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        冷再生技術(shù)在千峰南路工程中的應(yīng)用與研究

        2016-11-15 09:52:38盧琛
        城市道橋與防洪 2016年1期
        關(guān)鍵詞:生機(jī)壓路機(jī)泡沫

        盧琛

        (太原市城市建設(shè)管理中心,山西 太原 030009)

        冷再生技術(shù)在千峰南路工程中的應(yīng)用與研究

        盧琛

        (太原市城市建設(shè)管理中心,山西 太原 030009)

        為貫徹“十二五規(guī)劃”建設(shè)低碳環(huán)保的交通運(yùn)輸體系的指導(dǎo)思想,響應(yīng)我省建設(shè)“資源節(jié)約型”和“環(huán)境友好型”社會(huì)轉(zhuǎn)型發(fā)展的總體要求,我市積極倡導(dǎo)引進(jìn)了瀝青路面冷再生技術(shù)對(duì)城市道路進(jìn)行改造,實(shí)現(xiàn)了市政工程的低能耗、低排放、低污染的循環(huán)建設(shè)。既有效緩解道路更新改造中產(chǎn)生的大量路面及路基廢料,又在一定程度上降低了工程造價(jià)。結(jié)合千峰南路的改造實(shí)踐,介紹冷再生技術(shù)的應(yīng)用情況。

        千峰南路;路面結(jié)構(gòu);銑刨;泡沫瀝青;冷再生

        1 項(xiàng)目介紹

        千峰南路是太原市交通框架“十縱十橫”中南北主要交通干道之一。該段北起迎澤西大街,南至南內(nèi)環(huán)西街,全長1 926.26 m.規(guī)劃紅線寬40 m。機(jī)動(dòng)車道現(xiàn)狀路面結(jié)構(gòu)為:1~5.5 cm細(xì)粒式瀝青混凝土,3~8.5 cm瀝青貫入碎石,14~22 cm水泥穩(wěn)定碎石或礦渣,12~18 cm砂石。

        1.1路況調(diào)查

        千峰南路 (迎澤西大街—南內(nèi)環(huán)西街)路況顯示:塊狀裂紋明顯,縫較寬,散落重;不規(guī)則裂縫重,縫寬,坑深,面積較大。鉆芯取樣結(jié)果表明,基層水穩(wěn)松散,取不到完整芯樣,說明路面基層強(qiáng)度嚴(yán)重不足。

        1.2道路評(píng)價(jià)

        經(jīng)過綜合計(jì)算,機(jī)動(dòng)車道路面綜合破損率為79.7%,道路瀝青路面指標(biāo)PCI為D級(jí),RQI指標(biāo)為D級(jí),道路結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足,路面抗滑性能BPN、SFC指標(biāo)為D級(jí)。評(píng)價(jià)指標(biāo)表明,千峰南路(迎澤西大街—南內(nèi)環(huán)西街)應(yīng)進(jìn)行徹底改造。

        2 道路設(shè)計(jì)

        該次道路改造不涉及征地拆遷和市政管網(wǎng)改造,道路紅線不變,路面標(biāo)高不變,只對(duì)機(jī)動(dòng)車道進(jìn)行冷再生改造。

        2.1設(shè)計(jì)思路

        在原路面和路基材料全部合理利用的原則指導(dǎo)下,首先一次性銑刨原道路上面層細(xì)粒式瀝青混凝土和下面層瀝青貫入碎石,拉回拌和廠集中堆放,然后銑刨原道路水泥穩(wěn)定碎石層也拉回拌和廠分別堆放,與面層銑刨料都作為泡沫瀝青冷再生混合料的集料使用。其余道路基層不再銑刨,而是使用冷再生設(shè)備將留存的水穩(wěn)和砂礫一同就地水泥再生作為道路底基層。

        2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        采用二層冷再生改造方案:4 cmSBS改性瀝青混凝土AC-13C+改性乳化瀝青粘層油+7 cm瀝青混凝土AC-25+6 mm稀漿封層和乳化瀝青透層油+ 16 cm泡沫瀝青廠冷再生層+乳化瀝青透層油(RAP)+20 cm水泥就地冷再生層+舊路面結(jié)構(gòu)。

        2.3冷再生混和料配合比設(shè)計(jì)

        2.3.1底基層水泥就地冷再生混和料

        2.3.1.1級(jí)配設(shè)計(jì)

        實(shí)驗(yàn)使用舊料為按照水穩(wěn)+砂礫(5 cm+15 cm)的比例進(jìn)行銑刨后選取的代表性試樣,將銑刨料風(fēng)干后在室內(nèi)進(jìn)行篩分試驗(yàn),根據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTGF41-2008)中的3號(hào)級(jí)配范圍及舊料的篩分結(jié)果看出,舊料符合要求,不需要加入新料調(diào)整級(jí)配。

        表1 舊料篩分結(jié)果

        2.3.1.2重型擊實(shí)實(shí)驗(yàn)

