瀝青混合料廠拌冷再生技術(shù)的應(yīng)用

瀝青混合料廠拌冷再生技術(shù)的應(yīng)用瀝青混合料廠拌冷再生技術(shù)的應(yīng)用瀝青混合料廠拌冷再生技術(shù)的應(yīng)用xxx公司瀝青混合料廠拌冷再生技術(shù)的應(yīng)用文件編號(hào)：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計(jì)，管理制度第二批節(jié)能減排示范項(xiàng)目推廣材料之十一——瀝青混合料廠拌冷再生技術(shù)在昌九高速公路技術(shù)改造項(xiàng)目中的應(yīng)用項(xiàng)目實(shí)施單位

江西贛粵高速公路股份有限公司

綜合點(diǎn)評(píng)

目前，傳統(tǒng)的基于“強(qiáng)基薄面”設(shè)計(jì)理念的半剛性基層瀝青路面是我國(guó)高速公路路面的主要結(jié)構(gòu)形式，這種路面雖然減少了初期投資，但是由此也帶來(lái)了早期損壞嚴(yán)重的弊端。因此，隨著使用年限的增加，全國(guó)有越來(lái)越多的高速公路面臨大修或改建工程，一方面需要大量的新基層和面層材料，另一方面還有因翻新而廢棄的渣料需要環(huán)保處理，公路運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)面臨重大技術(shù)難題。

江西贛粵高速公路股份有限公司經(jīng)營(yíng)管理江西省的高速公路達(dá)558公里，且均系國(guó)家及省內(nèi)高速公路網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。該公司結(jié)合昌九高速公路技術(shù)改造項(xiàng)目，使用經(jīng)過(guò)自主改造的國(guó)產(chǎn)水泥穩(wěn)定拌合設(shè)備，利用廠拌冷再生技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)原半剛性基層的柔性化轉(zhuǎn)換，將廠拌冷再生層作為高速公路的上基層，實(shí)踐了“長(zhǎng)壽命瀝青路面”的設(shè)計(jì)理念，經(jīng)過(guò)2年多的特重交通考驗(yàn)證明，不但使用效果良好，而且還表現(xiàn)出優(yōu)異的環(huán)保性能。

廠拌冷再生瀝青混合料與傳統(tǒng)的熱拌瀝青碎石（ATB-25）混合料相比，在不影響路面使用性能的前提下，可節(jié)省50%以上加熱能源,減少的C02排放量也大于50%。昌九高速公路利用廠拌冷再生技術(shù)進(jìn)行技改的路段90公里，與熱拌瀝青碎石（ATB-25）混合料相比可節(jié)省瀝青7845噸、柴油萬(wàn)升、電萬(wàn)度，CO2排放減少4707噸。此外，還減少了路面翻修過(guò)程中廢棄渣料的排放，取得了明顯的節(jié)能減排效果。公司在廠拌冷再生上基層技術(shù)方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，形成了一套行之有效的工法，可操作性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景?！盀r青混合料廠拌冷再生技術(shù)在昌九高速公路技術(shù)改造項(xiàng)目中的應(yīng)用”推廣材料——交通部節(jié)能減排專(zhuān)家工作組

一、概況

昌九高速公路是江西省首條高速公路，是國(guó)家干線公路網(wǎng)規(guī)劃福銀（福州至銀川）高速公路在江西境內(nèi)的重要組成部分，雙向4車(chē)道，設(shè)計(jì)行車(chē)速度100km/h，全長(zhǎng)約。一期1993年建成通車(chē)，二期1994年通車(chē)，三期1996年建成通車(chē)。實(shí)施技改時(shí)，已運(yùn)營(yíng)10～13年。

盡管養(yǎng)護(hù)成本在逐年增加（1998年為1252萬(wàn)，2004年已達(dá)7700萬(wàn)），但是隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，交通量增大（見(jiàn)表1），路面損壞卻日益嚴(yán)重、性能每況愈下，主要病害是網(wǎng)裂水損害和車(chē)轍?，F(xiàn)有的以挖補(bǔ)、罩面為主的養(yǎng)護(hù)方式，費(fèi)用高且治標(biāo)不治本，已難見(jiàn)成效。這一方面說(shuō)明昌九高速公路原路面結(jié)構(gòu)已滿(mǎn)足不了日益增長(zhǎng)的交通需求；另一方面，從使用年限看，昌九高速公路原路面結(jié)構(gòu)也已接近使用壽命，急需改建。

