旧沥青路面材料利用方式研究

路桥工程囊旧沥青路面材料利用方式研究◇(陕西省交通建设集团公司)李婷婷／【摘要】利用水泥石灰处治废旧沥青路面材料属于沥青路面冷再生的范畴，，其再生机理是将加，工破碎的废料(包括废旧的沥青混合料和部分灰土基层)重新利用经过水泥石灰进一步的稳定强化作用，形成与水泥石灰稳定级配粒料类似的基层和底基层结构层i本文依托铜川市耀旬路作为研究实践基础加上大量的室内试验研究，。得到了大量1日沥青冷再生技术的相关数据，对于资金有限的地区利用1日沥青路面改造工程具有很好的参考价值i【关键词1水泥石灰稳定粒料冷再生主要研究沥青路面冷再生形成底基层技术，即对已经老，1序言近年来，化或损坏的沥青混凝土面层及部分基层材料灰冷再生处理后作为新道路结构的底基层随着国家对公路建设投入的增加，。经水泥石使得我国一批早期修建的超过了设计使用年限的地方道路进人、2冷再生混合料的反应机理分析．了养护和改扩建的高峰期。在路面的养护和改。、扩建2。过程中产生了大量的废旧沥青混合料111．冷再生旧料的材料性能分析旧路面沥青性质废旧沥青混合料是目前，一种可以再生利用的材料资源，2．公路建设受市场经济制约的特点越来越突出，对沥青路面经过交通荷载和各种自然因素的长期作用逐渐脆硬老化疲劳开裂，公路建设投资效益的要求也越来越高金能够发挥最大的效能，为了使有限的资直至最后破坏，其中沥青的耐。新技术、新材料和新工艺逐渐，久性是影响沥青路面使用质量和寿命的主要因素沥青受到建设单位和工程技术人员的重视用于公路工程建设中。也越来越多地应的老化使沥青混合料的物理力学性能随着时间的推移而逐年降低，沥青路面再生技术是近期应用较一直至满足不了交通荷载的要求，。多并逐渐被人们所关注的项新技术。通过化学分析旧沥青结合料表明沥青材料经过长，沥青路面冷再生技术是指将旧沥青路面材料(包括期自然因素作用后沥青质增多，，其中轻质油分减少而相对胶质及、沥青面层材料和部分基层材料)，经铣刨加工后进行重复，路用技术指标表现为：针入度下降，软化利用石灰，并根据再生后结构层的结构特征，适当加人部分、点上升和延度减少增强，与沥青初始性质相比，其脆性明显变得过分刚新骨料或细集料、按比例加入一定量的外掺剂(如水泥，这就是沥青路面变形能力逐渐降低。，粉煤灰、泡沫沥青或乳化沥青)和适量的水、在、硬的原因2．自然环境下连续完成材料的铣刨破碎一、添加、拌和。12．旧矿质集料性质、摊铺及压实成型，重新形成结构层的种工艺方法这沥青路面在车辆荷载的冲击震动和挤压作用下，，种施工技术有效缓解了公路投资压力筑路材料对环境造成的破坏自然景观的破坏保型新技术、、、克服了采集新的矿质颗粒接触点处产生的挤压应力和剪切应力以超过砾石材料的极限强度，有时可；，减少废弃材料对公路沿线、而使矿质颗粒发生破碎还有简化施工工序，节约工期等优点一，同时，矿质颗粒之间的摩擦也会引起颗粒表面的磨损。其经济效益和社会效益相当明显。是项利国利民的环使沥青混合料中的粉料增加2．13．旧灰土性质，本文以陕西省铜川市交通局设立的《三、四级公路，由于我国面临的冷再生旧路面70大多是，20世纪60～旧沥青路面面层材料利用方法研究》研究课题为依托年代修建的以灰土为半刚性基层面层在lOcm以下󰀀61󰀀维普资讯 http://www.cqvip.com

