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1江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE乳化沥青冷再生技术的应用研究曾赟ApplicationStudyofAsphaltPavementEmulsionColdRecycling2008.04.10西安ZengYun江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE主要内容Ø概述Ø原材料准备Ø乳化沥青冷再生室内试验研究Ø乳化沥青冷再生试验段施工研究Ø乳化沥青冷再生施工工艺及质量验收要求研究Ø经济效益分析Ø研究结论及建议2江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE一、概述传统的路面修复的高昂费用和环境的影响使得增加对冷再生的运用研究。然而，目前为止，还没有一个大家广为接受或者标准的冷再生设计方法。----“DevelopmentofPerformanceBasedMix-DesignforColdIn-Place(CIR)ofBituminousPavementBasedonFundamentalProperties”,FHWA-CIR-02-01，UniversityofRhodeIsland.江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTEüOregonMethodüCaliforniaMethodüChevronMethodüAsphaltInstituteMethodüUSArmyCorpsofEngineersMethodüKansasMethodüPennsylvaniaMethodüNewMexicoMethod现有的冷再生混合料设计方法：一、概述美国：欧洲国家、北美其它国家、材料公司、设备公司、施工单位、其它协会组织…..3江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE不管多少种方法，对于冷再生混合料设计大致有三种理论：理论一：把RAP料视为一种黑色“石料”，混合料设计包括了测定裹附这些“石料”再生添加剂的含量。理论二：评价了RAP料回收的沥青物理和化学的特性，并添加再生剂将沥青恢复到原来的水平。这种理论是假设能全部软化旧沥青。理论三：这也是比较流行的理论，结合前面两种理论，将部分旧沥青软化。reference：Chapter15ColdRecycling–MixDesign,BasicAsphaltRecyclingManual,ARRA,2001.一、概述江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE一、概述Ø不统一Ø不够完善Ø对中国而言针对性不强ü路面结构形式ü重载程度ü仪器设备、设备存在的问题：4江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTEü在北美，公路部门通常采用现场冷再生（CIR），这是因为减少了车辆，节约时间，金钱，能源和保护环境。ü在中国，更适宜采用厂拌冷再生（CCPR）。两种冷再生方法：现场冷再生（CIR）和厂拌冷再生（CCPR）一、概述本研究报告将重点研究厂拌冷再生（CCPR）技术。江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE搅拌新添沥青或再生剂老化沥青RAP回收集料新添矫正集料再生沥青混合料沥青路面再生利用示意一、概述5江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTEØ面层旧料获取方法与技术指标要求ØRAP评价与再生混合料级配要求Ø新乳化沥青配方设计Ø再生混合料配合比设计Ø再生混合料性能试验与技术要求Ø再生拌和楼技术要求Ø再生层施工方法与质量控制乳化沥青冷再生设计系统一、概述江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE二、原材料准备üRAP获取üRAP分析与评价ü再生剂和乳化沥青的选择ü新集料ü矿粉ü水泥ü拌和用水6江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE二、原材料准备üRAP获取Ø铣刨或破碎Ø存档：一档、二档或三档（视实际工程而定）一档：最大粒径＜20mm，交通荷载较低二档：最大粒径＜36.5mm，0~10mm、10~26.5mm三档：0~10mm、10~20mm、20~30mmØ技术要求级配—骨料级配、RAP级配砂当量＞60%半刚性材料含量＜2%含水量＜2%施工厚度与RAP最大粒径195.0~6.5256.5~9.031.59.0~12.5最大粒径（mm）施工厚度（cm）江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE二、原材料准备üRAP分析与评价Ø旧料沥青含量–燃烧法、抽提法Ø回收沥青–旋转蒸发器法、阿布森法Ø旧骨料的级配l物理指标针入度、延度、软化点和粘度等l化学组分7江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE二、原材料准备ü再生剂和乳化沥青的选择Ø新乳化沥青掺量范围：2~5%Ø冷再生没有薄膜烘箱老化过程Ø综合考虑再生剂的品种和用量Ø根据交通量和气候条件确定所需工程等级，推算沥青等级Ø通常，中、下面层可选择改性沥青，更低层次可选普通沥青江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE二、原材料准备ü乳化沥青配方设计考虑因素：•工作时间•环境温度•成型速率•裹覆率＞95%•抗水能力•成型后强度……8江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE二、原材料准备ü乳化沥青配方设计设计要点：Ø根据当地情况选择基质沥青等级ü不建议使用溶剂ü乳化剂及添加剂Ø通常一个工程一个设计，而且根据气候不断调整l选择的乳化剂应可控制破乳速度l能获取较高的早期强度l与RAP裹覆均匀、粘附性好江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE二、原材料准备ü乳化沥青技术要求9江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE二、原材料准备ü新集料根据旧料评价结果和预计使用层次，同时结合工程实际情况，综合确定是否需要添加新集料以及集料的规格和用量。