随着我国经济的繁荣发展,我国公路事业得到了长足的发展,目前,国道主干线及各省份高速路主线网已基本建成。由于沥青路面在使用一段时间后,其整体性能不能满足通车的要求,因此,上世纪90年代的修改的公路很大一部分已经进入养护维修阶段。在过去较长一段时间里,我国道路养护存在技术相对落后、设计方案单一、养护成本高、经济效益差等缺陷。目前,我国道路改建工程维修方案多采用翻挖重建或者加铺的模式,这就造成了原路面材料得不到充分的利用,因此,通过路面再生技术可以充分的利用原有材料使路面达到良好的使用性能,节约了大量的材料资源,也有利于减少对环境的污染。
海榆G98环岛高速是海南省公路主干线“三纵四横”的西纵线,是海南西南部地区的重要交通走廊,是海南省交通网络的重要组成部分。G98环岛高速改建工程分为两个施工段落,其中八所到九所段长.公里,沿线经过九所、利国、黄流、佛罗、尖峰、板桥、新龙、八所、大田等乡镇,起讫桩号为K+~K+。该路段沿线石料资源相对匮乏,石料运输成本及生产成本较高,为此,在该项目中对原沥青面层实施泡沫沥青冷再生,作为新路面基层,可以充分利用原路面材料,减少废气,节能环保,可以实现良好的社会效益和经济效益。
泡沫沥青冷再生技术工艺原理
当高温沥青(通常为~℃)遇到水后,水滴与高温沥青之间发生能量转换,水滴迅速被加热到℃并气化,产生大量水蒸气。此时,沥青在水蒸气的作用下其物理性质发生变化,其粘度显著降低,使沥青的体积膨胀,产生大量的泡沫,沥青膜产生的表面张力抵抗蒸汽压力直到一种平衡状态并能够维持数秒的时间,在此过程中,泡沫沥青与集料充分接触,泡沫沥青化为小颗粒吸附在集料(特别是0.mm以下细集料)表面形成类似砂浆作用的填充料,经拌和、摊铺、碾压、养生使混合料形成具有一定强度的稳定的结构层。
泡沫沥青配合比设计
基于泡沫沥青冷再生技术工艺原理,结合项目实际情况,本项目再生基层采用维特根KMA连续式拌和机进行泡沫沥青混合料的生产的生产与施工,本项目共分为三个标段(A1、A2、A3)。
原材质量控制
泡沫沥青发泡温度及发泡用水量
用于制造泡沫沥青所采用的基质沥青质量要符合JTGF40-4《公路沥青路面施工技术规范》技术指标的要求。宜采用70号或者90号沥青。本项目三个标段制造泡沫沥青的基质沥青均采用韩国SK-70#A级沥青,其各项指标均符合规范要求。经沥青发泡性能试验,确定其发泡温度为℃,发泡用水量取2%、3%、4%、5%。
其最佳发泡用水量为3.5%,在此用水量下进行发泡试验。经检测,其试验结果符合JTGF41-8《公路沥青路面再生技术规范》技术指标的要求,在施工过程中,要及时按规范规定频率进行检测,以保证其质量。
回收沥青路面材料(RAP)
本项目RAP回收采用铣刨机对原沥青路面按规定深度进行铣刨,工程实践表明,当铣刨速度在10m/min以上时,铣刨料级配差异较大且4.75mm通过率较低。为保证RAP级配稳定,铣刨速度应控制在4m/min-6m/min。RAP应干燥、级配稳定。
水泥
根据JTGF41—8《公路沥青路面再生技术规范》的要求,用于冷再生的水泥多等级可选用32.5或者42.5,初凝时间在3h以上,终凝时间宜在6h以上,不应使用快硬水泥、早强水泥。本项目采用华润P.C32.5和椰树P.C32.5水泥,其各项指标均能满足规范的要求。
碎石和石屑
石屑和碎石应干净、整洁、无杂物,其质量指标均应满足JTGF41-8《公路沥青路面技术规范》技术指标的要求。其中,应特别注重石屑砂当量指标,砂当量必须不小于60,否则会对泡沫沥青混凝土强度产生较大的影响。
水
冷再生用水宜采用人或畜生饮用水,如遇可疑水源时,应进行试验确定。
级配的选择
泡沫沥青混凝土的级配范围应满足规范或者设计文件要求,在级配选择上,应充分考虑强度要求和经济性。一般来讲,水泥剂量在2%以下,RAP用量在70%~80%,同时加入适量的20~30mm粗集料以提高强度,为了发挥泡沫沥青的粘结剂作用,0.mm通过率一般控制在4%~6%之间。基于上述设计原则,各标段确定的级配如下:①A1∶RAP∶粗集料∶细集料∶水泥=75∶8∶15∶2②A2∶RAP∶粗集料∶细集料∶水泥=75∶11∶12∶2③A3∶RAP∶粗集料∶细集料∶水泥=75∶10∶13∶2。