豳　水利水电施工　２００８・第２期　总第１０７期　的冷再生对象，冷再生材料是由旧沥青面层及破碎的灰　土构成，因此灰土的性质也影响着冷再生混合料的性能。　研究结果发现，旧的灰土在长期交通荷载的作用下形成　了大量的胶结块，并且具有一定的强度。　２．２水泥石灰综合稳定冷再生旧料的反应机理　为了保证结构强度的重新形成，在旧沥青混合料　和破碎的灰土中加入一定剂量的水泥石灰作为稳定材　料，经过拌和、摊铺、碾压成型和养生后，形成与水泥　石灰综合稳定土等半刚性基层相类似的基层或底基层　结构。　和一般水泥石灰稳定类材料相同，在水泥石灰稳定　冷再生旧料时也会产生一系列非常复杂的作用过程，主　要包括：　（１）物理过程；旧沥青混合料和灰土的机械破碎、拌　和、混合料的压实密实过程。　（２）化学过程：水泥石灰的水化和水解作用，有机物　质的聚合作用，以及与许多化学成分复杂的新生成物有　关的其他化学过程。　（３）物理一化学过程：旧料中的微小颗粒与化学产物　中个别组分的交换吸附作用，颗粒的凝聚作用以及随后　多种结构的生成和长期的强度形成过程。　在水泥石灰综合稳定废旧沥青混合料中，旧沥青结　合料已经受过氧化作用，性能趋于稳定，再生利用后不　会迅速变质；水泥水化时，水泥与旧沥青层除物理吸附　和化学吸附外，还可能发生化学反应，而石灰水化时，　也与旧沥青层发生物理反应、化学反应及物理化学反应，　并且火山灰反应后会产生与石灰水化相同的产物。用水　泥石灰综合稳定冷再生旧料，主要是利用水泥石灰水化　产物和其他可能的水泥石灰沥青生成物形成的凝结力、　旧沥青结合料的黏聚力组成复合力，使再生材料能够满　足路用性能的要求。　３工程概述　耀旬路处于西北黄土高原丘陵沟壑区，原路线大部　分为山岭重丘区三级公路。原路面结构基层是灰土碎石　１０￣２０ｃｍ，面层是３ｃｍ的沥青表处。经过十几年的使用，　路面出现了翻浆、龟裂、车辙、沉陷等严重病害，路面　实测弯沉代表值为１９７．９。各种数据表明该公路已不能满　足行车要求应需进行改建。　４水泥石灰冷再生混合料基本路用性能的　试验研究　为了充分利用原路面旧沥青混凝土，减少将其运输　和装卸的费用以及对环境的污染，将其打碎后加入部分　添加剂，使其具备一定的强度，可用此冷再生混合料作　为底基层。　・６２・　４．１原材料性质分析　（１）石灰：采用铜川市黄堡一带石灰厂石灰，按ＪＴＪ　Ｏ５７—９４标准方法进行试验，试验结果表明其为钙质消石　灰一级。　（２）铣刨后的沥青混合料：本试验采用的混合型集　料是耀旬路改建工程试验段经铣刨后破碎的旧沥青混凝　土路面材料，沥青已经不明显存在，形成含有不同粒径　的外包沥青骨料。现对旧沥青混合料进行沥青含量及相　关的抽提试验，得到沥青含量为５．９０１％，油石比　６．２８　，软化点是５５℃，针人度为５８．７（２５℃、１００ｇ、　５ｓ）延度为１２．９（１５℃）、３４．５（２５℃）。　由以上试验结果可以看到旧沥青混合料的针人度减　少，软化点升高，延度降低，而砂石集料由于长期荷载　作用细集料含量偏大外，没有其他变化。　（３）破碎后的灰土。　破碎后的灰土呈松散状，作为结构层的整体强度丧　失。其中的碎石强度仍能满足要求。　（４）水泥：本试验采用陕西耀县长城水泥厂耀州牌　Ｐ．０３２．５号水泥，按ＧＢ　１７５—１９９９标准试验方法进行复　检，结果符合三天强度标准。　（５）水：凡人畜饮用水均可以用于冷再生底基层的　施工。　４．２无侧限抗压强度试验　（１）按ＪＴＪ　Ｏ５７—９４重型击实试验方法重型Ⅱ．２法进　行试验，见表１。　