冷再生技术在旧沥青混凝土路面中的分析
摘要:本文介绍了旧沥青混凝土路面冷再生技术的原理。并分析了我国道路混凝土路面现场冷再生技术,其技术可节省投资，获得直接的经济效益，并可保证生态环境获得社会效益，是一项利国利民的环保型技术。
关键词:混凝土；节省投资；冷再生技术
近年来，我国的公路运输逐渐呈现出大流量、重荷载的局面,这使得高等级公路的大面积维修和一般公路的升级改造成为今后公路建设的重要任务。
1原理
道路冷再生工艺属于道路翻修的范畴，它是80年代后期在冷铣削工艺的基础上迅速发展起来的一种新技术。这种技术包括了四个主要工序：首先是准备旧路面的再生材料包括破碎和翻松旧路；其次是加入添加剂和水并加以拌合；第三是成型和压实；最后是在再生的路面上加铺磨耗层。为了增强补强作用还可以加铺粘结层和结构层。再生层在采用振动压路机压实前，先用平地机整型，最后再用轮胎压路机完成最终压实，从而获得良好的表面特性。
现场冷再生是利用专用再生机械对旧沥青混凝土路面在一定深度范围内进行现场铣刨、破碎、加入新料(水泥、乳化沥青、再生剂等)拌和、摊铺等工序,随后进行找平和碾压,最终形成一种特殊级配的道路基层(或底基层)。
2施工方案
就我国道路结构来讲,以水泥作为添加料对沥青混凝土路面进行就地冷再生是最常用的一种方案。水泥的通常用量按重量计在3%～5%之间比较合适。具体数据需要通过试验确定。为了获得良好的压实效果,同时还要加入适量的水。
水泥的加入方法有两种。一种是利用人工或专用机械将水泥预先撒布在需要再生的路面上。另一种方法是采用水泥稀浆搅拌输送车,将需要添加的水泥和水搅拌成水泥稀浆,再通过再生机上的控制系统将其输送到再生机的拌和仓中。上述两种加入方法各有利弊。预撒水泥法工艺简单,水泥和水的用量容易控制。缺点是在施工过程中容易产生灰尘。
采用水泥稀浆搅拌输送车,避免了灰尘的产生,但是由于在施工中,再生机要分几个工作行程才能完成一个作业段内整幅路面的铣刨,而再生层的最终碾压要等到整个作业段全部施工工序完成之后才能进行,这就造成先铣刨的路面和后铣刨的路面到最终碾压时所等待的时间间隔相差很多。在较热或较干燥的气候里,随着时间的拖延,先铣刨的路面水分蒸发得较多,而后铣刨的路面水分蒸发得较少。如果预先加入的水量相同,则在最终碾压时,道路各个部位的含水量就不同。因此这种方法不容易控制含水量。预撒水泥法是灰水分开,所以在调整加水量时不会影响水泥的用量。本次施工采用预撒水泥法。
3施工实践
某公路原路面结构层为8cm的沥青混凝土面层和2层16cm二灰碎石结构。冷再生处理后作为新路面基层结构中的底基层使用。
3.1室内试验
到施工现场取不同路段第一次拌和后的混合料回试验室,进行筛分试验分析,发现存在碎石含量差异较大的现象。在施工中要对每一段都进行水泥剂量标准试验显然是不现实的,为此我们将从现场各处取回的混合料均匀拌和,筛分得到4.75mm以上碎石含量为47%,并利用此混合料,进行不同水泥含量下的击实试验,以得到不同水泥含量下混合料的最佳含水量和最大干密度,然后进行无侧限抗压强度试验。试验数据见表1。
表1不同含量添加剂击实试验结果
设计要求冷再生处理层的7d无侧限抗压强度达到1.5MPa。根据对以往国内外冷再生材料运用的实例分析研究,并充分考虑多种因素的不利影响,试验室确定水泥用量为外掺5.0%。由于现场施工过程中,从外掺水泥后进行二次拌和开始到碾压成型需要一个时间过程,为了控制这个时间,试验室又进行了时间延迟的试验,对水泥外掺5.0%的混合料分别做了延迟2h、4h、6h的击实试验和无侧限抗压强度试验,试验结果见表2。
表2时间延迟试验
根据以上数据,试验室建议从掺水泥后进行二次拌和开始到碾压成型须在4h以内完成。
3.2施工工艺
3.2.1老路铣刨拌和
根据测量结果、设计高程、冷再生基层厚度要求,利用Wirtgen2000DC冷再生机把老路面破碎、铣刨,冷拌至预定的深度。并派专人跟随冷拌机,随时检查拌和深度,并配合拌和机操作人员调整拌和深度,以确保冷再生底基层的设计厚度。杜绝冷拌不到位的现象发生,保证冷拌质量。
3.2.2初步整形
