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随着我国公路交通事业的蓬勃发展,尤其在东部发达省份高速公路和国省道干线路网已经基本形成,而且许多公路陆续进入大修期。但是长期以来我国公路大修时存在方案设计单一,维修工艺较落后,施工成本高,社会效益差等弊病。因地制宜的选择合理、科学的现代化维修方案和工艺技术成为目前公路管理和养护部门的迫切要求。
  泡沫沥青冷再生技术近年在国外日渐兴起,并在各地得到广泛应用。这项技术是利用沥青发泡技术将废弃的路面铣刨材料重新再生利用,并在压实力的作用下形成具有一定路用性能的路面结构层。这项技术不仅可以将废弃的路面铣刨材料再生使用,而且沥青铣刨材料中的老化沥青可以重新激活,可以变废为宝,从而达到保护环境、节约资源的作用;同时利用泡沫沥青再生技术可以将传统的路面结构改造成柔性基层路面结构,从而优化路面组合形式,延长路面使用寿命。
为了探索和研究泡沫沥青冷再生技术在公路大修中的应用,在浙江省04省道2006年的路面专项整治工程中,采用泡沫沥青冷再生技术的两种工艺技术(厂拌法和就地法)进行大修,并依托该工程项目,通过浙江省交通厅专项科研课题研究形成了系统成果。
  1、泡沫沥青冷再生(就地法与厂拌法)原理
  就地再生施工一般由一组以再生机为核心的再生列车组成,包括再生机、沥青罐车和水车。就地再生由一个专用再生机械实现,其核心是一个装有若干个硬质合金刀具的切削转子。转子向上旋转铣刨原路面材料的同时,可以通过专门设计的喷洒嘴将泡沫沥青喷洒到拌和腔。热沥青、冷水和空气在一排相互独立的发泡腔里,使沥青发泡,并通过喷嘴均匀地喷洒到刨松的旧路面材料中。
  厂拌再生是将旧沥青混凝土材料从原有路面挖除或通过专门的铣刨设备铣刨,并运送至固定的场地。根据材料的情况破碎或不经过破碎,通过固定的拌和设备加入泡沫沥青,并根据需要添加新料进行搅拌,形成新的再生混合料,然后运送至道路施工现场,使用摊铺设备进行摊铺,压实成型后,成为路面一个结构层次的整套工艺。
  2、工程概况
  04省道是浙江省北部重要通道之一,杭州市余杭区境内为彭公至幽灵关,全长24.09km。泡沫沥青再生试验路段为3.020km,彭公至幽灵关方向基层采用15~18cm就地冷再生柔性基层。其中K10+980-K12+000再生层厚度为18cm,K12+000-K14+000再生层厚度为15 cm,宽度11.3~12.7m。幽灵关至彭公方向基层采用厂拌冷再生柔性基层,厚度为15cm,宽度11.3~12.7m。同时在沥青面层结构上也做了两种方案,一种为11cm两层(7cm+4cm)普通沥青混凝土,长度双幅为 2.5km;另一种为5cm单层普通沥青混凝土,长度双幅为0.5km。
  3、生产配合比的确定
  集料级配是决定混合料路用性能重要因素,而再生材料的原材料主要来自于旧路面材料,而旧路面材料是通过铣刨机(厂拌法)或再生机(就地法)从旧路铣刨而来。因此控制铣刨机或再生机的铣刨方案是控制材料级配的重要因素。控制铣刨机或再生机的速度是获取理想再生材料的首要控制策略。在旧路面全面再生前,选择了3种不同铣刨速度(4m/min,6m/min和8m/min)进行试验,并通过对不同铣刨材料进行筛分,来选择适宜的铣刨速度。通过级配曲线的对比可以看出,各档铣刨速度下的铣刨料的级配存在一定差别。而处于6m/min和8m/min时的铣刨速度,铣刨材料的级配差异性不大,材料的级配比较稳定。因此最终要求铣刨或再生机速度控制在6~8m/min。
  根据石屑、骨料、水泥和确定铣刨速度下铣刨料级配情况,参照目标配合比的级配情况,最终确定两种工艺的材料配合比方案为:78.5%的铣刨料+10%的石屑(0~3mm)+10%的骨料(15~25mm)+1.5%水泥。
  根据室内试验结果,泡沫沥青发泡温度为150~170℃,发泡用水量为2.0%。
  4、生产工艺的研究
  项目实施过程中,课题组通过分析两种工艺技术的特点,并辅助试验段的施工总结,最终确定了两种工艺的基本流程。
  通过两种工艺的实际生产实践,发现两种工艺具有一些特点:厂拌再生拌和质量容易控制,拌和均匀;拌和料用摊铺机施工,工艺成熟,平整度较好;可以较好的控制路面标高;铣刨后可以及时发现基层病害,并进行相应处理。同时存在增加铣刨运输环节及费用;需要专门的拌和场地的问题。就地再生施工简单,可以边铣刨边拌和边摊铺,成本较低;施工速度快,效率高,铣刨的废料可以全部加以利用。同时存在摊铺后还需用平地机整平,平整度较难控制;需要先在面层上铺一层细集料和水泥,现场施工组织较繁琐;不易对下承层的病害进行进一步处理等问题。
  5、现场材料的质量评价与控制方法
  马歇尔稳定度是一个应用比较广泛的指标,该指标可方便泡沫沥青混合料与其他类型的沥青混合料之间的对比,而且设备简单,施工单位容易配备;另一方面,路面基层在行车荷载的反复作用下,主要承受竖向压应力及水平拉应力作用。而且国外也广泛采用该指标进行评价,有很好的可比性,此外劈裂试验只需在普通马歇尔试验仪略加以改装既可以实现,因此采用马歇尔稳定度和间接抗

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