江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE二、原材料准备ü矿粉Ø目的Ø一般选用石灰石矿粉Ø典型用量：0~6%l调整级配l减小孔隙率l吸收RAP中含水10江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE二、原材料准备ü水泥Ø目的l减小孔隙率l增加强度l调整级配l改善和易性l调整破乳和成型时间l吸收RAP中含水l增强抗水能力Ø一般选用普通硅酸盐水泥Ø典型用量：0~3%江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE二、原材料准备ü拌和用水Ø目的Ø典型用量：1~4%l和易性l均匀性l避免过早破乳Ø加水量以所有料表面湿润为宜11江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE三、乳化沥青冷再生室内试验研究v乳化沥青冷再生机理研究v设计方法的比较v设计方法的提出v配合比设计实例江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE三、乳化沥青冷再生室内试验研究v乳化沥青冷再生机理研究Ø乳化沥青再生混合料与热沥青混合料的明显区别在于l含有水分；l常温沥青；l拌制时控制因素为阳离子沥青乳液类型、含水量及拌和时间等；l在乳化沥青再生混合料配合比设计中，水是一个重要因素；某些情况下，还要考虑水泥的添加，水泥是改善乳化沥青再生混合料性能的重要途径。12江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE三、乳化沥青冷再生室内试验研究v乳化沥青冷再生机理研究Ø乳化沥青冷再生混合料强度形成机理l乳化沥青再生混合料构成因素同样是材料的内聚力和内摩阻力。l混合料初期强度主要来源于混合料内摩阻力，内摩阻力的贡献远大于内聚力。l矿粉用量是影响强度的一个重要因素，矿粉应有合理的含量，一般为0~6%。l30天后几乎完全形成强度。此时混合料内聚力和内摩阻力同时起到重要作用，尤其是内聚力的提高，使强度有大幅的升高。jsttan+=c江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE三、乳化沥青冷再生室内试验研究Ø乳化沥青冷再生混合料强度的影响因素v乳化沥青冷再生机理研究l养生条件(温度、湿度、风力）l混合料总水量（拌和用水、RAP含水、乳化沥青含水）l乳化沥青用量l水泥用量l乳化沥青的种类l铣刨料级配l新集料级配13江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE三、乳化沥青冷再生室内试验研究v乳化沥青冷再生机理研究Ø水泥在乳化沥青冷再生混合料中的作用l大部分水泥吸收混合料或乳液中的水分发生水化反应，并产生水化热，加速了乳化沥青破乳和强度形成，缩短了强度形成时间。l另一小部分水泥由于水分不足，未能发生水化反应，在混合料中起活性矿粉的作用，普通乳化沥青冷再生混合料微观结构水泥—乳化沥青冷再生混合料微观结构江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTEv设计方法的比较三、乳化沥青冷再生室内试验研究Ø修正的马歇尔设计方法（AASHTOTaskForceNo.38推荐）l步骤一：最佳乳化沥青含量（OEC）•在预测含量上下以0.5%为间隔•用马歇尔击实仪每一面击50次•60℃烘箱养生6小时•测试毛体积密度，25℃的马歇尔稳定度和流值，最大理论密度。l步骤二：最佳含水量（OWC）•采用在最高稳定度值作为最佳乳化沥青含量•在大于和小于3%变化含水量•11%作为最佳空隙率（AASHTOTaskForceNo.38推荐空隙率在9~14%，11%大致为中值）14江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTEv设计方法的比较三、乳化沥青冷再生室内试验研究Ø修正的马歇尔设计方法存在的问题l完成一整套设计程序至少要8天l没有对需要添加新集料时作出定义l没有很明确地表述如何测定最佳乳化沥青和含水量的值l没有很准确地模拟现场密度l该设计方法没有建立在混合料性能的基础上江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTEv设计方法的比较三、乳化沥青冷再生室内试验研究Ø修正的Superpave设计方法——旋转压实仪成型试件旋转压实仪压实参数内部角：1.16°±0.03°压强：600kPa旋转次数：30次旋转速度：30r/min15江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTEv设计方法的提出三、乳化沥青冷再生室内试验研究Ø修正的Superpave设计方法l弥补马歇尔设计法的缺陷l充分模拟路面的搓揉压实作用l大量的试验摸索，成功的经验l对比试验0.310.250.350.325.00.380.270.450.344.00.450.280.570.383.00.410.300.500.332.0旋转压实马歇尔击实旋转压实马歇尔击实25℃浸水劈裂强度（MPa）25℃劈裂强度（MPa）乳化沥青含量（%）对比试验结果江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTEv目标配合比设计实例三、乳化沥青冷再生室内试验研究Ø设计流程l获取有代表性的铣刨料样品l再生原材料的分析与评价l确定添加