半剛性基層瀝青路面結構性能恢復技術[詳細]

1、半剛性基層瀝青路面結構性能恢復技術,我國高等級公路發(fā)展現狀 存在的問題 破壞模式及解決方案 瀝青路面再生利用的現狀 瀝青路面的再生技術 泡沫瀝青冷再生在渝涪路的應用,主要內容,經過十幾年的建設，我國高速公路總里程已經達到4萬多公里 ，位居世界第二位。 一、二級公路達到20多萬公里。 路面結構形式絕大部分是半剛性基層瀝青路面。 目前已有部分進入了大、中修維修期。,我國高等級公路現狀,路面的破壞方面 半剛性基層瀝青路面的病害 早期病害坑槽、縱橫向裂縫、唧漿及擁包等 結構性病害龜裂、車轍、沉陷等 半剛性基層自身的局限性，易開裂、水穩(wěn)定性差,存在的問題,路面早期損壞,坑槽,路面早期損壞,縱橫向裂縫,路

2、面結構性損壞,路面龜裂,路面結構性損壞,車 轍,瀝青的消耗方面 高速公路每公里約需耗用瀝青350噸400噸（四車道）。 我國公路每年用瀝青實際已突破約400萬噸，道路建設與養(yǎng)護消耗了大量的瀝青。 僅2001年，全國道路建設耗用瀝青約650萬噸，其中進口瀝青150萬噸。,存在的問題,路面的維修方面 傳統(tǒng)的路面大修對策，主要包括兩種：翻修和補強（或加鋪）。 翻修就是挖除路面結構層，然后重新修建，也叫“開膛破肚式”。 缺點： （1）造價高，工期長； （2）產生大量銑刨材料，沒有合理、計劃的使用，污染環(huán) 境，浪費資源； （3）工程量大，社會影響差。,存在的問題,補強主要采用加鋪罩面，即在原路面上鋪筑新

3、的結構層。 缺點： （1）道路結構承載能力不能得到根本加強； （2）路面結構存在的病害，不能徹底解決，存在潛在危險； （3）不斷加鋪路面，造成附屬設施不斷改建； （4）路面結構組合不合理，路面結構中往往存在軟弱的夾層。,存在的問題,存在的問題,節(jié)約能源、保護環(huán)境方面 石油資源是不會再生的，過度的開采將造成資源的枯竭。 熱拌瀝青混凝土生產及攤鋪過程中的粉塵、煙霧對環(huán)境的污染較大。 從節(jié)約資源出發(fā)，將舊瀝青路面再生加以利用是一項行之有效的措施。 世界各國積極開展瀝青路面再生利用的研究與應用，我國在這方面起步較晚。,破壞模式及解決方案,半剛性基層干縮、溫縮裂縫或疲勞引起的裂縫,基層裂縫導致瀝青層的反

4、射裂縫,破壞模式（一）,破壞模式（一）,荷載的作用下進一步將導致基層的結構性破壞及瀝青層龜裂等破壞,水從裂縫進入瀝青層及半剛性基層導致唧漿、沉陷等破壞,破壞模式及解決方案,破壞模式（二）,半剛性基層與瀝青層模量相差懸殊，在車輛荷載作用下瀝青層中剪應力()較大，造成瀝青面層首先出現縱向開裂,破壞模式及解決方案,破壞模式（二）,水從裂縫進入瀝青層與半剛性基層的界面，在動水壓力的作用下，導致唧漿、推移、擁包等破壞,破壞模式及解決方案,解決方案,導致瀝青路面發(fā)生破壞的原因是多方面的，如結構設計、材料設計、施工等，但從上述的兩種半剛性基層瀝青路面破壞模式可知，半剛性基層易開裂、及與面層模量的不匹配是造成

5、瀝青路面損壞的主要原因 如何對基層已經結構性破壞的瀝青路面進行性能恢復是工程技術人員面臨的重要課題，既要避免半剛性基層的缺陷，又要節(jié)約資源，有利于環(huán)保，解決方案對舊瀝青路面進行再生利用，鋪筑成半柔性基層。,瀝青路面再生利用的現狀,1915年在美國開始研究瀝青路面再生，但由于 以后大規(guī)模的公路建設而忽視了對該技術的研究。 1973年由于石油危機而在全國推廣再生技術。1980年美國25個州共使用了200萬噸熱拌再生瀝青混合料。 到八十年代中期猛增至2億噸，占全部路用瀝青混凝土的1/2。 現在已作為日常技術應用于生產。,美 國,瀝青路面再生利用的現狀,1981年美國交通運輸研究委員會出版了路面廢料再

