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(chǎng)冷再生(ColdIn-PlaceRecycling,以下簡(jiǎn)稱CIR)技術(shù)是繼廠拌熱再生,廠拌冷再生及現(xiàn)場(chǎng)熱再生技術(shù)之后的一種對(duì)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(duì)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(diǎn),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(lái)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(guó)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(guó)外多年來(lái)研究瀝青路面全厚度冷再生的理論和經(jīng)驗(yàn)為指導(dǎo),針對(duì)CIR系統(tǒng)中回收瀝青路面材料(ReclaimedAsphaltPavementMaterials,簡(jiǎn)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(guò)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(duì)材料性能進(jìn)行闡述；同時(shí)探討了瀝青發(fā)泡的機(jī)理及影響因素,獨(dú)立研發(fā)了實(shí)驗(yàn)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(xiě)了CIR系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件,以便與實(shí)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(duì)接和機(jī)組工況的實(shí)時(shí)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(chǎng)冷再生(CIR)技術(shù)的特點(diǎn),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(chǎng)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(diǎn),使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)最大程度接近現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(guò)程中銑刨料組分按照銑刨深度進(jìn)行組分設(shè)計(jì),考慮組分變化對(duì)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(qiáng)度最高,干燥狀態(tài)下無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到2.27MPa,且水穩(wěn)定性較好,浸水抗壓強(qiáng)度達(dá)到2.02MPa,再生混合料達(dá)到中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTGF41-2008中無(wú)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(duì)于水泥基膠凝材料體系,兩類穩(wěn)定土冷再生混合料的強(qiáng)度及水穩(wěn)性均有所降低。當(dāng)組分為FCl時(shí),冷再生穩(wěn)定混合料能夠達(dá)到行業(yè)

6、標(biāo)準(zhǔn)對(duì)二級(jí)及二級(jí)以下公路底基層強(qiáng)度要求,同時(shí)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(shí),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(duì)無(wú)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(qiáng)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(shí),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(qiáng)度相對(duì)于不加鹽類物質(zhì)的混合料強(qiáng)度提高60％以上,與傳統(tǒng)冷再生工藝相比,實(shí)現(xiàn)交通開(kāi)放時(shí)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(duì)RAP的膠結(jié)性能
　　 (

8、1)以國(guó)內(nèi)外對(duì)瀝青發(fā)泡的機(jī)理研究為理論指導(dǎo),自主研發(fā)了實(shí)驗(yàn)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(guò)自主研發(fā),使實(shí)驗(yàn)室用瀝青發(fā)泡設(shè)備相比國(guó)外同類產(chǎn)品價(jià)格降低50％以上,有利于推廣國(guó)內(nèi)對(duì)泡沫瀝青的研究,突破國(guó)外高價(jià)技術(shù)壟斷的局面；
　　 (2)研究了溫度、氣壓和發(fā)泡用水三個(gè)參數(shù)對(duì)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(gè)主要因素,但在實(shí)際操作中主要通過(guò)調(diào)整溫度和用水量來(lái)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(duì)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(shí),綜合性能達(dá)到最優(yōu),水泥-泡沫瀝青作為穩(wěn)定劑時(shí),再生混合料強(qiáng)度相比單一泡沫瀝青膠凝材料體系再生混合料的強(qiáng)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(lái)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(shì),這也是研究膠凝材料穩(wěn)定冷再生混合料過(guò)程中需要考慮膠凝材料用量的問(wèn)題所在。
　　 (2)結(jié)合課題研究?jī)?nèi)容,利用數(shù)學(xué)方程的設(shè)計(jì)和變形對(duì)瀝青路面全厚度冷再生過(guò)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