表１　各组配合比最大干密度和最佳含水量　最大干　最佳含　项　目　配合比　密度　水量　（ｇ／ｃｍａ）　（％）　石灰稳　石灰　旧沥青混合料：　６：３０；６４　１．９Ｏ　１２．２　定混合料　旧灰土混合料　１０：３０；６０　１．９１　１１．１　灰稳定混　水泥石　石灰；水泥：旧沥青　２：３：３０：６５　１．９７　８．２　合料　混合料；旧灰土混合料　２：５：３０：６５　１．９８　１１．９　水泥稳　旧灰土混合料　水泥：旧沥青混合料：　３：３０：６７　１．９６　７．１　定混合料　水泥：旧灰土混合料　３；９７　２．Ｏ５　７．２　（２）按ＪｒｒＪ　Ｏ５７—９４标准试验方法制作试件，见表２。　表２　无侧限抗压强度结果　项　目　配合比　平均强度　备　注　（Ｍ　ａ）　石灰稳　６；３０：６４　Ｒ＝０．５４　Ｓ—Ｏ．０７６　Ｃ　＝１４．１％　定混合料　１０：３０：６０　Ｒ＝０．７２　Ｓ＝０．０８５　Ｃ　＝１２．９　水泥石　２：３；３０：６５　Ｒ一１．４４　Ｓ＝０．１７８　Ｇ一１２．４％　灰稳定混　合料　２；５：３０：６５　Ｒ＝１．９０　Ｓ＝０．１９９　Ｃｖ—１０．５　水泥稳　３：３０：６７　Ｒ＝１．Ｏ６　Ｓ＝０．１４０　Ｃ　＝１３．２％　定混合料　３：９７　Ｒ＝２．１４　Ｓ＝０．１９６　Ｇ＝９．２％　维普资讯 http://www.cqvip.com

４．３设计强度　石灰稳定混合料、水泥石灰稳定混合料７天无侧限　抗压强度≥Ｏ．６ＭＰａ；水泥稳定混合料设计７天无侧限抗　压强度≥１．５ＭＰａ。　４．４配合比确定　依据《公路工程质量检验评定标准》附录Ｇ规定，　平均无侧限抗压强度尺≥Ｒｄ／（１一　Ｃｖ）时，该组无侧限　抗压强度评定为合格，评定结果见表３。　表３　无侧限抗压强度评定结果　评定结果　项　目　配合比　备　注　Ｒ≥Ｒｄ／（１一ＺｎＣｖ）　石灰稳定　６：３０：６４　Ｒ＝＝混合料　Ｏ．５４％０．７４　此组强度评　定不合格　石灰稳定　１０：３０：６０　Ｒ此组强度评　一０．７２—０．７２　混合料　定合格　水泥石灰　２：３：３０：６５　Ｒ稳定混合料　一１．４４￣＞０．７２　此组强度评　定合格　水泥石灰　２：５：３０：６５　Ｒ稳定混合料　—１．９０￣＞０．７０　此组强度评　定合格　水泥稳定　３：３０：６７　Ｒ混合料　一１．０６％１．８０　此组强度评　定不合格　水泥稳定　３：９７　Ｒ一２．１４＞１．７０　此组强度评　混合料　定合格　由以上结果可以看出，对于石灰稳定类即第一种配　合比，因无侧限强度较低，基本上不符合设计要求，因　此应舍弃；对于水泥石灰稳定类，即第二中配合比，由　于两种都能满足要求，并且强度都比较高，则从材料造　价方面考虑，应采用配合比为２：３：３０：６５，这样白灰　可以少用２个百分点，因此，此组采用前一种配合比；　对于水泥稳定类，即第三种配合比，由于有一组强度达　不到，因此采用配合比为３：９７。　对于配合比分别为２：３：３０：６５和配合比为３：９７　的这两种混合料，均能在强度上满足要求，但从材料造　价方面考虑，当地的水泥、石灰的价格分别为３００元／ｔ、　１ｌＯ元／ｔ。对于水泥石灰稳定类，ｌｍａ混合料所需的水泥　为１．９７×１０００）＜２　一３９．４ｋ４ｇ，白灰为１．９７×１０００×３　一　５９．１ｋｇ，需要的资金为（３９．４×３００＋５９．１×１１０）÷　１０００：１８．３２１元；对于水泥稳定类，ｌｍ。混合料所需的　水泥为２．Ｏ５×１０００×３　一６１．５ｋｇ，需要资金为６１．５×　３（）（）÷１０００—１８．４５０元。