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摘要:公路作为资源占有型和能源消耗型行业,沥青再生技术的研究、推广和相关专用设备的开发,对降低建设成本、保护生态环境以及对我们国家的公路建设都有极大的意义。泡沫沥青就地冷再生施工在我省南部地区,已有几年施工历史并总结了一定的施工经验,但在承德地区特别是坝上高寒地区尚属首次应用,本文主要介绍承德市坝上高寒地区的冷再生施工和体会。
关键词:沥青路面 冷再生 山区 应用
■一. 工程概况
省道围多线(S351)全长50.435km,路基宽度8.5m,路面宽度8.0m。,全线采用山岭重丘二级公路技术标准,设计时速60km/h。原路面结构为:上面层3cm细粒式沥青混凝土,下面层为5cm中粒式沥青混凝土,基层为 20cm 水泥稳定碎石,垫层为15cm厚天然砂砾,该工程于2003年竣工通车本段大修工程为k3+000-k20+000 ,计17.0km。
■二.主要病害形式、原因及处置设计
本路段主要病害形式表现为沥青混凝土路面面层推移、车辙,原因是由于超载严重及面层与基层连接过弱,致使沥青面层出现大面积推移、车辙。根据原路面结构、当前的病害状况、交通流量等实际路况和交通部黄颂昌教授实地路查,提出建议,省厅决定该路段路面大修工程采用如下处置方案:
1、 k12+220-k14+320 、k16+750-k18+950(计4.3km),原路面铣刨3 厘米后,做下封层,重新铺筑4cm中粒式沥青混凝土。
2、k11+220-k12+220(计1km ),原沥青路面全部铲除,基层铣刨后洒布粘层油,重新铺筑(5+3)厘米沥青混凝土。
3、k3+000-k11+220、k14+320-k16+750、k18+950-k20+000,(计11.7km)。原沥青路面冷再生10厘米,铺筑4厘米中粒式沥青砼。
沥青路面就地冷再生是指采用专业的就地冷再生设备,对沥青路面进行现场冷铣刨,破碎,参入一定数量的新集料、再生结合料、活性填料(水泥) 、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。
本路段路基宽度不变。病害处置完成后,采用专用的就地冷再生设备(维特根2200CR), 对原沥青面层和基层进行全深式冷再生:将原路面沥青层面和2厘米水泥稳定碎石基层材料一起用泡沫沥青进行就地冷再生,再生层的压实厚度10厘米结构层做为下面层。
■三、取样和试样分析
1、RAP取样与分析
(1)为给混合料组成设计提供准确、可靠的试验数据,依据现行《公路工程集料试验规程》(JTJ058-2000)、公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-2000)、《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80-2004)、《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)、《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTG E30-2005)、《公路沥青路面再生技术规范》(JTG F41-2008),做了原材料试验(详见原材料试验检测结果汇总表),同时我们采用2200CR型再生机现场取样,对不同病害程度的路段分别进行了取样,取样槽的长度为3m,从取样槽中部均匀的取样,取样深度按再生施工要求的深度取样(10 cm),利用取样槽观察了路面结构层并量测了不同路段面层结构的厚度。
2、试样的分析与级配设计
⑴铣刨材料的砂当量与塑性指数试验