表1昌九高速公路交通量調(diào)查年份一期（蛟橋至十里鋪）二期（南端連接線）三期（北端連接線）自然車(chē)輛（輛/日）累計(jì)軸載次數(shù)（次）自然車(chē)輛（輛/日）累計(jì)軸載次數(shù)（次）自然車(chē)輛（輛/日）累計(jì)軸載次數(shù)（次）19935261623846

19946874143896192421095911

19956139216691975381989762

19968569318302611129330943282779814811997899542496481330748873688265196154019989973543224010805616861898393128242199911060674372811635754828982384105099200014186842589515691940891814040576995420011706917826151957571767200218390192161636595123192003197302062817552原設(shè)計(jì)累計(jì)軸載Ne=2204350（次）,原設(shè)計(jì)軸載遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠滿(mǎn)足實(shí)際承受軸載的需要

江西贛粵高速公路股份有限公司會(huì)同相關(guān)單位在進(jìn)行了近3年的摸索和試驗(yàn)后，決定對(duì)昌九高速公路實(shí)施大規(guī)模技術(shù)改造，進(jìn)而全面提升服務(wù)水平，取得了較為顯著的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。2005年11月至2006年2月，贛粵公司聯(lián)合同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院編制完成了《昌九高速公路技術(shù)改造項(xiàng)目規(guī)劃方案》，并通過(guò)了國(guó)內(nèi)知名專(zhuān)家評(píng)審。結(jié)合路面彎沉和路面結(jié)構(gòu)層的損壞情況制定了2006年度計(jì)劃實(shí)施的25公里長(zhǎng)路段的技術(shù)改造實(shí)施方案，其中的15公里采用了瀝青混合料廠拌冷再生技術(shù)。2007年5月，江西省高管局組織知名路面專(zhuān)家召開(kāi)了《昌九高速公路瀝青混合料冷再生技術(shù)鑒定會(huì)》，鑒定意見(jiàn)認(rèn)為，針對(duì)昌九高速公路技改工程中將產(chǎn)生大量瀝青混合料的現(xiàn)狀，從環(huán)境保護(hù)、節(jié)約資源、降低工程成本的角度出發(fā)，采用廠拌冷再生瀝青混合料作為補(bǔ)強(qiáng)路段的上基層，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。再生方案既有理論支撐，又有2005年公里就地冷再生和2006年15公里廠拌冷再生試驗(yàn)路的實(shí)踐驗(yàn)證，論據(jù)充分，試驗(yàn)和檢測(cè)數(shù)據(jù)詳實(shí)，各技術(shù)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求，說(shuō)明瀝青混合料廠拌冷再生上基層在昌九高速公路技改工程的應(yīng)用是可行的。

鑒于廠拌冷再生基層方案設(shè)計(jì)方法、施工技術(shù)及工藝合理可行，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著，該項(xiàng)技術(shù)在昌九技改工程中得到了大面積推廣應(yīng)用（75公里），并于2007年國(guó)慶節(jié)前全面完工并投入使用。昌九高速公路90公里路段的技改工程瀝青混合料冷再生上基層技術(shù)，其中K47～公樁公里就地冷再生路段已通車(chē)3年，K28～K48公樁15公里廠拌冷再生路段已通車(chē)2年，這些路段每天累計(jì)承受自然車(chē)輛約萬(wàn)余輛，根據(jù)計(jì)重檢測(cè)結(jié)果，重車(chē)比例高達(dá)35%（交通等級(jí)為特重交通），目前使用狀況良好。經(jīng)路面狀況調(diào)查，除車(chē)轍外（表2），沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂縫和其它類(lèi)型的損壞。根據(jù)現(xiàn)行《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，車(chē)轍深度≤15mm，冷再生試驗(yàn)路應(yīng)以日常養(yǎng)護(hù)為主，不需要小修。

