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(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求。表明施工控制較好。
4、經(jīng)濟(jì)效益分析
滬寧高速公路擴(kuò)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(kuò)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(kuò)建后的滬寧高速公路路面結(jié)構(gòu)中。經(jīng)濟(jì)效益分析如下：
1將HN-LM4標(biāo)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(jià)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(jià)節(jié)省661.11萬元。
綜合HN-LM4標(biāo)采用兩種再生技術(shù)處理老路面銑刨舊料節(jié)省的造價(jià)為2573.08萬元，節(jié)省約8.81％。
2滬寧高速公路擴(kuò)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(jià)為3751.45萬元。
3節(jié)省材料運(yùn)輸費(fèi)用
假設(shè)從料場到拌和場的平均運(yùn)距為10km，運(yùn)費(fèi)1.2元/（t×km）。則節(jié)省的材料運(yùn)輸費(fèi)用為3754.16萬元。
4節(jié)省占用土地費(fèi)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(biāo)準(zhǔn)，土地征用費(fèi)用為每畝3.4035萬元；則節(jié)省占用土地費(fèi)用為23,135,687元。
綜合以上分析，滬寧高速公路擴(kuò)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(jià)為12392萬元。
若進(jìn)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(fèi)用，滬寧高速公路擴(kuò)建工程采用再生技術(shù)后將具有更為可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。因此，采取合適的再生技術(shù)妥善應(yīng)用舊混合料，對降低改造工程的造價(jià)、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(shí)踐表明，再生技術(shù)在滬寧高速公路擴(kuò)建工程中的應(yīng)用是成功的，也是首次在高速公路擴(kuò)建工程中大規(guī)模使用乳化瀝青冷廠拌再生技術(shù)，并應(yīng)用于柔性基層。再生技術(shù)的使用具有很大的應(yīng)用前景，本文對其它瀝青路面改擴(kuò)建工程也有重要參考價(jià)值，具有明顯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
