瀝青路面全厚度冷再生快速修復(fù)技術(shù)研究.pdf

1、現(xiàn)場冷再生(ColdIn-PlaceRecycling,以下簡稱CIR)技術(shù)是繼廠拌熱再生,廠拌冷再生及現(xiàn)場熱再生技術(shù)之后的一種對破舊瀝青道路進(jìn)行再生修復(fù)和和重建的新方法。由于CIR技術(shù)能夠最大限度的利用原有廢舊材料,并且相對于傳統(tǒng)道路修復(fù)技術(shù)而言,具有低能耗、低污染、高效率等優(yōu)點,已經(jīng)成為道路再生修復(fù)領(lǐng)域中不可或缺的一種方法,也成為未來道路修復(fù)領(lǐng)域中的主要發(fā)展方向之一。
　　 本論文依托國家“863‘(2009AA11Z106

2、)’課題‘瀝青路面全厚度再生快速修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)和裝備’”,以國外多年來研究瀝青路面全厚度冷再生的理論和經(jīng)驗為指導(dǎo),針對CIR系統(tǒng)中回收瀝青路面材料(ReclaimedAsphaltPavementMaterials,簡稱RAP)的配比(廢舊瀝青料A與穩(wěn)定土S的比例A／S)與膠凝材料種類之間的相互影響進(jìn)行了系統(tǒng)研究；通過擬定不同膠凝材料體系(水泥基、乳化瀝青、泡沫瀝青、復(fù)合膠凝材料體系)和RAP組分,確定了不同膠凝材料體系中各組分的最優(yōu)配比

3、及工藝條件,根據(jù)此構(gòu)建了數(shù)學(xué)模型,建立材料的本構(gòu)關(guān)系,借助數(shù)學(xué)理論對材料性能進(jìn)行闡述；同時探討了瀝青發(fā)泡的機(jī)理及影響因素,獨立研發(fā)了實驗室用瀝青發(fā)泡設(shè)備,為研究和利用泡沫瀝青提供了重要的條件；另外編寫了CIR系統(tǒng)實時監(jiān)控軟件,以便與實際工程中瀝青道路冷再生機(jī)組控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)對接和機(jī)組工況的實時監(jiān)控,為CIR系統(tǒng)的更好操作和工藝的提高奠定了重要基礎(chǔ)。主要研究成果如下:
　　 1.研究了現(xiàn)場冷再生(CIR)技術(shù)的特點,確定了擬定的

4、幾種膠凝材料體系的最佳工藝方案:
　　 (1)模擬現(xiàn)場路面材料再生條件,選定代表性路面材料,利用水泥漿體霧化噴灑攪拌的方法,克服了傳統(tǒng)方法中膠凝材料與混合料混合不充分的缺點,使實驗數(shù)據(jù)最大程度接近現(xiàn)場實際應(yīng)用。
　　 (2)突破瀝青道路冷再生的傳統(tǒng)方法,將冷再生過程中銑刨料組分按照銑刨深度進(jìn)行組分設(shè)計,考慮組分變化對再生道路混合料性能的影響。
　　 (3)確定了單一水泥基體系固化PAP配比:A／S=1／5～5／5

5、,水泥摻量0～8％,摻水6～12％；研究中Cl組分PAP的強度最高,干燥狀態(tài)下無側(cè)限抗壓強度達(dá)到2.27MPa,且水穩(wěn)定性較好,浸水抗壓強度達(dá)到2.02MPa,再生混合料達(dá)到中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTGF41-2008中無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定冷再生混合料技術(shù)要求。
　　 (4)粉煤灰-水泥(F—C)復(fù)合膠凝材料體系中,相對于水泥基膠凝材料體系,兩類穩(wěn)定土冷再生混合料的強度及水穩(wěn)性均有所降低。當(dāng)組分為FCl時,冷再生穩(wěn)定混合料能夠達(dá)到行業(yè)