6、生指南 1981年美國瀝青協(xié)會出版了瀝青路面熱拌再生技術手冊 1983年美國瀝青協(xié)會又出版了瀝青路面冷拌再生技術手冊 現在美國仍在繼續(xù)進行研究，如全厚式瀝青路面的再生利用。,美 國,瀝青路面再生利用的現狀,1974年開始進行瀝青路面再生技術的研究 1980年廠拌再生混合料達50萬噸 1984年日本道路協(xié)會出版了路面再生利用技術指南,日 本,瀝青路面再生利用的現狀,70年代中期，德國將路面廢料全部加以利用。 另外，荷蘭所有城鎮(zhèn)都組織路面廢料的收集與儲存，并應用于各類道路的路面工程。 在法國，高速公路部門積極推廣應用再生技術，并廣泛應用于高速公路路面。,歐洲國家,瀝青路面再生利用的現狀,上世紀60

7、年代蘇聯(lián)開始瀝青路面再生技術的研究。 1966年蘇聯(lián)出版了瀝青混合料廢料再生利用技術一書。 1979年出版了舊瀝青混凝土再生混合料技術準則，用以指導推廣應用。 1984年蘇聯(lián)出版再生路用瀝青混凝土一書,該書詳細介紹了再生技術。表明蘇聯(lián)在該領域也取得很大進展。,前蘇聯(lián),瀝青路面再生利用的現狀,上世紀80年代交通部將瀝青路面再生利用技術作為重點科研項目立項研究。 1982年由同濟大學組織協(xié)調山西、湖北、河北、河南、山東、江西等省開展了舊有瀝青（渣油）路面再生利用研究,累計鋪筑再生路面600km。 1989年交通出版社出版了瀝青路面再生技術一書。 但以后由于全國各地忙于高速公路建設而未能使再生技術進

8、一步推廣應用。,中 國,瀝青路面再生利用的現狀,廣佛高速公路、滬嘉高速公路的路面維修采用了廠拌熱再生技術。 京津塘高速公路采用了就地熱再生工藝。實踐證明，路面質量良好，可以與新鋪路面媲美，而成本降低達30%。 石家莊市、邯鄲市每年采用冷再生技術修筑的路面分別達4050km,所用的穩(wěn)定劑基本采用水泥,只有做實驗段時采用了乳化瀝青。目前石家莊市和邯鄲市推廣應用的是水泥材料做穩(wěn)定劑,冷再生后作路面的底基層。 現在上海、四川、山東及浙江等地也積極采用瀝青路面再生技術。,中 國,瀝青路面在陽光、雨水、氧化等自然作用下，會逐漸老化。 老化的瀝青路面表現為表面干枯、脆化、進而出現開裂、松散等病害。 瀝青老化

9、后化學組成的變化主要是：油分減少，瀝青質增加，膠質增加。老化越嚴重，組成變化越明顯。,瀝青路面的再生技術,瀝青路面的再生技術,老化瀝青與原瀝青相比較，表現為： （1）常規(guī)指標的變化： 針入度 減小 軟化點 升高 延 度 降低 （2）流變性質的變化： 粘 度 增大 非牛頓性質 增強,瀝青再生實際是瀝青老化的逆過程，老化瀝青的再生原理，在理論研究認為： 調節(jié)舊瀝青的粘度，使之降低至所需要的粘度范圍； 調節(jié)舊瀝青的流變行為，使舊瀝青的非牛頓特性減弱。 當舊瀝青粘度高于106Pa.s(針入度小于40）時通過添加適量再生劑，并使它與舊瀝青相互混溶，即可有效地恢復舊瀝青性能。,瀝青路面的再生技術 老化瀝青

10、的再生原理,再生劑主要成分是低粘度、低飽和分的礦物油料，其粘度約在0.120Pa.s范圍內。 再生劑具有溶解瀝青質，使瀝青質分散的能力。 再生劑能改善瀝青的流變性質，使瀝青的非牛頓性質降低。,瀝青路面的再生技術 瀝青再生劑的特性,按再生拌和的溫度劃分： 熱再生 冷再生 按再生的場地分： 廠拌熱再生、廠拌冷再生 現場熱再生（表面熱再生） 現場冷再生（表面冷再生） 全厚式冷再生 （瀝青面層 + 一部分粒料基層）,瀝青路面的再生技術 瀝青路面再生的施工方式,廠拌熱再生的特點： 只能摻加2030舊料，舊料利用率較低而影響經濟效益。 瀝青拌和廠需要有舊料堆放場地并配備專用的破碎機械。 可嚴格控制配合比，

11、再生瀝青混合料質量比較高。 要增加產量，瀝青拌和廠需要添置舊料預熱裝置。,瀝青路面的再生技術 廠拌熱再生,現場熱再生的特點： 再生舊路面中老化的瀝青 舊瀝青路面材料無須往返運輸，節(jié)省運輸費用 施工對道路正常交通的影響小 消除路面表面裂縫 修正舊路面的級配組成（集料級配、瀝青用量）,瀝青路面的再生技術 現場熱再生,現場冷再生的特點： 節(jié)省成本，包括材料和運輸成本，與其他傳統(tǒng)的施工方法相比，總投資可節(jié)省4050% 。 與熱拌瀝青相比，節(jié)約能源，石料不需加熱。 有效改善路面的結構特性。 適用于修復多種路面病害類型。 減少環(huán)境污染。,瀝青路面的再生技術 現場冷再生,全厚式冷再生的特點： 適于修復多種路