        將烘干的舊銑刨料水穩(wěn)+砂礫(5 cm+15 cm)和水泥按擬定的摻加比例100∶3、100∶4、100∶5、100:6混合,通過重型擊實(shí)實(shí)驗(yàn)確定再生混合料的最佳含水量和最大干密度。

        2.3.1.3強(qiáng)度試驗(yàn)

        根據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ034-2000)成型后試件在溫度20±2℃濕度95%的環(huán)境條件下養(yǎng)生6 d,浸水1 d,進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)如表2。

        表2 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

        2.3.1.3配合比設(shè)計(jì)

        根據(jù)無極結(jié)合混合料EDTA滴定標(biāo)準(zhǔn)曲線分析:千峰路就地水泥穩(wěn)定舊水穩(wěn)+砂礫(5 cm+15 cm)配合比為:水泥:集料=5∶100,混合料最大干密度為2.237 g/cm3,最佳含水量為7.6%,7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度實(shí)測為2.3 MPa。

        2.3.2基層泡沫瀝青冷再生混和料

        2.3.2.1級(jí)配設(shè)計(jì)

        根據(jù)根據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTGF41-2008)的級(jí)配要求,混合料采用中粒式級(jí)配。由于千峰路回收舊料的粒徑分布主要集中在4.75~19 mm之間,為此添加了粒徑為0~3 mm的石屑來調(diào)整級(jí)配滿足級(jí)配曲線,最終確定泡沫瀝青冷再生混合料(表3)的配合比為就瀝青混凝土路面銑刨料(RAP):水穩(wěn)基層銑刨舊料∶碎石∶水泥= 40∶40∶18.5∶1.5。

        表3 礦料級(jí)配合成報(bào)告

        2.3.2.2瀝青發(fā)泡實(shí)驗(yàn)

        由瀝青發(fā)泡實(shí)驗(yàn)可知:瀝青最佳發(fā)泡條件為發(fā)泡溫度150℃,發(fā)泡用水量為2.0%。

        2.3.2.3重型擊實(shí)實(shí)驗(yàn)

        通過無機(jī)混合料穩(wěn)定土擊實(shí)試驗(yàn)確定最佳含水量6.8%,最大干密度2.124 g/cm3。

        2.3.2.4劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)

        按照確定的冷再生混合料級(jí)配和最佳含水率進(jìn)行拌合,分別以5個(gè)油石比1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%加入泡沫瀝青,進(jìn)行劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)見表4,確定最佳泡沫瀝青油石比為2.8%。

        表4 泡沫瀝青混合料劈裂強(qiáng)度

        2.3.2.5目標(biāo)配合比

        通過室內(nèi)配比實(shí)驗(yàn),千峰路廠拌泡沫瀝青冷再生混合料配合比為:瀝青混凝土銑刨料(RAP):碎石∶水泥=80∶18.5∶1.5,混合料最大干密度2.124 g/cm3,最佳含水量為6.8%,泡沫瀝青油石比為2.8%。

        3 施工組織

        結(jié)合冷再生設(shè)備的技術(shù)要求,冷再生改造工程的施工組織流程:拆除檢查井井筒47 cm→洗刨面層11 cm→洗刨基層17 cm→水泥穩(wěn)定砂礫就地冷再生20 cm→拆除側(cè)平石→安裝側(cè)平石→第一次升井20 cm→泡沫瀝青廠拌冷再生16 cm→第二次升井 16 cm→鋪筑 7 cm瀝青混凝土AC-25→第三次升井并固定井座→鋪筑4 cmSBS改性瀝青混凝土AC-13C。以下重點(diǎn)闡述水泥穩(wěn)定砂礫就地冷再生和泡沫瀝青廠拌冷再生的施工組織。

        3.1水泥就地冷再生

        3.1.2機(jī)械組織

        采用德國維特根就地冷再生機(jī)2200CR一臺(tái)、水泥稀漿車WM1000一臺(tái)、灑水汽車兩輛、平地機(jī)一臺(tái)、13 t雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)一臺(tái)、26 t單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)一臺(tái)。

        3.1.3水泥就地冷再生

        在施工起點(diǎn)處將水泥稀漿車、就地冷再生機(jī)順次首尾連接,并連接相應(yīng)管路。設(shè)定就地冷再生機(jī)參數(shù):再生深度為20 cm。水泥稀漿車水泥參數(shù)設(shè)定為5%。就地冷再生機(jī)行進(jìn)時(shí),行走速度一般為6~8 m/min,專人跟隨就地冷再生機(jī)挖坑檢查拌合深度,確保拌和深度滿足設(shè)計(jì)要求。

        在施工過程中,裂縫嚴(yán)重地段應(yīng)采用較慢速度,還要對(duì)混合料的級(jí)配和水的噴入量進(jìn)行檢查。

        就地冷再生機(jī)單刀再生至一個(gè)作業(yè)段終點(diǎn)后,將再生機(jī)組倒退至施工起點(diǎn),重疊10 cm—20 cm進(jìn)行第二刀施工,直至完成全幅作業(yè)面的再生,兩施工段重疊拌和2 m,重疊處補(bǔ)撒水泥。