6、標(biāo)準(zhǔn)對二級及二級以下公路底基層強度要求,同時能夠減少水泥用量,節(jié)約成本。
　　 (5)堿激發(fā)粉煤灰-水泥(HF—C)復(fù)合膠凝材料體系:A／S為1／3～3／3,水泥摻量為0～8％,粉煤灰摻量0～6％,堿含量為0～12％,配比為HFCl和HFC2兩種配比時,1＃和2#兩類穩(wěn)定土達(dá)到最優(yōu)性能,達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)對無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定冷再生混合料技術(shù)要求。
　　 (6)鹽類-水泥泥早強復(fù)合膠凝材料體系中,A／S為2／5～5／5,水泥摻量0～6％

7、,鹽類摻量0～0.2％,加水量0～10％,在組分達(dá)到Y(jié)Cl配比時,再生混合料達(dá)到行業(yè)要求,且加入鹽類物質(zhì)后再生混合料5d強度相對于不加鹽類物質(zhì)的混合料強度提高60％以上,與傳統(tǒng)冷再生工藝相比,實現(xiàn)交通開放時間縮短28％以上。
　　 (7)水泥泡沫瀝青體系不同混合料的組分、泡沫瀝青量、水泥摻量以及發(fā)泡用水量之間的相互關(guān)系。
　　 2.研究了泡沫瀝青主要性能指標(biāo)及作為膠凝材料在CIR系統(tǒng)中對RAP的膠結(jié)性能
　　 (

8、1)以國內(nèi)外對瀝青發(fā)泡的機(jī)理研究為理論指導(dǎo),自主研發(fā)了實驗室用瀝青發(fā)泡設(shè)備,確定了其工作狀態(tài)下空氣壓力、溫度、瀝青泵轉(zhuǎn)速、發(fā)泡用水量等工作參數(shù)；控制泡沫瀝青膨脹比大于10,半衰期大于8s。通過自主研發(fā),使實驗室用瀝青發(fā)泡設(shè)備相比國外同類產(chǎn)品價格降低50％以上,有利于推廣國內(nèi)對泡沫瀝青的研究,突破國外高價技術(shù)壟斷的局面；
　　 (2)研究了溫度、氣壓和發(fā)泡用水三個參數(shù)對瀝青發(fā)泡效果的影響:理論上講,溫度、氣壓和發(fā)泡用水量是影響發(fā)泡

9、效果的三個主要因素,但在實際操作中主要通過調(diào)整溫度和用水量來調(diào)整發(fā)泡效果；在正常發(fā)泡范圍內(nèi),最大膨脹比隨發(fā)泡用水量量的增加而增大,半衰期與之相反；
　　 (3)分析泡沫瀝青固化再生混合料的機(jī)理,研究水泥-泡沫瀝青復(fù)合膠凝材料體系對RAP的固化效果,提高混合料的性能。兩種類型穩(wěn)定土混合料在FACl組分時,綜合性能達(dá)到最優(yōu),水泥-泡沫瀝青作為穩(wěn)定劑時,再生混合料強度相比單一泡沫瀝青膠凝材料體系再生混合料的強度和穩(wěn)定性提高27％以上。

10、
　　 3.構(gòu)建材料的本構(gòu)關(guān)系,利用數(shù)學(xué)模型來闡釋材料的某些特性
　　 (1)應(yīng)用數(shù)學(xué)理論研究水泥穩(wěn)定土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系,分析材料在受力狀態(tài)下的變形特性。穩(wěn)定土中隨著水泥摻量不斷提高,混合料有向脆性材料發(fā)展的趨勢,這也是研究膠凝材料穩(wěn)定冷再生混合料過程中需要考慮膠凝材料用量的問題所在。
　　 (2)結(jié)合課題研究內(nèi)容,利用數(shù)學(xué)方程的設(shè)計和變形對瀝青路面全厚度冷再生過程進(jìn)行描述。當(dāng)一段需要維修的道路深度一定,即h是常