由此可见，每立方米３　水泥稳　定混合料的材料费用为１８．４５元，每立方米水泥石灰综　合稳定混合料的材料费用为１８．３２元；３　水泥稳定混合　料的强度Ｒ一２．１４，而水泥石灰综合稳定混合料的强度　尺一１．４４。虽然水泥稳定料的强度要比水泥石灰的要大很　多，但考虑到其初期强度过高会使半刚性基层的干缩和　收缩裂缝过早出现，使其整体强度受损，养护费用增加。　而石灰在后期有很高的强度，因此采用水泥石灰综合稳　Ｉ￣Ｎ－ｒＮ　定混合料。　对于水泥石灰稳定类，即满足了强度要求，又节省了　部分材料费，并且对于水泥石灰稳定类来说，水泥在底基　层成型前期有较高的强度，而石灰在后期强度中将会起　到更大的作用。因此，采用水泥石灰稳定混合料，即配　合比为石灰：水泥：旧沥青混合料：旧灰土混合料一　２：３：３０：６５　５冷再生技术初步经济和社会效益分析　沥青混凝土旧路现场冷再生技术具有简化施工工序、　节约原材料、节约工期、保护环境等优点，带来了不可　估量的经济效益和社会效益。　５．１　经济效益　沥青混凝土旧路现场冷再生底基层成本费主要为机　械费用和添加剂费用，人工费与其他底基层的施工基本　相同。　现场冷再生工艺与其他半刚性底基层材料相比，节　省了以下费用：　（１）旧路面沥青混合料外运费用及征地堆放费用。　（２）底基层的原材料的部分费用。　５．１．１造价　使用旧沥青混合料冷再生完成的耀旬路底基层工程　每公里结算工程费用总支出为５．１９万元。如果用传统底　基层石灰稳定土制作方法施工，需将挖除的旧沥青路面　油石运往远离施工工地的指定区域，重新制作新的底基　层，这样施工完成的耀旬路底基层工程每公里总投资测　算需７．６１万元。相比较，使用旧沥青混合料冷再生施工　比传统施工方法每公里降低了工程投资２．４２万元。　５　１．２工程质量　使用冷再生技术完成的耀旬路底基层工程，由于旧　路面层掺入了合理数量的水泥、石灰后，使新路的底基　层提高了压实度和强度。经现场检测，新路基压实度达　９７　以上，强度达２．１０ＭＰａ。如果用传统石灰稳定土做　底基层的方法，底基层最大强度只能达到０．６ＭＰａ。相比　较使用冷再生技术能增加底基层强度，提高工程质量，　延长公路寿命。　５．２社会效益　耀旬路改建工程由于充分利用了旧路沥青混合料，　解决了废旧沥青对环境的污染，减少了开山采石对环境　的破坏，并且没有任何废弃物，完全符合可持续发展的　原则，即充分发挥了其本身资源又没有破坏自然资源。　这也是我们国家现在开发西部时应注意的问题：西部大　开发必须把生态环境保护和建设放在首位。因此其社会　效益无法估量。　采用的冷再生底基层技术，及时地改善了公路状况，　（下转第６７页）　・６３・　提高了运输能力，缓解了交通运输的紧张状况。而且养　维普资讯 http://www.cqvip.com

试验研究　表１３　设计强度　级配　等级　ｃ４０ＨＦＦ１００　Ｗ８　筱溪水电站ＨＦ混凝土优化施工配合比　要求陷度／　水灰比　粉煤灰　扩散度（Ⅱ１ｒｎ）　１２Ｏ～１４０／　３５Ｏ～５００　砂率　（　）　减水剂　引气剂　ＨＦ　水　单位（ｋｇ／ｍ３）　水泥　粉煤灰　砂　小石　中石　（　）　Ｏ．（　）　（１／１００００）　（　）　３５　１５　３５　Ｏ．７　０．４　１．０　１２５　３０４　５４　６７７　５０３　７５４　配合比计算采用绝对体积法。　混凝土含气量控制在１．５　～２．５　，引气剂掺量根据实测含气量适时进行调整。　