《市政道路建造养护与病害防治技术及工程案例PPT.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《市政道路建造养护与病害防治技术及工程案例PPT.pptx（336页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、市政道路建造、养护与病害防治技术及工程案例,2.1 热拌沥青混合料双层摊铺施工技术,1 引言,沥青混合料双层摊铺技术是将上层（磨耗层）沥青混合料和下层的热拌沥青混合料同时摊铺碾压，利用下层沥青混合料释放的热量延长碾压时间，将较薄的上面层压实，是一种“热接热（hot-on-hot）的沥青路面施工工艺。双层摊铺路面的厚度最大可以达到12cm，上层厚度一般在24cm。双层摊铺施工工艺可解决超薄上面层铺筑质量难题。 热拌沥青混合料双层摊铺技术能够产生并不断发展，很大程度上得益于沥青路面超薄面层技术的开发应用。由于超薄面层厚度很小、散热快，又多采用改性沥青结合料，对摊铺碾压温度要求比较苛刻。要保证良好的
2、施工质量，必须尽可能减少面层热量散失过快、碾压温度难以保证的问题。鉴于此，在应用超薄面层较多的荷兰、德国、法国、比利时等国家开始尝试将超薄面层和下面黏结层沥青混合料一次摊铺碾压成型。,德国戴纳派克（DYNAPC）公司很快就生产出了热拌沥青混合料双层摊铺机。这种摊铺机由标准摊铺机改造而成，只需加装两组功能模块。标准摊铺机采用F300CS型，一组功能模块是45吨容量的沥青混合料斗，盛放黏结层混合料；另一个功能模块称为AM300，包含一个25吨容量磨耗层料斗、两个螺旋布料器和熨平板，模块配有两个可升降的辅助轮，组装熨平板时可以提供支撑。戴纳派克高性能摊铺机F300CS可以随时安装功能模块进行双层摊铺
3、作业。 双层摊铺机工作流程与普通摊铺机基本相同，工作流程示意见图1。和传统摊铺方式一样，黏结层混合料车将下层混合料输送至大容量料斗，再将面层混合料输送至上方第二个料斗，之后开始摊铺。通过刮料板将混合料输送到螺旋布料器，混合料被均匀摊铺和预压实，由于下层混合料熨平采用的是高密实熨平板，摊铺压实度达到90以上。上面层混合料同时摊铺在已经预压好的下黏结层上。,图1 戴纳派克双层沥青摊铺机工作流程示意,双层摊铺技术实现了两层不同类型混合料的“热接热摊铺成型，可以充分利用下层的余热将较薄上层摊铺压实，不需要额外喷洒粘层油即可实现很好的层间连接。而普通摊铺工艺只能算是“热接冷摊铺方式，必须洒布黏层油或者黏
4、结防水层才能保证层间的黏结。 由于双层摊铺技术对于保证薄面层施工质量方面有明显的优越性，在荷兰、德国、法国、美国、日本等发达国家得到越来越多的应用。 2 双层摊铺沥青混合料路用性能 沥青路面暴露于自然环境中，直接承受车辆荷载和外部环境因素的作用，是公路工程中最易出现破损和性能衰退的部分。以全国高速公路沥青路面使用状况为例，尽管竣工验收平整度、弯沉值和抗滑性能都达到了较高水平，不少指标甚至大大超出了规范的要求。,但是，在通车后大交通量、重载货车渠化行驶、高轮压和严酷气候条件等因素的作用下，沥青路面较多出现行车道平整度、抗滑指标衰减较快、车辙、开裂、唧浆等病害。 双层摊铺技术通过专门的摊铺设备将两
5、种不同类型的沥青混合料结合成整体参与路面结构工作。由于双层摊铺技术主要用来铺筑沥青表面层和黏结层。作为层状结构的沥青路面，沥青层之间良好的黏结性能和抗剪切能力非常重要。层间结合条件应力变形分析表明，层间结合不良时沥青层层底可能出现受拉状态、弯沉增加、剪应力增大。,路面分层施工过程中，下承层表面经过充分振动碾压，钢轮压路机终压，表面已经非常光滑平整，加铺上层沥青混合料后，上下层之间结合面摩阻力要远小于混合料内部由沥青结合料黏结作用和粗骨料嵌挤形成的摩阻力。层间界面在路面结构内形成薄弱环节，水平抗剪切能力较弱。因此，目前多采用撒布SBS、SBR改性沥青黏结层改善层间性能。2.1直剪强度 直剪试验中
6、，对试样施加一个竖向荷载和一个水平推力。水平力会使基底试件与面层试件间产生剪切破坏，借此模拟沥青混凝土路面受到行车荷载作用下，上下结构层间发生剪切破坏的情况，试验采用45。试验加载速率为2mm/min。,分别切割了双层摊铺试件芯样、单层摊铺试样（层间设置了SBS改性沥青黏结防水层、乳化沥青黏层）共三组试样进行了45。斜剪试验，加载速率为2mm/min，试件保温60，图2是芯样外观。试验结果见表1。,图2 双层摊铺试件芯样 表1 粘结层抗剪强度（45斜剪）对比（单位：kN）,从试验结果可以看出，双层摊铺试件的破坏抗剪力大于其他两种层间结合状态的试件。洒布SBS黏结防水层试件和洒布黏层油的试件抗剪