二、項(xiàng)目原理

由于受到半剛性基層的裂縫、模量過(guò)大等問(wèn)題的影響，瀝青路面經(jīng)過(guò)數(shù)年的使用，就會(huì)發(fā)生較嚴(yán)重的損壞，基本喪失了應(yīng)有的性能，往往需要銑刨掉。在制定面層的維修方案時(shí)，為減小半剛性基層對(duì)面層的不利影響，可在原基層上加鋪一層模量較小的新基層（柔性基層），昌九高速公路的技術(shù)改造工程就是基于這一思想進(jìn)行的。昌九高速公路廠拌冷再生技術(shù)，是將要廢棄的瀝青路面，經(jīng)過(guò)銑刨、回收、破碎、篩分，用新集料（礦粉）、乳化瀝青、水泥、水適當(dāng)配合，重新拌制，形成符合路用性能要求的再生瀝青混合料，鋪筑在基層之上形成上基層的整套技術(shù)。

表2

車(chē)轍調(diào)查結(jié)果冷再生類(lèi)型通車(chē)時(shí)間車(chē)轍深度最大值/mm車(chē)轍深度平均值/mm車(chē)轍養(yǎng)護(hù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)/mm就地冷再生路段3年≤15廠拌冷再生路段2年≤15

（一）路面結(jié)構(gòu)確定

根據(jù)長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)理念（見(jiàn)圖1），面層頂部厚度16cm左右的范圍為高受力區(qū)，應(yīng)采用高質(zhì)量的瀝青混合料，這部分瀝青混合料還必須起到抗車(chē)轍、抗滑、抗水損壞的作用，為此需選用路用性能較好的熱拌新瀝青混合料（見(jiàn)圖2）。

圖1

長(zhǎng)壽命瀝青路面

圖2采用冷再生技術(shù)改造后昌九路路面結(jié)構(gòu)

原瀝青面層厚度16cm，按照100%利用原瀝青面層材料的原則，考慮銑刨、篩分等環(huán)節(jié)的損失，原瀝青面層材料的實(shí)際利用率約為75%～80%，由此，可以確定冷再生上基層的厚度約為12cm（見(jiàn)圖2）。

（二）路面結(jié)構(gòu)分析

為了使路面結(jié)構(gòu)的理論計(jì)算結(jié)果能較準(zhǔn)確地模擬路面的實(shí)際受力狀態(tài)，在試驗(yàn)路鋪筑時(shí)，采用彎沉反算的路面結(jié)構(gòu)層模量作為路面結(jié)構(gòu)分析的計(jì)算參數(shù)（見(jiàn)表3）。原路面結(jié)構(gòu)和冷再生路面結(jié)構(gòu)的有限元分析計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表3路面結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)結(jié)構(gòu)層厚度/cm泊松比模量/MPa上面層42599中面層62507下面層61706冷再生上基層123133基層226035底基層33315路基/45表4有限元分析計(jì)算結(jié)果原路面結(jié)構(gòu)冷再生路面結(jié)構(gòu)路基頂面最大壓應(yīng)變/με基層最大拉應(yīng)變/με面層最大剪應(yīng)力/MPa路基頂面最大壓應(yīng)變/με基層最大拉應(yīng)變/με冷再生上基層最大拉應(yīng)變/με面層最大剪應(yīng)力/MPa157441252627

分析表4的結(jié)果可知：

（1）冷再生路面結(jié)構(gòu)的路基頂面最大壓應(yīng)變?yōu)?25με比原路面結(jié)構(gòu)的小32με。根據(jù)長(zhǎng)壽命瀝青路面的設(shè)計(jì)理念，路基頂面最大壓應(yīng)變?cè)叫≡胶?，為了使瀝青面層不出現(xiàn)源于層底的疲勞開(kāi)裂和結(jié)構(gòu)性車(chē)轍，應(yīng)限制路基頂面最大壓應(yīng)變小于280με。參照此理論，冷再生路面結(jié)構(gòu)優(yōu)于原路面結(jié)構(gòu)。

