2023-09-19
 
就地冷再生施工中泡沫沥青水稳基层混合料配比及性能分析
2023年09月19日   阅读量:415973

摘 要:

为对泡沫沥青就地冷再生水稳基层配比及性能进行研究,结合实例通过试验分析掺加新料、纯铣刨料两种泡沫沥青就地冷再生水稳基层配比设计及性能,比较不同养护方式、泡沫沥青掺加比例、水泥用量等因素对沥青混合料性能的影响。研究发现:适当掺加新料可以提高铣刨料级配,改善沥青混合料的综合力学特性,特别是水稳定性,通过冷冻-融化试验检测发现掺加新料后的沥青混合料强度提高了9.3%;在不同的养护方法下,沥青混合料的含水量不同;增加水泥用量可以提高沥青混合料的抗压强度、劈裂强度,水泥用量1.5%时,劈裂强度最大可达92.6%;泡沫沥青掺加比例接近2.5%时,沥青混合料的抗压强度、劈裂强度均达最大值,分别为1.77 MPa、0.7 MPa。


关键词: 水稳基层;泡沫沥青;配合比;抗压强度


0 引言


我国高速公路基层以水稳定基层为主,其基层厚度和体量比面层更大,而对于水稳型基层进行回收利用是处理废弃物料的有效方式,可降低公路施工费用沥青网sinoasphalt.com。水稳碎石基层泡沫沥青现场冷再生技术的基本原理是将已有的再生沥青混合料作为基础,将水、集料、泡沫沥青等以合理配比掺入基层再生料 (RAI) 中进行回收利用,并通过铣刨、拌和、铺筑等工序得到新的基层结构。本文通过试验对掺加新料、纯铣刨料两种泡沫沥青就地冷再生水稳基层配比设计的性能进行分析。


1 原材料


1.1 沥青


试验选用 70#沥青,通过发泡工艺得到泡沫沥青,其主要性能指标均满足试验要求。开展室内发泡试验,分析多种工况下的泡沫沥青半衰期、膨胀率,具体如表1所示。

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根据表1可知,泡沫沥青的膨胀率随发泡剂用量和温度的增加而增大,半衰期减小,最理想的发泡温度为156 ℃,发泡用水量1.9%。


1.2 铣刨料RAI


RAI 通过某条高速公路的水泥稳定基层铣刨获得,级配根据相关技术规范计算确定,根据RAI筛选数据可知,铣刨料的平均粒度较大,细粒度铣刨料占比低于标准规定的下限值,而粗粒度铣刨料占比则接近标准规定的上限值。因此,本文建议采用掺加适量粗、细骨料的方式改善铣刨料级配,以改善其综合性能。对RAI的各项性能指数根据再生技术标准进行试验,具体结果如表2所示。

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1.3 水泥


在再生沥青混合料中加入适当的水泥,可以提高其水稳定性和早期强度。试验选择了初凝时间 288 min和终凝时间457 min的普通硅酸盐水泥。


1.4 新掺集料


掺配适当用量的粗集料 (粒径 10~20 mm)、细集料 (粒径 0~5 mm),以优化级配,新集料筛分试验结果如表3所示,新集料各项性能参数均满足相关要求。

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2 配合比设计


2.1 级配设计


基于RAI筛分试验数据可知:19 mm筛孔通过比例为 91.6%,而 0.075 mm 筛孔通过比例仅为 2.5%,对于粗集料用量偏少的基层来说,其骨架未成型,细集料也无法充分填充。为了研究不同级配对再生沥青混合料理化性质的影响,本文选取 2 个级配,即掺加新料、纯铣刨料。


纯铣刨料级配下,不添加新料,其水泥掺加比例1.8%, RAI:水泥=98.2%:1.8%;掺加新料级配下,需添加适量新料,为提高 RAI 可再利用性,铣刨料掺加比例为 70%,水泥掺加比例为 1.8%;掺加新料级配为 RAI∶10~20 mm 集料∶0~5 mm 集料∶水泥=70%∶10%∶18.2%∶1.8%。


2.2 最佳含水率


水泥掺量拟采用1.7%,对2组级配分别进行击实试验。然后通过级配设计,最终确定水泥掺加量为1.8%。对2个级配进行击实试验,试验结果表明:掺加新料级配比纯铣刨料级配的最佳含水率更高,主要原因是掺加新料级配下需要掺加新集料,尤其是细集料。