7、性能离散性大，分析认为是施工过程中质量的不均匀引起的，由于喷洒的沥青量会发生变化以及洒布的石子的数量也会有大的变化，造成了层间抗剪力的不均匀。而双层摊铺试件芯样不仅抗剪强度高，且表现出良好的均匀性，从图2也可以看出，由于双层摊铺采用的“热接热”的施工方式，两层不同类型的混合料在碾压过程中互相嵌挤，虽然是两种不同的混合料，但是实际上已经成为一个整体。2.2 GTM旋转剪切试验 GTM试验机采用揉搓方法成型沥青混合料试件，工作原理如图3所示。通过GTM分别对“热接热和“热接冷”两类试样进行了试验。,图3 GTM试验原理,当滚轮旋转时，试件便承受设定的垂直压强（与作用于沥青路面的车轮的最大接地压强相
8、同）。上滚轮与下滚轮之间的连线和水平线呈一定的角度，称为机器角。当滚轮旋转时，会对试件产生旋转揉搓作用。上、下滚轮的角度是固定的，因此和上、下滚轮同在一垂直面上的工作平台的倾斜角和机器角是一致的，而工作平台可以绕着上、下滚轮的连线自由转动，这样的揉搓动作使沥青混合料中的粒料如同承受剪切作用一样，在三维空间不停地产生相对位移。在某一设定的机器角下，GTM自动记录下如沥青混合料的抗剪强度、剪应变等参数的变化。 GTM主要试验参数在平衡状态下取得，平衡状态指的是GTM试验时每旋转100次试件的密度变化率为0.016g/cm3时的状态。GTM可提供的主要试验参数如下：,（1）试件的最大密度：试件处于平
9、衡状态时的密度。 （2）旋转剪切系数（GSF）：指GTM测定的混合料剪切强度与理论剪应力的比值。 （3）旋转稳定值（GSI）：指混合料试验成型过程中，最大角应变与最小角应变的比值，表征材料是否出现塑性。 （4）剪切强度：指在一定温度、剪切角及荷载作用下，材料抵抗剪切变形的能力。 （5）旋转压实系数（GCI）：指GTM试验时，试件在30转时的密度与60转时的密度的比值，表征材料容易压实的程度，可以作为确定碾压工艺的参考。,“热接热”试件成型方法：室内称取AC-20混合料（相对密度2.399，最大理论相对密度2.553，空隙率6，滨州70#沥青，油石比4.0）和AC-13混合料（密度2.512，理
10、论密度2.672，空隙率6%，SBS改性沥青，油石比4.4）；按照三种组合成型试件：3cmAC-13+7cmAC-20；4cmAC-13+6cmAC-20；5cmAC-13+ 5cmAC-20。放入60保温箱中保温10h，然后再转至GTM试验机进行试验至平衡状态。表2为试验结果。 “热接冷”试件成型方法：先成型AC-13试件（密度2.399，空隙率6，高度10cm，滨州70#沥青，油石比4.0），将成型好的试件切割成6cm高，在毛面加设黏层（SBS改性沥青，分别为每平方米1.2kg、1.5kg、1.6kg、1.8kg、2.0kg），放入60保温箱中保温8h。 然后将光面向下放入GTM试模中，上
11、面放入已经拌好的SAC-10混合料（密度2.512，空隙率6，高度4cm，SBS改性沥青，油石比4.4），转至10cm高，放入60保温箱中保温10h，然后再转至平衡状态，整个试验压力均为0.7MPa。,表2 “热接冷”试件GTM试验结果 表3“热接冷”试件GTM试验结果,对照表2和表3可知： （1）热接混合料抗剪强度明显大于冷接的试件。4cmAC-13+6cmAC-20组合结构热接抗剪强度提高70。（2）4cmAC-13+6cmAC-20结构组合在热接结构中抗剪强度最高。 （3）层间喷洒黏结防水层时，抗剪强度会随着用油量增加而变大，但是变形（GSI）也会增大，当在1.8kg/m2时，达到最佳值
12、。,3 平铁二级公路沥青路面双层摊铺施工工程实践 承德平铁二级公路路面结构为3cm AC-13+5cm AC-20沥青面层。采用双层摊铺技术进行试验铺筑。 3.1原材料 上、下面层均采用90#重交沥青，集料采用石灰岩碎石，细集料采用机制砂并掺加部分河砂。 3.2 施工要点 （1）下面层拌和楼产量控制在210t/h，上面层料拌和楼产量控制在70t/h左右，同时在生产中根据结构层厚度和压实后密度计算两种料的用量，保证出料量相匹配，实际施工中两种料的生产比例按3：1控制。,（2）配备一台混合料转运车，负责将两种混合料分别输入上、下层料斗中。摊铺速度一般控制在24m/min，摊铺速度要与出料速度相匹配