依据《JTG F41-2008公路沥青路面再生技术规范》、《公路工程集料试验规程》(JTJ058-2000),我们对铣刨10 cm 的原沥青路面材料RAP做了砂当量、塑性指数和筛分(用干筛法)试验。
(2)级配设计
通过对铣刨料筛分分析,发现铣刨料中粗骨料,因此需要加入一定量的粗骨料以改善这一级配。根据当地实际情况,最后确定加入一种最大料径为1～3cm的碎石。同时考虑到增加泡沫沥青冷再生料的早期强度和增强其抗水损坏的能力,添加1.5%水泥。
■四、发泡试验与最佳发泡条件
为了衡量沥青的发泡效果,目前主要用膨胀率(发泡体积倍数)和半衰期丙个指标加以评价。
膨胀率是指在沥青发泡状态下测量的最大体积与未发泡状态下的体积之比。为了使泡沫沥青与翻腾的集料充分接触,形成良好的裹覆作用,膨胀率越大,拌制的泡沫沥青混合料质量越好。
半衰期是指泡沫沥青自最大体积时至缩小到该体积一半所用的时间。该指标实际上描述了沥青泡沫的稳定性,半衰期越长,说明泡沫越不容易衰减,可以与集料有较长的接触与拌和时间,可提高泡沫沥青混合料的质量。
■五、密度测试
制作马歇尔试件分为两组,一组用表干法测试毛体积密度,另一组用蜡封法测试毛体积密度测试结果表明,蜡封法测定的结果要略大于表干法,但两者相差不超过1.5%。试件的毛体积密度随着沥青用量的增大而逐渐减小,变化幅度在2.14~2.24g/cm3。
■六、沥青用量的确定
按照规范要求,我们对冷再生泡沫沥青混合料做了强度试验, 可以看出,对于不同泡沫沥青用量下干湿ITS都存在一个最大值对应的沥青用量要略小于湿ITS最大值对应的沥青用量。所以我们选择湿ITS最大值对应的沥青用量既3.0%作为设计值。
泡沫沥青用量2.5%～3.5%之间时混合料强度变化不大,考虑实际工程应用情况,现场泡沫沥青用量控制在3%。
■七、试验路施工工艺
1、选择试验路段:选择K3+000至K3+200为试验段,总长200M,面积1600M2。
2.施工工艺:
①首先在试验路段的沥青路面上,根据施工要求和试验结果,在沥青路满上撒铺2cm厚矿粉,3cm厚碎石和1.5%水泥;将各所需施工机械顺序首尾相连形成再生机组,即水罐车-沥青罐车-冷再生机-压路机-平地机-胶轮压路机,并连接相应的管路。机械预热后,启动设备按照设定再生深度对路面进行铣刨、自动拌和后再生机组开始缓慢、均匀、连续地进行再生作业,行进速度我们控制在为6m/min(规范要求4-8m/min),行进中严禁随意变速或中途停顿 ;施工中我们控制再生出的混合料质量以防出现明显离析、波浪、裂缝、拖痕等现象。
②压实:再生施工完成后,先用钢轮压路机紧跟再生机组静压一遍,以免再生料水分散失。完成一个作业段的初压后,再高频振动碾压7遍,压实速度2km/h 然后用平地机找平整形,达到规定的路拱和横坡;找平后再用钢轮压路机在初平的路段碾压1-2遍,对发现的局部轮迹、凹线进行人工修补,拣出拌块压完后用水车洒水,洒水量根据现场混合料检查的含水量情况而定,一般比最佳含水量大1%,洒水后用轮胎压路机进行压实9遍,压实速度不超4km/h 。
③养生:在碾压完成的路段利用灌砂法及时检测压实度,压实度合格的路段封闭交通24h。
■八、施工
我们选用K3+200-K4+200为施工段,先计算出每平米应撒铺各集料数量,用石灰粉打格。铺好石屑,在石屑的上面铺碎石,铺料时要保证厚度均匀,是按照试验段方法施工的。水泥填充料用量按撒布区域的面积来确定,水泥撒布必须均匀,水泥撒布一旦完成,除了再生机组以外其它车辆一律不得进入施工区域。集料撒铺完,开始启动冷再生机组,检查管路的链接是否完好,量测沥青温度,然后按照试验段的施工工序进行就地冷再生施工。