在相关研究结果基础上,以击实实验中的最佳含水率60%~80%来确定其最优拌和用水量。经实验和计算可知,两种级配对应的最优拌和用水量分别为4.9%、4.5%。


2.3 最佳沥青用量


选用泡沫沥青的比例分别为 2.0%,2.5%,3.0%,3.5%,3.5%,将试件置于 60 ℃温度环境下保持 40 h,其干湿劈裂实验参考 《公路沥青路面再生技术规范》(JTG/T 5521—2019) 进行。分析实验结果,得出以下结论:①两组级配对应的再生沥青混合料的劈裂强度随发泡沥青掺入量的增加而呈现出先上升后降低的趋势,当发泡沥青掺加量为 2.5%~3.0% 时,混合料抗劈裂强度最高;②发泡沥青添加量从 2.5% 增加到 3.0%时,纯铣刨料的劈裂强度比均有轻微降低;③两种级配的发泡沥青用量以 2.5%~3.0% 为宜,掺加新料级配需要加入细集料,沥青用量增加;④拟合两种级配下的沥青混合料劈裂强度,其中纯铣刨料级配和掺加新料级配的水泥用量最佳值为2.7%、2.9%。


2.4 冻融劈裂性能


采用两种级配对再生混合料试块进行二次冻融劈裂实验,测试其力学特性。根据试验结果得到以下几点结论:


1) 两种级配再生混合料粉的冻融劈裂强度比及劈裂强度符合标准规定;纯铣刨料级配的再生混合料冻融劈裂强度比仅为75.5%;掺加新料级配的再生混合料力学特性更好,级配更合理,特别是细集料的充填使混合料更加致密,其抗冻融劈裂强度比为84.8%,相比纯铣刨料级配提高 9.3%,再生沥青混合料的水稳性更好。


2) 为了改善泡沫沥青再生混合料的整体性能,需掺加适量新集料,特别是在对混合料水稳定性要求较高的情况下。


 3  泡沫沥青就地冷再生施工技术要点


1) 施工前的准备工作:①沥青运输车辆到达现场后应及时进行温度测量,并与发泡温度进行比较分析,如偏低则不能正常使用,如高于20 ℃ (偏高) 需静置,待其温度下降到合理区间再投入使用;②在施工正式开始前,进行发泡测试,检查发泡的有效性;③基于实际情况合理调整发泡用水量、再生沥青用量。


2) 再生施工:①最佳的再生运转速率为 6 m/min;②施工前期应强化再生混合料的观测,确定有无湿度异常,如有,可视具体条件灵活调节再生用水量。


3) 初压:进行再生施工后,适时用压路机对再生混合料进行压实。


4) 整平:①静压结束后,进行整平,使用一台平地机去除再生施工过程中形成的车轮痕迹,确保再生混合料均匀分配;②平地机切削深度应适当变化,建议采用从深到浅的切削方式,每次整平次数应控制在2~3遍,直到平整度符合施工设计要求。


5) 复压和终压:①平整后,用喷头喷水,保持再生混合料的表层湿润,然后用振动压路机进行 2~3 遍复压;②复压后继续喷水,确保再生混合料表面湿润,用压路机进行 2~3 遍终压,使混合料的压实度、平整度达到相关标准要求,最终完成再生施工。


 4 性能影响因素分析


4.1 养生条件的影响


水稳基层的养护方法主要有两种:一是在温度60 ℃条件下养护 40 h;二是将试件包裹,在 40 ℃下养护 48 h。试验采用 2 种养护方法分别对试件进行 1、3、5、7 d养生后测定再生混合料的含水率、强度。


由检测结果得出:


①在两种养护方法中,试件的强度、含水率均随养护期的增加而增加;


②采用第一种养护方式时,在养护 3 d 后的试件强度达到较高水平,养护 7 d 后约为 96%,而含水率为 0.29%,在该状态下,试件水分的消耗量和强度增加幅度较大,养护3d 即可达到;采用第二种养护方法时,试件水分流失、强度增加速度缓慢,养护 7 d期间,保持稳定增长;


③含水率对再生混合料的强度影响很大。在第一种养护方法下,试件水分蒸腾损耗加快,并对水泥水化产生一定的抑制作用;在第二种养护方法下,试件水分流失缓慢,含水率高,强度增加平缓,成型更加充分。


4.2 水泥掺量的影响


水泥掺加比例对再生混合料的影响:①部分水泥利用填充剂与沥青结合;②部分水泥在拌和过程中与水进行水化反应。采用纯铣刨料级配成型的混合料为试件,以 0,1.0%,1.5%,2.0%,3.0% 水泥掺量进行对比试验,分析混合料力学特性。