（2）冷再生路面結(jié)構(gòu)的水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層最大拉應(yīng)變?yōu)?6με是原路面結(jié)構(gòu)的%，按照水泥處治材料的疲勞方程（常用）εt/εb=a-blgNf，冷再生路面結(jié)構(gòu)半剛性基層疲勞壽命將是原路面結(jié)構(gòu)半剛性基層疲勞壽命的1000倍以上，也就解決了原路面結(jié)構(gòu)半剛性基層的疲勞開(kāi)裂問(wèn)題。

（3）冷再生上基層的最大拉應(yīng)變?yōu)?7με小于冷再生瀝青混合料的疲勞極限應(yīng)變，說(shuō)明冷再生上基層不會(huì)出現(xiàn)疲勞開(kāi)裂。

（4）雖然冷再生路面結(jié)構(gòu)的面層最大剪應(yīng)力為比原路面結(jié)構(gòu)的大了，但是按照瀝青混合料抗剪強(qiáng)度的檢測(cè)方法，測(cè)定的冷再生路面結(jié)構(gòu)上、中、下面層芯樣的抗剪強(qiáng)度分別為、、，都遠(yuǎn)大于。由應(yīng)用最廣泛的車(chē)轍預(yù)估方法可知，該冷再生路面結(jié)構(gòu)的面層具有較好高溫穩(wěn)定性能和抗車(chē)轍性能。

路面結(jié)構(gòu)的有限元分析表明，瀝青混合料冷再生上基層彌補(bǔ)了原水泥穩(wěn)定碎石基層的裂縫、模量過(guò)大等缺陷，實(shí)現(xiàn)了對(duì)原半剛性基層的柔性化轉(zhuǎn)換，滿(mǎn)足了長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)理念的要求，有效治理了我國(guó)上世紀(jì)九十年代大量建設(shè)的“強(qiáng)基薄面”的質(zhì)量通病，提高了路面耐久性。

三、項(xiàng)目生產(chǎn)工藝

由銑刨機(jī)對(duì)所要再生的瀝青混凝土路面全厚度一次銑刨得到冷再生瀝青混合料材料RAP（reclaimedasphaltpavement），為較好的控制冷再生瀝青混合料的級(jí)配組成，將RAP篩分成0～10mm（細(xì)）和10～30mm（粗）兩種，并分開(kāi)堆放。根據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》和《美國(guó)瀝青再生指南》的級(jí)配范圍，確定的粗、細(xì)RAP及礦粉（由于RAP中粒徑小于的顆粒含量很少，需外摻少量的礦粉）的摻配質(zhì)量比為，粗RAP:細(xì)RAP:礦粉=43:57:，具體的級(jí)配見(jiàn)表5。

根據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》和《美國(guó)瀝青再生指南》的乳化瀝青冷再生混合料的設(shè)計(jì)方法，確定的乳化瀝青（含有60%的重交通70號(hào)瀝青）用量、水泥用量、拌合用水量分別為：%、%、%（配合比試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6）。表5添加礦粉的RAP級(jí)配級(jí)配類(lèi)型通過(guò)下列篩孔(方孔/mm)的質(zhì)量百分率/%RAP和礦粉100級(jí)配范圍10090～10060～8025～6015～453～201～7表6冷再生混合料配合比試驗(yàn)結(jié)果技術(shù)指標(biāo)單位試驗(yàn)結(jié)果技術(shù)要求空隙率%9～1240℃馬歇爾穩(wěn)定度kN≥515℃劈裂強(qiáng)度MPa≥凍融劈裂強(qiáng)度比%≥7020℃疲勞極限應(yīng)變?chǔ)苔?0～80/20℃抗壓回彈模量MPa/

根據(jù)冷再生混合料配合比試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，使用國(guó)產(chǎn)水泥穩(wěn)定粒料拌合機(jī)按照配合比設(shè)計(jì)的比例進(jìn)行再生拌合，因?yàn)閷?duì)粒料進(jìn)行了二次篩分，分成二檔粒料進(jìn)行拌和，保證了再生混合料的級(jí)配穩(wěn)定，保證了混合料的質(zhì)量。采用國(guó)產(chǎn)水穩(wěn)拌合機(jī)進(jìn)行膠結(jié)材料計(jì)量稱(chēng)重系統(tǒng)改造，以滿(mǎn)足膠結(jié)材料稱(chēng)重精度要求，并在水穩(wěn)拌合機(jī)上添加乳化瀝青稱(chēng)重噴灑系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)設(shè)備技術(shù)改造后，完全能滿(mǎn)足瀝青混合料廠拌冷再生的拌合要求，與進(jìn)口設(shè)備相比，節(jié)省大量設(shè)備投資。拌合后的混合料用翻斗運(yùn)輸車(chē)?yán)潦┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行攤鋪、碾壓成型，在再生上基層上攤鋪新的瀝青混凝土面層。