13、。双层摊铺机的最大摊铺宽度为12m，其两侧各有1.5m宽的伸缩板，根据路幅宽度需要进行调整。 （3）摊铺前2h，对两套熨平板同时进行加热，保证熨平板温度达到100。上、下两层混合料摊铺时，松铺系数分别采用1.1和1.15。上、下两层分别采用无接触式平衡梁自动找平装置，控制摊铺厚度和平整度。 （4）首先采用4吨的钢轮压路机稳压12遍，然后采用3台10吨的振动压路机复压4、6遍。终压采用12吨的压路机碾压。终压温度控制在90以上，但不高于110。,（5）施工横接缝采用平接缝，仔细计算混合料的数量，保证上、下层铺筑量的一致，当出现不匹配时（一般下层料会略多）应将多余下层切掉，切缝应在混合料尚未冷却硬
14、结前进行，采用铁镐将边缘切除，可以留出下层料2m左右，待第二天施工时衔接。 3.3 质量控制 质量控制主要是保证压实度和平整度达到技术要求。双层摊铺机的下层熨平板采用了高密实振捣锤，可以使摊铺密度达到90，为了调整振捣的频率，事先安排了压实度的检测，根据初压结果，调整振捣频率。摊铺时采用灌砂法检测摊铺后的压实度，依此结果调整夯锤和夯板的频率、振幅，保证下层混合料初始压实度达到90。,由于上层料会嵌挤到下层料中，压实度检测是比较困难的工作。当密度相差不大时，可以钻芯后直接检测芯样的密度进行压实度计算。当磨耗层较薄时，也可以主要控制下层的压实度，不再考虑磨耗层的密度。当上、下层料的标准密度相差较大
15、时，可以采用理论法和钻芯后切割法检测两层路面的压实度。理论法主要根据两层路面的厚度，换算出上、下层路面试件的标准密度，取芯后将检测芯样的密度与计算的标准密度进行比较，得出压实度。 通过钻芯切割法检测芯样密度，埋置锡箔纸于上、下层之间，记录下位置，双层摊铺后在此位置取样，可以根据锡箔纸的位置切割试件。但从芯样效果看，由于两层之间有嵌挤，切割后密度还是有一定的偏差。,4 黄石高速公路沥青罩面双层摊铺施工工程实践 黄石（石家庄一黄骅港）高速公路一期工程石家庄至辛集段长40.38km，采用沥青混凝土路面结构，石家庄至黄骅方向路面结构如下： 上面层：4cmSAC-16沥青混凝土。 中面层：5cmSAC-
16、20沥青混凝土。 下面层：6cmSAC-25沥青混凝土。 上基层：1820cm水泥稳定碎石。 下基层：1920cm二灰稳定碎石。 底基层：20cm二灰土。,因交通量迅速增长，大、重型车辆不断增加，沥青路面病害也逐渐显现，行车道上出现了横缝、纵缝、坑槽、唧浆、网裂、沉陷等病害。为保证路面使用性能，决定对全长40.14km路段进行中修罩面施工，罩面采用2cm SAC-10+4cmAC-13C，使用DYNAPC公司生产的双层摊铺机进行施工，一次铺筑完成。 4.1原材料 SAC-10采用510mm（玄武岩），AC-13C采用石灰岩。沥青采用SBS改性沥青，符合改性沥青技术要求I-D标准。,4.2 混合
17、料设计 SAC-10集料采用510mm玄武岩、35mm石灰岩、机制砂、矿粉及水泥。对照公路沥青路面施工技术规范（JTGF402004）中给出的密级配沥青混凝土AC-10和断级配排水磨耗层OGFC-集料级配，这里采用的级配在4.75mm筛孔通过率仅为30%40%，而AC-10通过率为4575，OGFC通过率为5070。因此，仅从级配看，SAC-10将更加具备良好的构造深度和抗滑排水路表特征。 AC-13C采用石灰岩，分别为1015mm、510mm、35mm、机制砂、矿粉、水泥。,4.3 施工控制 为保证沥青混合料供应，采用了两台意大利玛莲尼拌和楼，分别为2000型和4000型；配备5台压路机，分
18、别为1台CC122、3台DD130、1台悍马13。碾压时，先由CC122稳压一遍，DD130静压一遍，再用振动压路机复压45遍。铺筑试验段时，通过无核密度仪检测每碾压一遍后压实度的变化，找出密度变化小时对应的碾压遍数，确定碾压工艺。 4.4 质量检验 压实度检测。由于双层摊铺施工的沥青混合料上下两层结构互相嵌挤，两种级配的沥青混合料没有明显的分界线，密度测定存在一定困难。,因此，将两层芯样同时取出，实测芯样的毛体积密度，对双层摊铺的沥青混合料采用计算法确定沥青混合料的理论最大密度，以此评价压实度。 对摊铺成型的路面测试渗水系数，从检测结果看，尽管混合料级配较粗，但路面仍然具有良好的密实性，路面