用装载机配合自卸车进行纵向调料,调料距离近的可用装载机或平地机直接调配,距离远的需用装载机配合自卸车调料,把高出标高的多余料转调至低的部分。先用装载机或平地机粗平一遍,然后恢复10m中、边桩,并对木桩进行高程测量。通过挂线测量法来初步控制高程。用白灰将地点标高与松铺标高的高差标记到地上,先用装载机大体整平高程出入较大的点位,多挖少补,再用平地机二次找平,重复上述过程,直至表面平整,基本达到规定路拱度和松铺高程。整平过程中,严格控制路幅宽度和高程,对局部翻浆部位及时换填,并保证换填料质量。为准确控制冷处理层的高程,根据经验系数,本次初平预设的松铺系数为1.15。
3.2.3洒水闷料
试验确定冷处理的最佳含水量为10.5%,提前24h现场取样测定拌和路段含水量,若含水量过小,则需洒水闷料,使含水量控制在比最佳含水量大1%～1.5%。洒水要均匀,严禁洒水车在洒水段内停留、调头、滞留。防止出现局部水分过多现象。具体洒水量可由下式计算:
式中:L为每车水可洒路面的长度,m;T为每车载水量,kg;w为路幅宽度,m;h为冷拌层厚度,m;ω0为最佳含水量,%;ω为实际含水量,%;Pd为最大干容重,kg/m3。
3.2.4摊铺水泥
根据水泥稳定土层厚度、预定的干密度及试验确定的水泥剂量,计算出每㎡水泥稳定土需要的水泥用量,根据计算结果确定每袋水泥撒布面积、摆放纵横间距。并据此用白灰打出框线,将水泥均匀卸到框线内,然后人工用刮板将水泥均匀摊开,并注意使每袋水泥的摊铺面积相等。水泥摊铺完后,表面应没有空白位置,也没有水泥过分集中的区域。水泥运送车应配备防雨设备。水泥摊铺量可由下式计算:
式中:N为每袋水泥可撒布的面积,㎡;G为每袋水泥重量,kg;t为理论水泥用量;h和ρd同上。
3.2.5二次拌和
水泥撒布均匀后,采用两台稳定土拌和机成梯队进行拌和,拌和时,注意拌和到边,保证拌和深度,严禁在拌和层底部留有素土夹层。拌和完后,应先用胶轮压路机稳压一遍,找出潜在不平整,再用平地机找平。为保证拌和均匀平整,应进行二次湿拌。由于水泥的水化反应,二次拌和后混合料的含水量将会下降,因此需要及时补充洒水,补洒时水量一定要均匀,不可过量。
3.2.6整形
混合料拌和均匀后,立即用平地机进行整形,直线段由两侧向路中心刮平,在平曲线段由内向外侧进行刮平。初步整形完成后先用胶轮压路机快速稳压一遍,以暴露潜在不平整。对于局部低凹处,先用齿耙将其表层5cm以上耙松并用新拌混合料找平,然后再用平地机整平,将高出的料刮到路外,不允许出现薄层贴补现象。在整形过程中,严禁任何车辆通行,并保持无明显粗细集料离析现象。横向接缝修整要平顺,尽量避免纵向接缝。对已拌和成型的混合料,及时进行横坡度、平整度和高程测量,发现问题及时整修。
3.2.7碾压
碾压是冷再生施工的关键环节,因此要严格控制混合料的含水量和碾压方法。整形后,当混合料含水量比最佳含水量大1%～1.5%时,应立即碾压。
3.2.8接缝处理
同日施工的两个作业段的衔接处,应采用合适的搭接方法。前一段拌和整型后,留5～8m不进行碾压,后段施工时,前段未压部分须再加部分水泥重新拌和再与后段一起碾压。经过拌和、整形的水泥稳定土,应在试验确定的时间内完成碾压。避免纵向接缝,在必须分两幅铺筑时,纵缝应搭接拌和。
3.2.9养生
影响水泥强度的主要成份是硅酸三钙(C3S)和硅酸二钙(C2S),尤其硅酸三钙对早期强度影响很大,所以冷再生后期成型养护,直接影响结构层的成型强度和表观质量,故应有专人和专门设备进行养生。
4施工中应注意的几个问题
(1)施工中应重点控制含水量,现场施工人员根据现场含水量情况及时加水,确保现场含水量比最佳含水量大1%左右。
(2)加入水泥拌和后,含水量会发生较大变化,根据试验,布铺水泥前,根据实测含水量,补洒适量的水分,保证布铺水泥前含水量略大于10%。
(3)现场施工发现初拌整平预留厚度按3cm过厚,今后实际施工应按照2cm操作。
5结语
旧沥青混凝土路面冷再生技术以其节约资源、环保、成本低、施工简单等特点在道路改造工程中显示出强大的优势,我国大量高速公路已经或即将进入大修年限,大量低等级公路也急需升级改造,旧沥青混凝土路面冷再生作为新路面结构层中的基层(底基层),实践证明其安全可靠。
参考文献
⑴王敏容,张金洲.；沥青路面就地冷再生技术.特点及工艺研究；中国水运(下半月),2009,(06).
⑵王树刚;沥青路面就地冷再生技术与施工工艺探析，中小企业管理与科技(下旬刊),2009,(05)