通过施工验证我们总结出:当再生机在直线和不设超高的平曲线上施工时,再生机应沿着路幅的外侧开始,然后逐渐向内侧施工,当遇设超高的平曲线段时,再生机应沿着路幅内侧开始,然后逐渐向路幅外侧施工,并安排具有丰富的施工技术人员,在再生机后连续观察拌和材料是否均匀,一旦发现沥青出现条状或结团现象,应立即停止施工,检查再生机喷洒设备;当遇有成块的沥青混合料时及时清除。纵横接缝时为了保证全幅路面的再生施工,必须保证相邻两个再生幅面具有一定的搭接宽度。第一个再生作业的宽度应与铣刨段的宽度一致。所有后续有效再生幅面的纵向搭接宽度不宜小于150mm。整平时,平地机进行整平工作,以达到设计标高。刮平后多余的混合料进行硬化路肩和平交道口,对泡沫沥青再生料应及时压实,对于直线和不设超高的平曲线,由两侧路肩向路中心碾压,设超高的平曲线段,由内侧路肩向外侧路肩进行碾压,碾压时,应重叠1/3轮宽,后轮压完路面全宽时,即为1遍。钢轮振动压路机压实第6遍,检测压实度为97.8%、第七遍检测压实度为98.8%、第8遍检测压实度为100%,我们控制碾压遍数为8遍。胶轮压路机压实8遍后观察表面还有粗糙现象,感观一般,压实第9遍后观察表面没有粗糙现象,感观很好。故胶轮压路机碾压遍数控制在9遍。通过施工还确定了冷再生泡沫沥青层的虚铺系数为1.4。检测了劈裂干强度试验强度的平均值:0.58mpa 、湿劈裂干强度的试验的强度平均值:0.45mpa 、干湿劈强度比 77.6%;七天后对路面冷再生层进行取芯观察试样完整性良好,施工完后的泡沫沥青冷再生层整体效果良好,行车舒适感很好。验证了试验路段的各项技术指标。
■九、总结经验评价推广前景及价值
通过坝上高寒地区沥青路面就地冷再生技术的实地应用,可以看出与传统的施工方法相比,具有以下优点:
1、工序简单。由于原有旧路面的材料全部被就地利用,省略了掘、外运、场内加工及回填等一系列工作,使得施工工序简化。
2、可以不中断交通。由于就地冷再生工序简单,投入现场的施工设施较少,对交通干扰反映不敏感,可采用分车道施工。
3、相对成本低。与传统的施工方法相比,由于旧的道路材料得以全部利用,随着再生层厚度的不同,降低了工程成本 。
4、生产效率高。就地冷再生是在自然条件下进行的,除了个别严重的坑槽、翻浆等病害需要简单的预处理外,其余路面均不需要任何处理。充分地利用了作业时间,因此大大地提高了生产效率。
5、质量控制精确,含水量由冷再生机电脑自动控制,能够在最佳含水量的情况下压实,达到最佳密实效果。
6、工艺先进。泡沫沥青提高了剪切强度,降低了水敏感性。强度特征接近半刚性材料,但又具有柔性性质和良好的抗疲劳特性,能够有效地减少反射裂缝。
7、保护环境和资源,因为旧料得以全部就地利用,减少了新材料的开采,也不存在旧料运输和废料随意丢放的问题,节约了资源,保护了环境。这还将对加快大修进度、降低工程成本、少占施工便道用地,保持生态都具有重要意义。
通过冷再生施工,不仅为承德地区大修工程使用冷再生新工艺奠定了基础,同时还为北方坝上高寒地区公路大修工程积累和总结了施工经验。因此泡沫冷再生技术具有广阔的发展前景和推广价值。
■十、结束语
总之,作为一项创新型实用技术,沥青路面冷再生极大程度的改变了我国沿用多年的传统的沥青路面维修方法。随着“节约、环保”观念的增强,公路、市政系统都在积极主动研究探索,并结合工程实际情况进行试验性使用,也取得了较好的效果,随着该技术的进一步完善,将极大的提高公路维修的技术水平。
参考文献:
[1]交通部.公路沥青路面再生技术规范,(JTG F-2008)
[2]道路重建翻新工程中的路面再生技术[J].施工技术,2006;1
[3]侯睿.高等级路基旧沥青混合料再生利用技术[J].中外公路,2005;8