19、渗水系数满足要求。 采用铺砂法测定了路表构造深度，双层摊铺路面在抗滑指标上也满足要求。 工程交工验收时，横向力系数平均值为51.8，国际平整度指数（IRI）平均值为1.35，车辙深度平均值为1.75mm。,5 经济社会效益和应用前景 双层摊铺技术用于摊铺沥青面层，其直接经济效益较直观明显。以某高速公路沥青路面为例，原设计沥青上中面层为4cmAC-13沥青表面层+SBS改性沥青防水层+7cmAC-20沥青中面层。上面层采用改性沥青、玄武岩石料，费用较高。采用双层摊铺技术后，上面层减薄为3cm，且取消SBS改性沥青防水层。改性沥青混凝土单价按15元/，SBS改性沥青防水层按12元/，则25m宽高速
20、公路每千米节省投资67.5万元。缩短施工工期近一半时间。从节能角度看，表面层减薄lcm、取消SBS改性沥青防水层，每千米可以节省玄武岩石料625吨、改性沥青81.5吨。,通过上面层和中面层一次施工，减少层间污染，增强上中面层整体性能，可以将上表面层和中面层看作一个整体结构层，承担车辆荷载作用。减少了沥青路面表层病害发生概率，降低路面养护成本。 可以预见，随着经济社会不断发展，双层摊铺技术在高等级公路沥青路面养护工程中将有更大的应用空间。,2.2 沥青路面冷再生技术,1 引言,1.1 发展概况 我国公路和市政道路的沥青路面里程在逐年增加，随着路面使用年限的增长，在自然因素和行车荷载作用下（尤其是
21、超载），使道路沥青路面的各种病害加速呈现，大大缩短了维修养护的时间间隔，沥青路面养护、改造任务也越来越重。 沥青路面传统的养护方法是在旧路面破损、基层强度不足、需补强改善时，将沥青路面和结构层全部挖除，再重新做基层和面层。这样不仅工程造价高、施工工期长、污染环境，而且需要长时间中断交通，给车辆的通行带来极大的不便。为解决现有传统养护改建施工中存在的问题，国内外同行经过多年的研究实践，采用先进的冷再生技术，使路面养护和改建工作发生了重大变革，为路面大修及日常养护工作开辟了一个新的领域。,沥青路面再生技术是指将旧沥青路面经过铣刨、翻挖、回收、破碎和筛分后，加入一定比例的沥青等冷再生稳定剂、新集料（
22、如需要）和水，并经过拌和、摊铺和碾压等工艺，形成满足性能要求的路面结构层的整套技术。该项技术适用于各种沥青路面的修筑，可节约绝大部分集料和部分沥青，减少材料使用的费用，降低工程成本，且使用效果优良。据美国联邦公路局的调查，沥青路面再生利用可节约材料费超过50%，路面造价降低约25%，可节约沥青约50%。沥青路面冷再生技术是一种新型环保型筑路技术，可在常温下充分利用原有道路材料对道路进行大修改造，大大减少了对新的筑路材料的需求和能源消耗，节约投资；现场冷再生可半幅施工，半幅开放交通，对交通影响小，社会效益显著。,1.2 沥青路面再生技术 我国习惯将沥青路面再生技术分为四大类：厂拌热再生、现场热再
23、生、厂拌冷再生和现场冷再生。 厂拌热再生是指在工厂采用专用设备将回收沥青路面材料（简称RAP）、新集料、沥青和再生剂（如需要）集中拌合，并经摊铺和碾压工艺形成路面结构层的一项技术。该技术使用传统的方法软化RAP使其与新集料、沥青和再生剂混合，并采用专门设计或改进的用于热拌沥青混合料的间歇式或连续式拌和设备拌制混合料。一般采用间歇式拌和设备时，RAP的掺量大约为15%25%；如采用连续式拌和设备RAP的掺量可达30%50%。厂拌热再生技术能修复路表的变形及裂缝类病害，有效改善路面的结构特性，形成的再生路面与传统的热拌沥青混凝土路面性能相当。,就地热再生是指在施工现场采用专门的再生列车将原沥青路面
24、加热软化，并铣刨至预定深度，然后根据铣刨料的实际情况加入适当的新材料和再生剂，经拌和、摊铺和碾压工艺而形成新路面结构层的一种技术。采用该技术能消除路表裂缝及波浪、车辙、拥包等变形类破坏，提高路面摩擦系数，减少施工中的交通中断，节省运输成本。一般就地热再生使用的列车包括预热机、加热机、翻松机、拌和机、摊铺机和压路机等设备。由于受再生设备的限制，就地热再生工艺的再生深度约为20mm50mm。 厂拌冷再生是指在工厂采用专门的设备将回收的进行破碎筛分，并与一定比例的新集料（如需要）、再生稳定剂、活性填料和水在常温下进行拌和、摊铺和碾压，形成路面结构层的一项技术。,与沥青路面热再生相比，厂拌冷再生技术具
25、有如下几个显著优点：冷再生可用于处治多种路面病害类型；冷再生技术可大大减少路面中反射裂缝的出现；冷再生可在不改变路面纵横线形的前提下改善路面的结构承载力；与传统的路面维修技术相比，冷再生技术可减少路面施工过程中对能源、集料、沥青等的需求，从而可以降低工程成本；冷再生是一项环保型技术，可以减少环境污染，节约自然资源，解决废物堆置问题等。 就地冷再生是指在施工现场采用专门的再生列车将原路面铣刨破碎至预定深度，然后根据实际情况加入适量的新集料（如需要）、稳定剂和水，并在常温下经拌和、摊铺和碾压形成路面结构层的一项技术。该项技术施工速度快，对交通影响较小，且减少材料的运输费用，降低工程成本。一般就地冷
