半刚性基层沥青路面结构性能恢复技术

汇报人：李明重庆市智翔铺道技术工程有限公司2007.03.15半刚性基层沥青路面结构性能恢复技术•我国高等级公路发展现状•存在的问题•破坏模式及解决方案•沥青路面再生利用的现状•沥青路面的再生技术•泡沫沥青冷再生在渝涪路的应用主要内容•经过十几年的建设，我国高速公路总里程已经达到4万多公里，位居世界第二位。•一、二级公路达到20多万公里。•路面结构形式绝大部分是半刚性基层沥青路面。•目前已有部分进入了大、中修维修期。我国高等级公路现状•路面的破坏方面–半刚性基层沥青路面的病害早期病害－坑槽、纵横向裂缝、唧浆及拥包等结构性病害－龟裂、车辙、沉陷等–半刚性基层自身的局限性，易开裂、水稳定性差存在的问题路面早期损坏坑槽路面早期损坏纵横向裂缝路面结构性损坏路面龟裂路面结构性损坏车辙•沥青的消耗方面–高速公路每公里约需耗用沥青350吨～400吨（四车道）。–我国公路每年用沥青实际已突破约400万吨，道路建设与养护消耗了大量的沥青。–仅2001年，全国道路建设耗用沥青约650万吨，其中进口沥青150万吨。存在的问题•路面的维修方面传统的路面大修对策，主要包括两种：翻修和补强（或加铺）。–翻修就是挖除路面结构层，然后重新修建，也叫“开膛破肚式”。缺点：（1）造价高，工期长；（2）产生大量铣刨材料，没有合理、计划的使用，污染环境，浪费资源；（3）工程量大，社会影响差。存在的问题补强主要采用加铺罩面，即在原路面上铺筑新的结构层。缺点：（1）道路结构承载能力不能得到根本加强；（2）路面结构存在的病害，不能彻底解决，存在潜在危险；（3）不断加铺路面，造成附属设施不断改建；（4）路面结构组合不合理，路面结构中往往存在软弱的夹层。存在的问题存在的问题节约能源、保护环境方面石油资源是不会再生的，过度的开采将造成资源的枯竭。热拌沥青混凝土生产及摊铺过程中的粉尘、烟雾对环境的污染较大。从节约资源出发，将旧沥青路面再生加以利用是一项行之有效的措施。世界各国积极开展沥青路面再生利用的研究与应用，我国在这方面起步较晚。破坏模式及解决方案半刚性基层干缩、温缩裂缝或疲劳引起的裂缝基层裂缝导致沥青层的反射裂缝破坏模式（一）破坏模式（一）荷载的作用下进一步将导致基层的结构性破坏及沥青层龟裂等破坏水从裂缝进入沥青层及半刚性基层导致唧浆、沉陷等破坏破坏模式及解决方案破坏模式（二）半刚性基层与沥青层模量相差悬殊，在车辆荷载作用下沥青层中剪应力(τ)较大，造成沥青面层首先出现纵向开裂破坏模式及解决方案破坏模式（二）水从裂缝进入沥青层与半刚性基层的界面，在动水压力的作用下，导致唧浆、推移、拥包等破坏破坏模式及解决方案解决方案导致沥青路面发生破坏的原因是多方面的，如结构设计、材料设计、施工等，但从上述的两种半刚性基层沥青路面破坏模式可知，半刚性基层易开裂、及与面层模量的不匹配是造成沥青路面损坏的主要原因如何对基层已经结构性破坏的沥青路面进行性能恢复是工程技术人员面临的重要课题，既要避免半刚性基层的缺陷，又要节约资源，有利于环保，解决方案——对旧沥青路面进行再生利用，铺筑成半柔性基层。沥青路面再生利用的现状1915年在美国开始研究沥青路面再生，但由于以后大规模的公路建设而忽视了对该技术的研究。1973年由于石油危机而在全国推广再生技术。1980年美国25个州共使用了200万吨热拌再生沥青混合料。到八十年代中期猛增至2亿吨，占全部路用沥青混凝土的1/2。现在已作为日常技术应用于生产。美国沥青路面再生利用的现状1981年美国交通运输研究委员会出版了《路面废料再生指南》1981年美国沥青协会出版了《沥青路面热拌再生技术手册》1983年美国沥青协会又出版了《沥青路面冷拌再生技术手册》现在美国仍在继续进行研究，如全厚式沥青路面的再生利用。美国沥青路面再生利用的现状1974年开始进行沥青路面再生技术的研究1980年厂拌再生混合料达50万吨1984年日本道路协会出版了《路面再生利用技术指南》日本沥青路面再生利用的现状70年代中期，德国将路面废料全部加以利用。