[4]冷再生沥青混合料设计方法概述.公路,2004;11
[5]沥青路面现场冷再生设计方法的探讨.天津市政设计,2002;3
[6]冷再生技术在公路工程中的应用研究.(项目年度编号?0401030470)
(责任编辑:罗亦成)
关键词:沥青路面 冷再生 山区 应用
■一. 工程概况
省道围多线(S351)全长50.435km,路基宽度8.5m,路面宽度8.0m。,全线采用山岭重丘二级公路技术标准,设计时速60km/h。原路面结构为:上面层3cm细粒式沥青混凝土,下面层为5cm中粒式沥青混凝土,基层为 20cm 水泥稳定碎石,垫层为15cm厚天然砂砾,该工程于2003年竣工通车本段大修工程为k3+000-k20+000 ,计17.0km。
■二.主要病害形式、原因及处置设计
本路段主要病害形式表现为沥青混凝土路面面层推移、车辙,原因是由于超载严重及面层与基层连接过弱,致使沥青面层出现大面积推移、车辙。根据原路面结构、当前的病害状况、交通流量等实际路况和交通部黄颂昌教授实地路查,提出建议,省厅决定该路段路面大修工程采用如下处置方案:
1、 k12+220-k14+320 、k16+750-k18+950(计4.3km),原路面铣刨3 厘米后,做下封层,重新铺筑4cm中粒式沥青混凝土。
2、k11+220-k12+220(计1km ),原沥青路面全部铲除,基层铣刨后洒布粘层油,重新铺筑(5+3)厘米沥青混凝土。
3、k3+000-k11+220、k14+320-k16+750、k18+950-k20+000,(计11.7km)。原沥青路面冷再生10厘米,铺筑4厘米中粒式沥青砼。
沥青路面就地冷再生是指采用专业的就地冷再生设备,对沥青路面进行现场冷铣刨,破碎,参入一定数量的新集料、再生结合料、活性填料(水泥) 、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。
本路段路基宽度不变。病害处置完成后,采用专用的就地冷再生设备(维特根2200CR), 对原沥青面层和基层进行全深式冷再生:将原路面沥青层面和2厘米水泥稳定碎石基层材料一起用泡沫沥青进行就地冷再生,再生层的压实厚度10厘米结构层做为下面层。
■三、取样和试样分析
1、RAP取样与分析
(1)为给混合料组成设计提供准确、可靠的试验数据,依据现行《公路工程集料试验规程》(JTJ058-2000)、公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-2000)、《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80-2004)、《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)、《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTG E30-2005)、《公路沥青路面再生技术规范》(JTG F41-2008),做了原材料试验(详见原材料试验检测结果汇总表),同时我们采用2200CR型再生机现场取样,对不同病害程度的路段分别进行了取样,取样槽的长度为3m,从取样槽中部均匀的取样,取样深度按再生施工要求的深度取样(10 cm),利用取样槽观察了路面结构层并量测了不同路段面层结构的厚度。
2、试样的分析与级配设计
⑴铣刨材料的砂当量与塑性指数试验
依据《JTG F41-2008公路沥青路面再生技术规范》、《公路工程集料试验规程》(JTJ058-2000),我们对铣刨10 cm 的原沥青路面材料RAP做了砂当量、塑性指数和筛分(用干筛法)试验。
(2)级配设计