26、再生技术的处理深度为75mm100mm。,以上几种沥青路面再生方法都优于传统的加铺沥青混凝土层或重修等维修养护方法，但各种再生方法各具优缺点。因此，对需要采用再生技术进行维修养护的具体路面工程，需首先调查其路面损坏类型、损坏程度以及相关的配套工程条件，从而确定合理的再生方法和再生方案。 1.3 沥青路面冷再生稳定剂 沥青路面冷再生稳定剂的作用主要是提高待稳定材料的强度和稳定性，从而提高再生结构层的承载力。目前，沥青路面冷再生技术中使用的稳定剂主要分为物理稳定剂、化学稳定剂和沥青类稳定剂。 物理稳定是指在回收的路面材料中添加一定量的碎砾石，以改善再生材料的整体强度和稳定性。其特点为成本低，但再生
27、混合料强度小，耐久性较差。,化学稳定剂主要包括水泥、粉煤灰和石灰等。水泥再生混合料价格低廉，可提高再生混合料的早期强度和抗水损害性能，但易产生干缩裂缝。因此，再生混合料中水泥的添加量一般应小于6%。石灰作为一种再生剂，可有效降低混合料塑性，改善再生混合料的强度和稳定性。 沥青类稳定剂主要有乳化沥青和泡沫沥青两种。经沥青类稳定剂再生处理的混合料不仅具有较高的强度和较好的水稳定性，而且更具柔性，可获得较好的抗疲劳性能。一些道路科研工作者尝试将沥青类稳定剂与少量的化学类稳定剂结合使用，取得了较好的效果。如在泡沫沥青和乳化沥青冷再生混合料中加入少量的水泥，可提高其抗水损害能力和早期强度，缩短工期。但为
28、了防止再生混合料产生干缩开裂，水泥掺加量一般不应大于。此外，水泥和乳化沥青类型的选择应该慎重，以避免水泥的水化作用使乳化沥青过早破乳，影响再生混合料的施工和易性。,选择不同类型的冷再生稳定剂时，回收材料的性能是重要的考虑因素。此外，还需考虑一些其它因素，如当回收材料塑性较大时，选用石灰再生处理可将其塑性降至合理水平对温度较低的地区，采用水泥再生易出现收缩开裂问题，则适宜选用沥青类稳定剂。,1.4 泡沫沥青和乳化沥青冷再生技术,1.4.1泡沫沥青冷再生技术,在高温的普通针入度级沥青中加入少量冷水，由于水的急速气化形成爆炸性泡沫，使沥青表面积大量增加，体积膨胀数倍至数十倍，然后在近1min内沥青又
29、恢复原状，这种膨胀成泡沫的沥青称为泡沫沥青。沥青膨胀产生泡沫而使其粘度下降，从而可以很方便地与冷湿集料拌合均匀。 作为一种实用性的路面技术，泡沫沥青冷再生具有多种优点，主要如下：可用于处治多种类型的材料，包括优质和劣质的路面材料以及回收的路面材料等，通过泡沫沥青稳定处理，可增强待稳定材料的强度、稳定性及耐久性等；通过稳定处理旧路面材料，可解决废弃物的堆置问题，减少环境污染，并可实现资源的再生利用；,泡沫沥青冷再生过程中，仅需加热沥青，集料等不需加热和烘干，因此可以有效节约能源；由于泡沫沥青在稳定材料中的特殊分散方式，泡沫沥青冷再生技术可节省沥青结合料的使用量，从而降低工程成本；泡沫沥青结构层施
30、工期间无挥发物产生，利于环保，且施工受季节和气候影响较小；泡沫沥青结构层早期强度增长较快，施工后可立即开放交通交通量不大的情况，无需长时间的专门养生。 1.4.2乳化沥青冷再生技术 乳化沥青冷再生是利用专用机械设备先将原沥青路面铣刨、翻挖、破碎，再加入适量的乳化沥青、新集料如需要、稳定剂和水等，按一定比例拌和成混合料，然后经摊铺和碾压工艺形成路面结构层的一种技术。,乳化沥青冷再生技术具有以下优点：可以有效地解决半刚性基层反射裂缝问题，延长沥青面层使用寿命；与传统的沥青路面维修方式相比，能够节约大量的沥青、砂石等原材料，节省工程投资，有利于废料处理、保护环境，因而具有显著的经济效益和社会效益，符
31、合国家节约、环保的要求；乳化沥青再生技术拌和、施工工艺简单，在路面压实后可以立刻开放交通，极大地缩短了施工时间，能够节省近一半的养护时间，但却保持着同样良好的养护效果；施工期间无挥发物产生，利于环保；施工受季节和气候影响较小。,乳化沥青冷再生技术的诸多特点，使其在路面再生工程中的应用很广泛。该技术可用于沥青路面车辙、荷载类裂缝和非荷载类裂缝等病害的处治及路面大修工程。乳化沥青冷再生技术可大幅度提高公路整体质量，降低公路寿命周期内的建设成本节约大量土地和矿产资源，有利于保护生态环境且施工简单，进度快，开放交通早，对交通的影响较小，特别适用于交通繁重的旧路改造升级。在工程应用中，乳化沥青冷再生混合