由分析结果可知:


①混合料抗压强度、劈裂强度与水泥用量成正比,干/湿劈裂强度比值随水泥用量的增加而先升后降;


②当水泥用量从 0 增加到 1% 时,混合料的干劈裂强度增加41.5%,抗压强度、干/湿劈裂强度比分别增加 17%,100%;


③增加水泥用量对增强混合料的强度有促进作用,但用量高于 1.5%,会使混合料的干/湿劈裂强度比降低,水泥用量1.5%时,干/湿劈裂强度比达到最大值92.6%。


4.3 沥青用量的影响


采用 1.5%、2.5%、3.5% 的泡沫沥青掺配量进行试验,研究泡沫沥青的掺入量对沥青混合料力学特性的影响。试件采用纯铣刨料按级配制成的混合料,经过养护后的强度试验得到了试验结果。


根据试验结果进行分析:


①随着泡沫沥青掺加比例的提高,混合料的劈裂强度、抗压强度均先升后降;


②在泡沫沥青掺加比例从1.5%增加至2.5%时,混合料的劈裂强度、干/湿劈裂强度比、抗压强度都有所增加;


③泡沫沥青掺加比例为 2.5% 时,劈裂强度、抗压强度最高,干劈裂强度为 0.7 MPa、湿劈裂强度 0.64 MPa,干/湿劈裂强度比为91.6%,抗压强度为1.77 MPa;使用剂量持续增加,但强度降低;因此,选择适当的发泡沥青掺入量,使其强度和性质得到改善,但掺入量太大则会降低其强度和性质。


5 结论


综上所述,通过对两种级配设计的泡沫沥青就地冷再生水稳基层再生混合料性能进行试验分析,得出了以下结论:


1) 在本文所述两种级配条件下,混合料的最佳用水量为 4.4%、4.8%,最佳沥青用量为 2.7%、2.9%;在再生沥青混合料中,适当加入少量粗骨料和细骨料,能提高其承载能力、密实度、水稳性。


2) 在 40 ℃温度条件下,采用将试件包裹后养护48 h的养护方式能充分提高混合料的强度,但提高的速度较慢;而在60 ℃的高温下进行40 h养护,养护3 d即可达到较高强度,可缩短养护周期,从而提高施工效率。


3) 加大水泥掺加比例能明显改善再生混合料的劈裂性能和抗压性能,但掺加比例超出 1.5%后,干/湿劈裂强度比明显下降,掺加比例越大,混合料的刚度越大,开裂风险也越大。在实际施工中,应严格按标准规定的1.8%上限进行配比。


4) 掺加适量泡沫沥青可提高混合料的强度,用量不足时,其结合强度会降低,而用量过多则会降低混合料的强度和性能。


参考文献:

[1] 李秀君,胡畔,李有为,等. 泡沫沥青冷再生混合料铣刨料级配的研究[J]. 水资源与水工程学报,2015,26(2):200-203.

[2] 栾雨澄,曹春辉. 厂拌泡沫沥青冷再生配合比设计和施工工艺研究[J]. 交通世界,2022(16):10-12.

[3] 畅晓钰. 水泥稳定基层泡沫沥青就地冷再生配合比及性能研究[J]. 公路与汽运,2022(2):55-59.

[4] 崔金福. 泡沫沥青冷再生混合料配合比设计及工程应用[J]. 工程技术研究,2021,6(24):102-105.

[5] 王新生. 结合RAP性能的泡沫沥青冷再生混合料配合比设计及性能分析[J]. 河南科学,2021,39(2):243-249.

[6] 成志强. 泡沫沥青冷再生混合料配合比设计及工程应用[J]. 公路,2020,65(8):365-371.

[7] 董明渊,吕征,杨振武. 泡沫沥青就地冷再生技术在石家庄周边地区的研究[J]. 公路交通科技(应用技术版),2018,14(7):46-48.

[8] 王展飞,沈云美,沈仕权,等. 甬金高速公路泡沫沥青就地冷再生路面结构和混合料设计探讨[J]. 建设机械技术与管理,2013,26(7):95-98.

[9] 赵国民,瞿晟,盛炎民,等. 掺废旧沥青混合料的水泥稳定基层力学特性研究[J]. 新型建筑材料,2022,49(2):83-85,93.

[10] 林洁海 . 高性能泡沫沥青就地冷再生技术在路面修复工程中的应用[J]. 交通世界,2021(29):43-45.


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