通过对铣刨料筛分分析,发现铣刨料中粗骨料,因此需要加入一定量的粗骨料以改善这一级配。根据当地实际情况,最后确定加入一种最大料径为1～3cm的碎石。同时考虑到增加泡沫沥青冷再生料的早期强度和增强其抗水损坏的能力,添加1.5%水泥。
■四、发泡试验与最佳发泡条件
为了衡量沥青的发泡效果,目前主要用膨胀率(发泡体积倍数)和半衰期丙个指标加以评价。
膨胀率是指在沥青发泡状态下测量的最大体积与未发泡状态下的体积之比。为了使泡沫沥青与翻腾的集料充分接触,形成良好的裹覆作用,膨胀率越大,拌制的泡沫沥青混合料质量越好。
半衰期是指泡沫沥青自最大体积时至缩小到该体积一半所用的时间。该指标实际上描述了沥青泡沫的稳定性,半衰期越长,说明泡沫越不容易衰减,可以与集料有较长的接触与拌和时间,可提高泡沫沥青混合料的质量。
■五、密度测试
制作马歇尔试件分为两组,一组用表干法测试毛体积密度,另一组用蜡封法测试毛体积密度测试结果表明,蜡封法测定的结果要略大于表干法,但两者相差不超过1.5%。试件的毛体积密度随着沥青用量的增大而逐渐减小,变化幅度在2.14~2.24g/cm3。
■六、沥青用量的确定
按照规范要求,我们对冷再生泡沫沥青混合料做了强度试验, 可以看出,对于不同泡沫沥青用量下干湿ITS都存在一个最大值对应的沥青用量要略小于湿ITS最大值对应的沥青用量。所以我们选择湿ITS最大值对应的沥青用量既3.0%作为设计值。
泡沫沥青用量2.5%～3.5%之间时混合料强度变化不大,考虑实际工程应用情况,现场泡沫沥青用量控制在3%。
■七、试验路施工工艺
1、选择试验路段:选择K3+000至K3+200为试验段,总长200M,面积1600M2。
2.施工工艺:
①首先在试验路段的沥青路面上,根据施工要求和试验结果,在沥青路满上撒铺2cm厚矿粉,3cm厚碎石和1.5%水泥;将各所需施工机械顺序首尾相连形成再生机组,即水罐车-沥青罐车-冷再生机-压路机-平地机-胶轮压路机,并连接相应的管路。机械预热后,启动设备按照设定再生深度对路面进行铣刨、自动拌和后再生机组开始缓慢、均匀、连续地进行再生作业,行进速度我们控制在为6m/min(规范要求4-8m/min),行进中严禁随意变速或中途停顿 ;施工中我们控制再生出的混合料质量以防出现明显离析、波浪、裂缝、拖痕等现象。
②压实:再生施工完成后,先用钢轮压路机紧跟再生机组静压一遍,以免再生料水分散失。完成一个作业段的初压后,再高频振动碾压7遍,压实速度2km/h 然后用平地机找平整形,达到规定的路拱和横坡;找平后再用钢轮压路机在初平的路段碾压1-2遍,对发现的局部轮迹、凹线进行人工修补,拣出拌块压完后用水车洒水,洒水量根据现场混合料检查的含水量情况而定,一般比最佳含水量大1%,洒水后用轮胎压路机进行压实9遍,压实速度不超4km/h 。
③养生:在碾压完成的路段利用灌砂法及时检测压实度,压实度合格的路段封闭交通24h。
■八、施工
我们选用K3+200-K4+200为施工段,先计算出每平米应撒铺各集料数量,用石灰粉打格。铺好石屑,在石屑的上面铺碎石,铺料时要保证厚度均匀,是按照试验段方法施工的。水泥填充料用量按撒布区域的面积来确定,水泥撒布必须均匀,水泥撒布一旦完成,除了再生机组以外其它车辆一律不得进入施工区域。集料撒铺完,开始启动冷再生机组,检查管路的链接是否完好,量测沥青温度,然后按照试验段的施工工序进行就地冷再生施工。