32、料结构层可用于高等级公路的基层和下面层，以及其它等级公路的各结构层。,2 冷再生混合料的强度形成原理,2.1泡沫沥青冷再生混合料的强度形成原理,2.1.1沥青的发泡原理及性能 当冷水滴（环境温度）与高温沥青（140以上）接触时，将发生以下连锁反应：热沥青与小水滴表面发生热量能量交换，将水滴加热至100，同时沥青冷却；沥青传递的热量超过了蒸汽潜热，导致水滴体积膨胀，产生蒸汽。膨胀腔里的蒸汽泡在一定压力下压入沥青的连续相；随着融有大量蒸汽泡的沥青从喷嘴喷出，蒸汽膨胀，从而使略微变凉的沥青形成薄膜状，并依靠薄膜的表面张力将气泡完全裹覆。另外，在蒸汽膨胀过程中，沥青膜产生的表面张力将抵抗蒸汽压力直到达
33、到一种平衡状态，并且由于沥青与水的低导热性，这种平衡一般能够维持数秒的时间；发泡过程中产生的大量气泡以一种亚稳态的形式存在，泡沫容易破灭。 目前主要用膨胀率发泡体积倍数和半衰期两个指标评价沥青的发泡效果。,膨胀率是指沥青在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，膨胀率要大。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从最大体积缩小至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。半衰期长说明泡沫不容易衰减，可以与集料有较长时间的接触与拌合，从而提高泡沫沥青混合料的质量。 影响沥青发泡特性的因素主要有：
34、沥青的温度（一般情况下，低于120时沥青很难发泡，但这并不表明温度越高，发泡效果就越好）；发泡时的用水量（一般情况下用水量越大膨胀率越大，但半衰期则越短）；,沥青的喷射压力（主要包括水压和气压的影响，压力较低会使沥青与水混合不够均匀，对膨胀率和半衰期都不利）；当沥青反复加热而导致沥青老化后，发泡效果不好；消泡剂（如硅化合物）会影响发泡效果；沥青中加入表面活性物质（发泡剂），可以明显改善沥青的发泡特性。实际操作时主要是通过改变发泡温度和用水量，来研究膨胀率与半衰期的变化关系，以期找到最佳的发泡效果，并在这种状态下拌制泡沫沥青混合料。而通常情况下膨胀率与半衰期两者不可能同时达到最优，一般认为最好的
35、发泡性能是出现在膨胀率和稳定性都较好之时。 2.1.2泡沫沥青冷再生混合料强度形成机理 泡沫沥青冷再生混合料是以泡沫沥青作为稳定剂，添加了少量的水泥等以改善其力学性能，其强度形成机理与普通热拌沥青混合料不同。,沥青发泡以后，物理性质发生了变化，其粘度显著降低，形成的泡沫沥青体积急剧增加，表面张力减小，可以在常温下方便地与不加热的集料（RAP）拌和均匀。在泡沫沥青拌和过程中，当泡沫沥青与集料接触时，沥青泡沫瞬间化为数以百万计的“沥青微粒”粘附于细料（特别是粒径小于0.075mm）的表面，形成粘有大量沥青的细料填缝料，经过拌和压实，这些细料能填充于湿冷的粗料之间的空隙并形成类似砂浆的作用，使混合料
36、达到稳定。泡沫沥青冷再生混合料的最终强度由三部分组成：RAP中集料之间的嵌挤力与内摩阻力、RAP中原沥青与集料之间的粘聚力、泡沫沥青与细料形成的沥青胶浆与粗料之间的粘聚力。,2.1.3泡沫沥青冷再生混合料性能的影响因素 （1）沥青发泡特性：发泡特性直接影响泡沫沥青在混合料中分散程度。对泡沫沥青的发泡特性必须规定一个最低限的要求，以确保泡沫沥青在混合料中均匀分散，制备性能优良的泡沫沥青混合料。 （2）含水量：指加入泡沫沥青之前矿质混合料中的水量。待稳定处理的矿质集料中 含水量过多或过少，都会对泡沫沥青的分散产生不利影响，甚至会发生沥青结团现象。合适的用水量应使再生混合料中泡沫沥青具有均匀的分散性
37、和良好的和易性。,（3）矿料级配组成：矿料级配组成对泡沫沥青的分散状态也有显著影响。建议泡沫沥青稳定材料的填料部分含量不低于5%，且推荐使用连续级配而不用间断级配，以保证泡沫沥青在混合料中发挥应有的作用。 （4）矿料温度：集料温度必定对泡沫沥青的破灭速率产生影响，进而影响其分散程度。 （5）泡沫沥青含量：过多的泡沫沥青用量会使沥青结团现象较为明显，混合料的强度、刚度及其他性能相应衰减。而沥青用量不足，再生混合料的内聚力较弱，空隙率较大，对再生混合料的强度形成很不利。 （6）混合料拌和工艺：拌和工艺包括拌和设备的功率、拌和时间等，是泡沫沥青制备过程中的一个关键环节。,（7）水泥用量：水泥不仅起着