引起的混凝土裂缝，得到了施工单位、业主及监理的一　５施工及质量控制　ＨＦ外加剂以干粉状与水泥或粉煤灰一起加入搅拌机　中或直接投入搅拌机的干料中，但应避免直接加入无料　致肯定。　６经济效益　设计的ＨＦ抗冲耐磨混凝土配合比，由于ＨＦ掺量交　常规掺量大幅度下降，使得混凝土单位成本降低，设计　优化的ＨＦ抗冲耐磨混凝土配合比较投标书中配合比及　初设配合比相比较，每立方米混凝土单位成本节约６２．３１　或仅有拌和用水的搅拌机中。进料按粗细骨料一水泥一　粉煤灰（ＨＦ外加剂）顺序投料，拌匀后加水搅拌。拌和　时间比普通混凝土延长９０ｓ或总拌和时间不得少于１８０ｓ。　混凝土入仓浇筑待混凝土终凝后用湿麻袋覆盖于混凝土　表面，并及时加以洒水养护。　根据室内试验成果获得混凝土施工配合比，经现场　元。据已浇筑完成的ＨＦ抗冲耐磨混凝土方量１３０００ｍ３，　可增收节支约８１万元，带来了一定的经济效益。　生产、浇筑验证，所使用配合比混凝土和易性良好，拆　模后混凝土外观光洁、密实，光面后混凝土表面光滑平　整，能在满足设计要求的前提下较好地满足施工性能的　７结束语　筱溪水电站溢流面ＨＦ混凝土浇筑完后混凝土表面　光滑平整，在浇筑块尺寸大且无温控措施的情况下无裂　缝产生，表明ＨＦ混凝土具有良好的施工性能和抗裂性　要求。特别是在其他工地出现的因ＨＦ混凝土流动度过　大、黏聚性大而引起的难以御车问题造成对混凝土施工　的影响，在此得到了完好的解决，为施工带来了较大的　便利。自ＨＦ混凝土配合比开始应用至今，筱溪水利水　能。但由于实验室试验设备有限，对于ＨＦ混凝土其他　的性能试验未能做全，有待于进一步的研究。但ＨＦ的　配合比设计在筱溪水利水电枢纽土建工程上的应用非常　成功，为其他类似工程提供了借鉴。　电枢纽土建工程共浇筑ＨＦ混凝土共计１３０００ｍ３，拌和楼　出机口取样Ｃ４ＯＨＦ混凝土（２８ｄ）平均强度为４５．９ＭＰａ。　抗渗等级均大于Ｗ８，最大渗透系数为６．６４×１０＿。，抗冻　等级均大于Ｆ１００。到目前为止未出现一处因混凝土质量　（上接第６３页）　生期较短，行车不受任何影响，表层不会像石灰稳定土　底基层那样导致晴天过车发生扬尘现象，阻断交通时间　必须把生态环境保护和建设放在西部大开发的首位。因　而将旧沥青进行改造再生，即避免了环境被废旧沥青的　污染，又省去了新的粒料矿石的开采，符合可持续发展　的要求。耀旬三级公路，原沥青混凝土基本上只有３ｃｍ　并且老化程度很深，再加上由于资金的问题，用热再生　大大缩短，车辆不必绕行，社会舆论减少，同样其社会　效益不可估量。　６结束语　西部地区目前面临着经济发展严重滞后和生态环境　严重恶化的双重难题。因此，在西部大开发中，经济建　一的方法不合时宜。因此将原路面的旧面层、基层用路用　拌和机，按照一定的设计厚度进行破碎处理，同时加入　定规格和数量的石灰、水泥按一定的配合比拌和，之　后进行整形，碾压，使其达到底基层的技术要求进行冷　再生。此方法适应当地的实际情况，而且减少了将旧沥　设和生态环境保护两方面都很重要，必须兼顾。但从西　部地区特殊的地理条件、气候条件生态环境现状上看，　从发挥地区比较优势和经济的区域分工合理化原则上考　青混凝土混合料装载、堆卸的费用，有显著的社会经济　效益，并且防止了废旧沥青混合料对环境的污染和破坏　虑，从维持和改善民族生存发展环境的高度和大局着眼，　从国家经济社会发展的全局性、长远性和可持续性出发，　作用，这一点对保护环境进行可持续性发展来说显得尤　为重要。　・６７・