确定最大干密度和最佳含水量
按照现行《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTGE51—9)T的丙法,对合成矿料进行击实试验,确定混合料最大干密度和最佳含水率,设定水泥剂量为2%,泡沫沥青试验用量为3%。
确定最佳泡沫沥青用量及性能试验
以预估的沥青用量(2.4%)为中值,每隔0.3%形成5个泡沫沥青用量,在最佳含水量条件下制作马歇尔试件,之后对各组油石比试件分别进行15℃劈裂强度、浸水24h劈裂强度和马歇尔稳定度、浸水马歇尔试验,根据试验结果和工程经验最终确定三个标段的最佳泡沫沥青用量均为2.5%。在此沥青含量下进行各项性能试验。
施工工艺控制
根据泡沫沥青冷再生技术的生产工艺以及对泡沫沥青混凝土的要求,结合以往工程经验及海南省的区域气候,从混合料的拌制、运输、摊铺、碾压、养生等方面对泡沫沥青混凝土施工提出控制要点。
混合料拌制
本项目采用维特根KMA连续式拌和机拌和,控制系统按照生产配合比控制各种原材的使用量。由于海南地区温度高、蒸发快,现场加水量控制应比室内击实试验确定最佳含水量高1%左右,中午前后高温加水量可提高1.5%。拌和过程中,要经常观察混合料是否拌和均匀,一旦发现异常情况如沥青结团等现象应立即停止生产直至查明原因。每个台班结束后应对各个原材的使用量进行统计,如偏差过大,则需对设定值进行修正。
混合料运输
采用干净、有金属底板的自卸汽车运输,运力应稍有富裕,以达到施工过程中摊铺机前方应有运料车等候为准。为减少水分蒸发,混合料应采用苫布覆盖。
混合料摊铺
泡沫沥青混凝土的摊铺应采用自动找平的摊铺机进行摊铺,摊铺速度一般为1.5~2m/min,摊铺机应匀速行驶,不得随意停止或者调头。摊铺过程中应随时检测松铺厚度及摊铺质量,当发现混合料出现明显的离析、波浪、裂缝、拖痕时,应分析原因,予以消除。
混合料的碾压
混合料的碾压应尽量在最佳含水量的条件下进行,应遵循“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则进行碾压。初压时用1/3钢轮碾压在后一道再生层上,另2/3钢轮走在前一道再生层上,来回碾压一遍后用细料填补纵向接缝缺口处,且将明显突出部分的多余料铲除,再来回碾压一遍后往道路内侧方向碾压。本项目的碾压方式采用以下方式:
(1)初压:采用一台自重12t以上双钢轮振动压路机,静压一遍,高频低幅振压一遍,共2遍,碾压速度为1.5km/h。
(2)复压:采用两台自重20t以上单钢轮振动压路机,低频高幅各振压3遍,共6遍,碾压速度为2.0km/h。
(3)终压:采用两台自重26t以上轮胎压路机各压4遍,共8遍,碾压速度为2.0~2.5km/h。3.5养生
由于本项目无法完全封闭交通,故采用的养生方法为在封闭交通1d后便开放交通,但严格限制重型车通过,并限速30km/h。并在交通量大的地段喷洒慢裂乳化沥青。
结语
总体而言,泡沫沥青冷再生技术因其经济性好、环境污染少、施工时间短等特点,符合建设资源节约型、环境友好型社会的要求,在公路建设和养护中得到逐步推广应用。通过泡沫沥青冷再生技术在海南地区G98高速公路改建工程的应用,结合泡沫沥青在配合比设计及施工中的控制要点得到以下结论:
(1)泡沫沥青冷再生技术能大幅度的节约材料成本和运输成本,特别是在石料资源不充足的地区,其材料费和运输费可节约50%左右,工程总造价相比于传统施工方法能节约20%左右,有较好的经济性且能减少对环境的污染。
(2)泡沫沥青混凝土配合比设计不仅要满足性能指标的要求,还要兼顾经济性考虑。配合比级配设计水泥剂量一般控制在2%以下,并适当的增加粗集料的用量以形成骨架密实性结构,以增加泡沫沥青混凝土的性能指标。
(3)泡沫沥青混凝土在施工过程中,应注重各环节之间的衔接,从拌制、运输、摊铺、碾压、养生等各个方面加强管理,才能保证其施工质量。