通过施工验证我们总结出:当再生机在直线和不设超高的平曲线上施工时,再生机应沿着路幅的外侧开始,然后逐渐向内侧施工,当遇设超高的平曲线段时,再生机应沿着路幅内侧开始,然后逐渐向路幅外侧施工,并安排具有丰富的施工技术人员,在再生机后连续观察拌和材料是否均匀,一旦发现沥青出现条状或结团现象,应立即停止施工,检查再生机喷洒设备;当遇有成块的沥青混合料时及时清除。纵横接缝时为了保证全幅路面的再生施工,必须保证相邻两个再生幅面具有一定的搭接宽度。第一个再生作业的宽度应与铣刨段的宽度一致。所有后续有效再生幅面的纵向搭接宽度不宜小于150mm。整平时,平地机进行整平工作,以达到设计标高。刮平后多余的混合料进行硬化路肩和平交道口,对泡沫沥青再生料应及时压实,对于直线和不设超高的平曲线,由两侧路肩向路中心碾压,设超高的平曲线段,由内侧路肩向外侧路肩进行碾压,碾压时,应重叠1/3轮宽,后轮压完路面全宽时,即为1遍。钢轮振动压路机压实第6遍,检测压实度为97.8%、第七遍检测压实度为98.8%、第8遍检测压实度为100%,我们控制碾压遍数为8遍。胶轮压路机压实8遍后观察表面还有粗糙现象,感观一般,压实第9遍后观察表面没有粗糙现象,感观很好。故胶轮压路机碾压遍数控制在9遍。通过施工还确定了冷再生泡沫沥青层的虚铺系数为1.4。检测了劈裂干强度试验强度的平均值:0.58mpa 、湿劈裂干强度的试验的强度平均值:0.45mpa 、干湿劈强度比 77.6%;七天后对路面冷再生层进行取芯观察试样完整性良好,施工完后的泡沫沥青冷再生层整体效果良好,行车舒适感很好。验证了试验路段的各项技术指标。
■九、总结经验评价推广前景及价值
通过坝上高寒地区沥青路面就地冷再生技术的实地应用,可以看出与传统的施工方法相比,具有以下优点:
1、工序简单。由于原有旧路面的材料全部被就地利用,省略了掘、外运、场内加工及回填等一系列工作,使得施工工序简化。
2、可以不中断交通。由于就地冷再生工序简单,投入现场的施工设施较少,对交通干扰反映不敏感,可采用分车道施工。
3、相对成本低。与传统的施工方法相比,由于旧的道路材料得以全部利用,随着再生层厚度的不同,降低了工程成本 。
4、生产效率高。就地冷再生是在自然条件下进行的,除了个别严重的坑槽、翻浆等病害需要简单的预处理外,其余路面均不需要任何处理。充分地利用了作业时间,因此大大地提高了生产效率。
5、质量控制精确,含水量由冷再生机电脑自动控制,能够在最佳含水量的情况下压实,达到最佳密实效果。
6、工艺先进。泡沫沥青提高了剪切强度,降低了水敏感性。强度特征接近半刚性材料,但又具有柔性性质和良好的抗疲劳特性,能够有效地减少反射裂缝。
7、保护环境和资源,因为旧料得以全部就地利用,减少了新材料的开采,也不存在旧料运输和废料随意丢放的问题,节约了资源,保护了环境。这还将对加快大修进度、降低工程成本、少占施工便道用地,保持生态都具有重要意义。
通过冷再生施工,不仅为承德地区大修工程使用冷再生新工艺奠定了基础,同时还为北方坝上高寒地区公路大修工程积累和总结了施工经验。因此泡沫冷再生技术具有广阔的发展前景和推广价值。
■十、结束语
总之,作为一项创新型实用技术,沥青路面冷再生极大程度的改变了我国沿用多年的传统的沥青路面维修方法。随着“节约、环保”观念的增强,公路、市政系统都在积极主动研究探索,并结合工程实际情况进行试验性使用,也取得了较好的效果,随着该技术的进一步完善,将极大的提高公路维修的技术水平。
参考文献:
[1]交通部.公路沥青路面再生技术规范,(JTG F-2008)
[2]道路重建翻新工程中的路面再生技术[J].施工技术,2006;1
[3]侯睿.高等级路基旧沥青混合料再生利用技术[J].中外公路,2005;8
[4]冷再生沥青混合料设计方法概述.公路,2004;11
[5]沥青路面现场冷再生设计方法的探讨.天津市政设计,2002;3
[6]冷再生技术在公路工程中的应用研究.(项目年度编号?0401030470)
(责任编辑:罗亦成)