38、矿料的作用，且有改性剂的作用。水泥的水化反应能够促使水分更快散失，可提高再生混合料早期强度和抗水损害能力。 （8）养生条件：包括气温、风力和空气湿度等。在再生混合料强度形成过程中，气温越高、风力越大、空气湿度越小，混合料中水分蒸发越快，从而强度形成越快。,2.2乳化沥青冷再生混合料的强度形成原理,乳化沥青是由微小沥青颗粒悬浮在水介质中的乳状液，在乳化沥青中，乳化剂均匀地分布在沥青颗粒表面，使得沥青颗粒无法相互靠近，从而形成稳定的悬浮乳液。 乳化沥青按照乳化剂在其表面产生电荷的不同分为阳离子、阴离子和非离子等类型，按照破乳速度分为快裂型、中裂型和慢裂型。一般根据施工的需要和路面材料的种类选择不同
39、类型的乳化沥青。乳化沥青适用于路面的封层、透层、拌和混合料等。,2.2.1乳化沥青与集料的作用机理 乳化沥青冷再生混合料拌制时，先将集料在最佳用水量下拌合，使其表面湿润。然后在常温下加入乳化沥青并拌合均匀。在水润条件下发生电离反应的矿料和RAP的表面均带有电荷，形成吸附性的薄膜。当乳化沥青和湿润的集料接触时，乳液中乳化剂的极性亲水端总倾向于吸附极性的矿料表面。同时由于沥青颗粒自身带有电性，其形成的正、负电荷载体与极性的集料表面产生相互吸咐作用。这种吸附作用使沥青颗粒迅速排列在矿料表面，形成单分子层。在适当的外界环境下，乳化沥青开始破乳。 乳化剂亲水端的水颗粒逐渐被吸收、排出和蒸干，最终只有沥青
40、颗粒留在集料表面，形成类似于热拌沥青混合料的沥青薄膜完全包裹集料的结构。,2.2.2乳化沥青混合料强度形成机理 乳化沥青在常温下具有良好的流动性，拌和时能直接与湿润骨料粘附，可以在常温条件下与骨料拌制成乳化沥青混凝上，并在常温下进行摊铺压实。乳化沥青混合料强度构成因素同样是材料的内聚力和内摩阻力。不同的是内聚力和内摩阻力有一个变化过程，在混合料初期和后期各自对强度的贡献不同。内聚力主要是由沥青的粘聚力及沥青与矿料的粘附力组成，内摩阻力主要是由骨料之间的嵌挤和摩擦构成。 乳化沥青混合料必须经过乳液与骨料的粘附、分解破乳、水分蒸发之后才能完全恢复原有的粘结性能，在压实作用下沥青与骨料紧密粘结在一起
41、形成强度。,2.2.3乳化沥青冷再生混合料性能的影响因素 乳化沥青冷再生混合料的性能包括施工性能和使用性能两个方面。施工性能是指再生混合料在拌合、摊铺和碾压等施工工艺中是否有较好的流动性和均匀性，可用和易性表示。使用性能可以采用路面的密实性、强度和变形能力等指标表征。 （1）乳化沥青的品种：当再生混合料中加新矿料时，应考虑新矿料的电荷选择乳化沥青类型。对于使用的再生混合料，应根据初期强度、粘附性能、破乳时间及工程经验等选择。 （2）最佳乳化沥青用量：过多的沥青用量阻隔了混合料中骨料的接触，减弱集料骨架作用对再生混合料强度的贡献。沥青用量不足，再生混合料的内聚力较弱，空隙率较大，对再生混合料的强
42、度形成很不利。,（3）水泥用量：乳化沥青冷再生混合料中加入的水泥，不仅起着矿料的作用，且有改性剂的作用。水泥的水化反应能够促使乳液破乳，可提高再生混合料早期强度和抗水损害能力。 （4）养生条件：包括气温、风力和空气湿度等。在再生混合料强度形成过程中，气温越高、风力越大、空气湿度越小，乳化沥青中水分蒸发越快，破乳速度越快，从而强度形成越快。 （5）集料级配组成：级配对乳化沥青冷再生混合料的早期强度起着决定作用，对其后期强度也有重要的贡献。因此，设计合理的级配，使再生混合料既有一定的粗集料形成骨架作用，又有适量的细集料填充粗集料的间隙，可以有效提高再生混合料的强度。,（6）拌和用水量：再生混合料的
43、拌和水既起化学作用又起着物理作用。化学作用是指水分润湿集料，使其发生电离反应，并形成极性吸附表面，从而增加集料与乳化沥青之间的相互作用；物理作用表现为水分对集料的润滑作用，使再生混合料易拌和均匀，且易形成压实结构。合适的用水量应使再生混合料具有均匀的裹覆性和良好的和易性。,3工程案例,3.1沥青路面泡沫沥青或乳化沥青冷再生技术在西户高速公路中的应用,3.1.1工程概况 西户高速公路全线路基以路堤形式为主，填土高度多小于6.0米，路面面层为沥青混凝土，基层为二灰碎石，底基层为二灰土。因路面出现较严重病害，突出表现为车辙和部分拥包、推移，其它病害形式有纵缝、横缝、桥头路面沉陷等，但只在局部范围出现