四、項(xiàng)目保證措施

做好前期調(diào)查，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量：RAP中的瀝青老化程度必須加強(qiáng)檢測(cè)，以保證再生混合料的質(zhì)量。

提高設(shè)備精度，保證拌合質(zhì)量：再生混合料中摻加的水泥、乳化瀝青的膠結(jié)材料用量相對(duì)比較少，拌合設(shè)備的計(jì)量系統(tǒng)應(yīng)準(zhǔn)確。

改進(jìn)施工工藝，保證施工質(zhì)量：施工拌合好的再生瀝青混合料應(yīng)在規(guī)定的水泥凝結(jié)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行攤鋪，并完成碾壓。廠拌冷再生瀝青混合料由于是冷拌合，在攤鋪碾壓中要注意碾壓工藝，保證再生混合料的壓實(shí)。

五、項(xiàng)目成效

（一）社會(huì)效益

1988年滬嘉高速公路建成通車(chē)以后，我國(guó)的公路建設(shè)進(jìn)入了以高速公路為主的新時(shí)代，隨著使用時(shí)間的增加，1999年前建成通車(chē)的萬(wàn)公里高速公路，已接近或達(dá)到了設(shè)計(jì)壽命期，有些路面的破損已相當(dāng)嚴(yán)重，必須進(jìn)行大修，高速公路大修需要大量的資源和能源，同時(shí)還會(huì)排放污染物。將再生技術(shù)用于高速公路大修，既可以實(shí)現(xiàn)路用材料和資源的可持續(xù)利用、降低維修成本，又可以在盡量減少?gòu)U棄材料的環(huán)境污染和處理費(fèi)用的前提下，全面恢復(fù)或提高原路面的路用性能，實(shí)現(xiàn)高速公路社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)保效益的和諧統(tǒng)一。

（二）經(jīng)濟(jì)效益分析

與常用作柔性基層的熱拌瀝青碎石（ATB-25）混合料相比（表7），冷再生瀝青混合料的冷再生瀝青混合料的經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。并且，通過(guò)這種再生施工，可以節(jié)省由于處理廢棄混合料而產(chǎn)生的巨額運(yùn)輸和處置費(fèi)用，降低工程成本。

表7

冷再生瀝青混合料和ATB-25瀝青混合料的價(jià)格混合料類(lèi)型出廠價(jià)格冷再生瀝青混合料390元/m3ATB-25，結(jié)合料為重交通50號(hào)瀝青681元/m3ATB-25，結(jié)合料為重交通70號(hào)瀝青667元/m3

與ATB-25（常被用于柔性基層）混合料相比，冷再生瀝青混合料在以下三個(gè)方面節(jié)約了能源和資源（見(jiàn)表8）：①瀝青，冷再生瀝青混合料需添加%的瀝青（乳化瀝青含量%，乳化瀝青中瀝青的含量為60%），而ATB-25混合料的瀝青含量最少也要3%；②節(jié)約加熱能源，冷再生瀝青混合料拌和時(shí)不需要加熱，而生產(chǎn)一噸熱拌瀝青混合料通常需要的加熱能源是8升柴油；③降低用電量，RAP是已損壞的瀝青路面經(jīng)銑刨（帶有破碎過(guò)程）后產(chǎn)生的，基本都可以直接篩分拌和使用，而新的碎石材料必須破碎后才可以拌和使用。表8

冷再生瀝青混合料的節(jié)能效果類(lèi)型瀝青（噸）柴油（升）破碎碎石用電（度）1噸冷再生瀝青混合料001噸熱再生瀝青混合料≈