另外，荷兰所有城镇都组织路面废料的收集与储存，并应用于各类道路的路面工程。在法国，高速公路部门积极推广应用再生技术，并广泛应用于高速公路路面。欧洲国家沥青路面再生利用的现状上世纪60年代苏联开始沥青路面再生技术的研究。1966年苏联出版了《沥青混合料废料再生利用技术》一书。1979年出版了《旧沥青混凝土再生混合料技术准则》，用以指导推广应用。1984年苏联出版《再生路用沥青混凝土》一书,该书详细介绍了再生技术。表明苏联在该领域也取得很大进展。前苏联沥青路面再生利用的现状上世纪80年代交通部将沥青路面再生利用技术作为重点科研项目立项研究。1982年由同济大学组织协调山西、湖北、河北、河南、山东、江西等省开展了《旧有沥青（渣油）路面再生利用研究》,累计铺筑再生路面600km。1989年交通出版社出版了《沥青路面再生技术》一书。但以后由于全国各地忙于高速公路建设而未能使再生技术进一步推广应用。中国沥青路面再生利用的现状广佛高速公路、沪嘉高速公路的路面维修采用了厂拌热再生技术。京津塘高速公路采用了就地热再生工艺。实践证明，路面质量良好，可以与新铺路面媲美，而成本降低达30%。石家庄市、邯郸市每年采用冷再生技术修筑的路面分别达40～50km,所用的稳定剂基本采用水泥,只有做实验段时采用了乳化沥青。目前石家庄市和邯郸市推广应用的是水泥材料做稳定剂,冷再生后作路面的底基层。现在上海、四川、山东及浙江等地也积极采用沥青路面再生技术。中国沥青路面在阳光、雨水、氧化等自然作用下，会逐渐老化。老化的沥青路面表现为表面干枯、脆化、进而出现开裂、松散等病害。沥青老化后化学组成的变化主要是：油分减少，沥青质增加，胶质增加。老化越严重，组成变化越明显。沥青路面的再生技术沥青路面的再生技术老化沥青与原沥青相比较，表现为：（1）常规指标的变化：针入度减小软化点升高延度降低（2）流变性质的变化：粘度增大非牛顿性质增强020406080100012345粘度，105Pa.s老化时间，h204060801000.200.250.300.350.400.45复合流动度C老化时间，h•沥青再生实际是沥青老化的逆过程，老化沥青的再生原理，在理论研究认为：–调节旧沥青的粘度，使之降低至所需要的粘度范围；–调节旧沥青的流变行为，使旧沥青的非牛顿特性减弱。当旧沥青粘度高于106Pa.s(针入度小于40）时通过添加适量再生剂，并使它与旧沥青相互混溶，即可有效地恢复旧沥青性能。沥青路面的再生技术老化沥青的再生原理再生剂主要成分是低粘度、低饱和分的矿物油料，其粘度约在0.1～20Pa.s范围内。再生剂具有溶解沥青质，使沥青质分散的能力。再生剂能改善沥青的流变性质，使沥青的非牛顿性质降低。沥青路面的再生技术沥青再生剂的特性按再生拌和的温度划分：热再生冷再生按再生的场地分：厂拌热再生、厂拌冷再生现场热再生（表面热再生）现场冷再生（表面冷再生）全厚式冷再生（沥青面层+一部分粒料基层）沥青路面的再生技术沥青路面再生的施工方式•厂拌热再生的特点：–只能掺加20～30％旧料，旧料利用率较低而影响经济效益。–沥青拌和厂需要有旧料堆放场地并配备专用的破碎机械。–可严格控制配合比，再生沥青混合料质量比较高。–要增加产量，沥青拌和厂需要添置旧料预热装置。沥青路面的再生技术厂拌热再生•现场热再生的特点：–再生旧路面中老化的沥青–旧沥青路面材料无须往返运输，节省运输费用–施工对道路正常交通的影响小–消除路面表面裂缝–修正旧路面的级配组成（集料级配、沥青用量）沥青路面的再生技术现场热再生•现场冷再生的特点：–节省成本，包括材料和运输成本，与其他传统的施工方法相比，总投资可节省40～50%。–与热拌沥青相比，节约能源，石料不需加热。–有效改善路面的结构特性。–适用于修复多种路面病害类型。–减少环境污染。沥青路面的再生技术现场冷再生•全厚式冷再生的特点：–适于修复多种路面病害类型。–减少运输成本（大量使用现有的路面面层及基层旧料）。