12、面病害類型。 減少運輸成本（大量使用現有的路面面層及 基層舊料）。 有效提高路面結構層尤其是基層的結構特性。 消除廢舊路面材料的棄置問題。 改善路面的行駛質量。,瀝青路面的再生技術 全厚式冷再生,瀝青路面的再生技術 再生方法選用指南（ARRA）,瀝青路面的再生技術 現場冷再生的優(yōu)點,與熱再生相比，現場冷再生有以下優(yōu)點： 可以對結構性的破壞進行恢復，整體性好。 對現有交通影響較小。 節(jié)省能源，經濟效益好。 施工工期較短。 減少環(huán)境污染。,瀝青路面的再生技術 現場冷再生的技術途徑,現場冷再生利用技術，是在現場將舊瀝青路面翻松、破碎、加入瀝青（乳化瀝青或泡沫瀝青）或水泥（石灰、粉煤灰）和適量的水，拌

13、和均勻并攤鋪碾壓重新形成路面結構層的工藝技術。,瀝青路面的再生技術 乳化瀝青冷再生的施工工藝,乳化瀝青再生，采用專用機械將舊路面翻松，加入適量乳化瀝青（可加入少量水泥），拌和均勻，整平后加以壓實。,瀝青路面的再生技術 泡沫瀝青冷再生的施工工藝,泡沫瀝青再生，采用專用機械將舊路面翻松，加入適量泡沫瀝青（可加入少量水泥），拌和均勻，整平后加以壓實。,瀝青路面的再生技術 以水泥作為穩(wěn)定劑,路面再生時加入水泥，使舊路面材料顆粒間相互粘結，形成一種低水泥劑量的結構層，結構層的承重能力將有效提高。,瀝青路面的再生技術 泡沫瀝青冷再生技術的發(fā)展,采用泡沫瀝青鋪筑穩(wěn)定基層，在美國、法國、南非、澳大利亞等國家都

14、已經廣泛應用。 我國研究開發(fā)泡沫瀝青技術起步較晚，目前國內在泡沫瀝青及泡沫瀝青再生穩(wěn)定基層技術等方面進行了初步的研究，并取得一定進展。,瀝青路面的再生技術 瀝青的發(fā)泡原理,泡沫瀝青發(fā)泡示意圖,在高溫的瀝青中加入少量的水,由于水的急速氣化形成爆炸性泡沫,使瀝青表面積大量增加,體積膨脹數倍至數十倍,然后在近1min內瀝青又恢復原狀。瀝青膨脹產生泡沫而使其粘度下降,從而可以很方便地與冷濕集料拌合均勻。,瀝青路面的再生技術 瀝青的發(fā)泡設備,維特根WLB10型室內發(fā)泡設備,瀝青路面的再生技術 泡沫瀝青混合料的設計,1.瀝青特性 發(fā)泡特性 膨脹率： 瀝青發(fā)泡膨脹時達到的最大體積與未發(fā)泡狀態(tài)下的體積之比。

15、半衰期： 泡沫瀝青從最大體積降到最大體積的一半所需的時間，以s計。 瀝青含量 確定最佳泡沫瀝青含量,瀝青路面的再生技術 泡沫瀝青混合料的設計,2.集料特性 用于穩(wěn)定的材料須有520%通過0.075mm篩。,過細,恰,當,過粗,瀝青路面的再生技術 泡沫瀝青混合料的設計,3.含水量,水 的 作 用,拌和過程中有利于瀝青的分散,促進集料結團的分散,保證混合料的壓實效果,根據重型擊實試驗確定集料的最佳含水量。,4.養(yǎng)生 在一定的條件下進行混合料養(yǎng)生，使強度逐漸增長,泡沫瀝青混合料配合比設計流程圖,瀝青路面的再生技術 不同瀝青混合料中瀝青膜形成情況,瀝青路面的再生技術 不同穩(wěn)定劑的比較,泡沫瀝青冷再生在渝涪路的應用,泡沫瀝青冷再生在渝涪路的應用 混合料設計,1.瀝青發(fā)泡特性 采用維特根WLB10對中海70#瀝青進行發(fā)泡試驗，以確定發(fā)泡最佳效果。,瀝青發(fā)泡狀態(tài)圖,瀝青發(fā)泡,發(fā)泡特性量測圖,泡沫瀝青冷再生在渝涪路的應用 混合料設計,瀝青發(fā)泡特性結果,150,160,170,泡沫瀝青冷再生在渝涪路的應用 混合料設計,2.集料組成確定 根據現場取樣的RAP料級配情況，通過添加石屑以滿足泡沫瀝青混合料對級配的要求。 試驗采用兩種方案： 83RAP料、15石屑、2水泥；