44、。全线实测弯沉最大值为38.0（0.01mm）。车辙病害现象突出。车辙深度大于40mm的车道占全线总里程的2.4%，行车道最大车辙深度为72.8mm。需对路面大修，对不同路段分别采用泡沫沥青或乳化沥青冷再生方案。 原路面结构为：4cm AK-16A中粒式沥青混凝上抗滑表层（上面层）+5cmAC-20I中粒式沥青混凝土（中面层）+6cmAC-25I粗粒式沥青混凝土（下面层）+30cm二灰稳定碎石（6:14:80，基层）+20（18）cm二灰土（10:30:60，底基层）。,3.1.2路面大修方案制定原则 路面大修设计遵循如下原则：利用原有路面强度，对车辙进行针对性处理：对路面强度评价为优良，并且
45、车辙平均深度大于15mm的路段或路面强度评价为中的路段，将原路面15cm面层铣刨后重铺14cm泡沫沥青再生层和10cm改性沥青加铺补强层，彻底消除现有路面车辙病害，同时提高路面强度。对路面强度评价为优或良，车辙平均深度小于15mm的路段不作处理；对弯沉相对较大、强度评价为次的路段，补强基层以提高路面强度和整体承载能力；全线行车道和超车道路面病害情况类似，程度不同（行车道重、超车道轻），考虑到路面结构需适应今后较大交通量的要求，在本次路面大修工程中对行车道和超车道需要处理的路段，统一进行补强或罩面处理。,3.1.3泡沫沥青冷再生路段路面结构组合及厚度 （1）超车道及行车道：对路面强度评价为优或良
46、，并且车辙平均深度大于15mm的路段或路面强度评价为中的路段，铣刨15cm旧路面面层和1cm二灰碎石基层，并对局部基层裂缝病害处理后，铺设14cm泡沫沥青再生混合料基层+SBR改性乳化沥青粘层+6cm的AC-20C中粒式SBS改性沥青混凝土下面层+ SBR改性乳化沥青粘层+ 4cm的AC-13C细粒式改性沥青混凝土上面层。 对路面强度评价为优或良，车辙平均深度小于巧的路段，本次设计不作处理，维持现状。 （2）硬路肩及左侧路缘带：为了保证路面标高的连续和一致，超车道及行车道路面标高在现有路面标高基础上提高了的同时，对硬路肩及左侧路缘带的面层结构也进行了处理。,下面层利用现有沥青混凝土面层，表面铣
47、刨、拉毛2cm处理，中面层采用6cm中粒式改性沥青混凝土，其上喷撒改性乳化沥青粘层，上面层为4cm的AC-13C细粒式SBS改性沥青混凝土。 3.1.4乳化沥青冷再生路段路面结构组合及厚度 对超车道及行车道路面代表弯沉大于39.1（0.01mm）路段，先铣刨旧路面面层和二灰碎石基层，并对底基层顶面局部裂缝病害处理后，重铺25cm5%水泥稳定碎石下基层，并在其上铺设10cm SBR乳化沥青再生混合料上基层、8cm AC-25C粗粒式沥青混凝土下面层，6cm AC-20C中粒式SBS改性沥青混凝土中面层和4cm AC-13C细粒式SBS改性沥青混凝土上面层。上面层、中面层、下面层及上基层之间喷撒S
48、BR改性乳化沥青粘层，上基层下铺筑改性乳化沥青表处下封层。,3.1.5泡沫沥青冷再生混合料配合比设计 （1）原材料 沥青路面铣刨旧料 厂拌冷再生首先将旧沥青路面铣刨、破碎，然后将这些材料运至拌和厂。铣刨旧料应无结团成块现象，无过多的超粒径颗粒。旧沥青面层材料在破碎和筛分后即可送至拌和楼生产，也可以贮存起来以后使用。由于在旧沥青面层自重和高温的作用下，旧沥青面层材料可重新粘结起来形成尺寸较大的颗粒，因此旧沥青面层材料堆的高度不能太高，机械设备也不得在料堆上停留或行走。可协调好破碎筛分设备和拌和设备的生产速度，使旧沥青面层材料的高度减至最小。,西户大修工程铣刨料通过筛分检测结果如表1。 表2.4沥
49、青路面铣刨旧料级配 筛孔,泡沫沥青 所用沥青应满足规范关于道路石油沥青技术指标的所有要求。沥青的发泡性能应满足最小膨胀率为10倍，最小半衰期为8s。采用沥青为中海-90#沥青，利用WLB10试验发泡机对沥青进行不同温度、不同用水量条件下的发泡特性试验，寻找该沥青合适的发泡温度和发泡用水量。每次进行平行试验3次取平均值。沥青技术指标检测如表2。由表2确定中海-90#沥青的最佳发泡条件为发泡温度160，发泡用水量2%。,表2.5 中海-90#沥青发泡性能,石屑 根据铣刨旧料的级配情况考虑是否加入新的石屑以及石屑的组成要求，石屑的技术指标可参考热拌沥青混合料中相应的技术标准。 水泥 不应使用快硬水泥、早强水泥以及己受潮变质的水泥，宜采用标号325或425的普通硅酸盐水泥。西户大修工程所用水泥为325号普通硅酸盐水泥，0.075mm筛孔通过率为100%。 水 普通的冷水即可。 （2）配合比设计 合成级配组成设计 通过对铣刨料、石屑、水泥的掺配，确定合成级配结果见表3。,表3 合成级配,通过对RAP级配分析可知，RAP级配与泡沫沥青稳定材料的级配范围相差较大，尤其是4.75mm以下的细料部分太粗，考虑添加石屑和水泥后合成级配。由合成级配可知，整体级配满足要求，细料部分仍然