–有效提高路面结构层尤其是基层的结构特性。–消除废旧路面材料的弃置问题。–改善路面的行驶质量。沥青路面的再生技术全厚式冷再生沥青路面的再生技术再生方法选用指南（ARRA）路面病害类型厂拌热再生现场热再生现场冷再生全厚式再生表面类松散△△泛油△△磨光△△变形类波浪△△浅车辙△△深车辙△△△路面病害类型厂拌热再生现场热再生现场冷再生全厚式再生裂缝类（荷载型）龟裂△△△纵向裂缝△△△△路缘裂缝△△△滑动裂缝△△裂缝类（非荷载型）网裂△△△纵向接缝△△横向裂缝△△△反射裂缝△△△沥青路面的再生技术现场冷再生的优点•与热再生相比，现场冷再生有以下优点：–可以对结构性的破坏进行恢复，整体性好。–对现有交通影响较小。–节省能源，经济效益好。–施工工期较短。–减少环境污染。沥青路面的再生技术现场冷再生的技术途径现场冷再生利用技术，是在现场将旧沥青路面翻松、破碎、加入沥青（乳化沥青或泡沫沥青）或水泥（石灰、粉煤灰）和适量的水，拌和均匀并摊铺碾压重新形成路面结构层的工艺技术。沥青路面的再生技术乳化沥青冷再生的施工工艺乳化沥青再生，采用专用机械将旧路面翻松，加入适量乳化沥青（可加入少量水泥），拌和均匀，整平后加以压实。沥青路面的再生技术泡沫沥青冷再生的施工工艺泡沫沥青再生，采用专用机械将旧路面翻松，加入适量泡沫沥青（可加入少量水泥），拌和均匀，整平后加以压实。沥青路面的再生技术以水泥作为稳定剂路面再生时加入水泥，使旧路面材料颗粒间相互粘结，形成一种低水泥剂量的结构层，结构层的承重能力将有效提高。沥青路面的再生技术泡沫沥青冷再生技术的发展–采用泡沫沥青铺筑稳定基层，在美国、法国、南非、澳大利亚等国家都已经广泛应用。–我国研究开发泡沫沥青技术起步较晚，目前国内在泡沫沥青及泡沫沥青再生稳定基层技术等方面进行了初步的研究，并取得一定进展。沥青路面的再生技术沥青的发泡原理泡沫沥青发泡示意图在高温的沥青中加入少量的水,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内沥青又恢复原状。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。沥青路面的再生技术沥青的发泡设备维特根WLB10型室内发泡设备沥青路面的再生技术泡沫沥青混合料的设计1.沥青特性发泡特性膨胀率：沥青发泡膨胀时达到的最大体积与未发泡状态下的体积之比。半衰期：泡沫沥青从最大体积降到最大体积的一半所需的时间，以s计。沥青含量确定最佳泡沫沥青含量沥青路面的再生技术泡沫沥青混合料的设计2.集料特性用于稳定的材料须有5～20%通过0.075mm筛。010203040506070809010037.531.525191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075筛孔(mm)通过率(%)上限下限过细恰当过粗沥青路面的再生技术泡沫沥青混合料的设计3.含水量水的作用拌和过程中有利于沥青的分散促进集料结团的分散保证混合料的压实效果根据重型击实试验确定集料的最佳含水量。4.养生在一定的条件下进行混合料养生，使强度逐渐增长泡沫沥青混合料配合比设计流程图选定沥青选定级配进行沥青发泡特性试验进行击实试验确定最佳含水量确定混合料的拌和用水量,用几种不同的泡沫沥青用量拌和混合料并成型试件试件脱模后进行养生养生完成后量测试件各项数据,并将试件分为干湿两组干组试件25℃养生1至2小时后进行劈裂试验湿组试件置于25℃水浴中24小时后进行劈裂试验计算残留劈裂强度比,确定最佳泡沫沥青用量沥青路面的再生技术不同沥青混合料中沥青膜形成情况乳化沥青混合料薄沥青膜粘聚力泡沫沥青混合料分散沥青颗粒材料沥青路面的再生技术不同稳定剂的比较项目水泥稳定水泥＋乳化沥青稳定水泥＋泡沫沥青稳定优点材料普遍、价格稳定、接受度高、施工方法简易，对大部分材料而言，水泥提高抗压强度及抗水侵害的效果明显。柔性且具粘弹性特点、抗疲劳性较高、施工方便，油罐车与稳定再生