        3.1.4整平

        用單鋼輪壓路機(jī)緊跟就地冷再生機(jī)組后進(jìn)行穩(wěn)壓,完成一個(gè)作業(yè)段的穩(wěn)壓后,進(jìn)行水平測量,縱向每10 m,橫向左、中、右各取3點(diǎn)掛線封點(diǎn),然后平地機(jī)整平,使之標(biāo)高、橫坡、平整度滿足設(shè)計(jì)要求。

        3.1.5碾壓

        初壓:平地機(jī)整平結(jié)束后,立即用13 t雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)緊跟就地冷再生機(jī)靜壓一遍穩(wěn)定材料,速度為2~3 km/h。

        復(fù)壓:26 t單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)重疊1/2輪低頻高幅碾壓6遍,速度為2~3 km/h。

        終壓:1 t雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)重疊1/2輪高頻低幅碾壓4遍,速度為2~3 km/h,大輪靜壓收面到無明顯輪跡。

        3.1.6養(yǎng)生

        就地水泥冷再生層壓實(shí)完成后采用灑水養(yǎng)生,養(yǎng)生時(shí)間不少于7d。

        3.2泡沫瀝青廠拌冷再生

        3.2.1機(jī)械組織

        采用德國維特根廠拌冷再生機(jī)KMA220一臺(tái)、50t加熱瀝青罐一個(gè)、補(bǔ)水汽車一輛、S1800-2攤鋪機(jī)兩臺(tái)、13 t雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)一臺(tái)、20 t單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)一臺(tái)、26 t膠輪壓路機(jī)一臺(tái)。

        3.2.2廠拌冷再生

        采用維特根KMA220連續(xù)式廠拌設(shè)備,產(chǎn)量為200 t/h,根據(jù)配合比報(bào)告設(shè)定材料參數(shù),RAP和新集料的用量分別由兩個(gè)裝載機(jī)按比例裝入,由料倉門開度和冷料輸送帶速度來控制。混合料拌制時(shí)瀝青溫度要嚴(yán)格控制在設(shè)計(jì)溫度5℃范圍內(nèi),廠拌冷再生混合料一般遵循即拌即用原則,儲(chǔ)存時(shí)間不宜超過6 h。

        泡沫瀝青冷再生混合料的瀝青不會(huì)在石料和RAP表面形成裹覆,而是呈點(diǎn)狀分布,可用手抓起,察看有無聚團(tuán)瀝青塊。

        3.2.3攤鋪

        泡沫瀝青冷再生混合料采用鋼絲繩引導(dǎo)高程控制方式的攤鋪機(jī)S1800-2進(jìn)行攤鋪。攤鋪機(jī)應(yīng)緩慢、均勻、連續(xù)不間斷地?cái)備?,松鋪系?shù)為1.25,攤鋪速度控制在2~4 m/min。

        3.2.4壓實(shí)

        泡沫瀝青冷再生配備1臺(tái)13 t的雙鋼輪壓路機(jī),一臺(tái)26 t的輪胎壓路機(jī),1臺(tái)20 t的單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓,尤其強(qiáng)調(diào)膠輪壓路機(jī)的作用,輪胎搓揉作用對(duì)于提高冷再生層的壓實(shí)度有很好效果:

        初壓:13 t雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)緊跟就地冷再生機(jī)靜壓一遍穩(wěn)定材料。速度為1.5~3 km/h。

        復(fù)壓:20 t單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)重疊1/2輪低頻高幅碾壓2~3遍;20 t雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)重疊1/2輪高頻低幅碾壓2~3遍。速度為2~4 km/h。

        終壓:26 t膠輪壓路機(jī)碾壓4~6遍,最后13 t雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)大輪靜壓到無明顯輪跡。速度為2~4 km/h[1]。

        3.2.5養(yǎng)生

        泡沫瀝青冷再生層壓實(shí)完成后采用自然方式養(yǎng)生,施工期在8月,環(huán)境溫度較高,3 d后鉆芯即取出完整的芯樣,結(jié)束養(yǎng)生[1]。

        4 問題及解決方案

        4.1施工中出現(xiàn)的問題

        千峰南路水泥就地冷再生試驗(yàn)段的施工過程中,依次銑刨面層11 cm和基層17 cm,將水泥稀漿車與就地冷再生機(jī)順次首尾連接,設(shè)定就地冷再生機(jī)再生深度為20 cm,水泥稀漿車水泥參數(shù)設(shè)定為5%,進(jìn)行水泥穩(wěn)定砂礫就地冷再生。當(dāng)就地冷再生機(jī)單刀行進(jìn)150 m后,進(jìn)行碾壓時(shí),出現(xiàn)大面積翻漿。

        4.2調(diào)查分析

        現(xiàn)場取樣發(fā)現(xiàn),水泥穩(wěn)定再生層壓實(shí)度93.6%,含水量11%。顆粒級(jí)配不均勻,且含土量大,塑性指數(shù)為11.8,不符合《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ034-2000)要求。施工翻漿地段放置7 d后,現(xiàn)場取芯未成型。與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果(表2)對(duì)比可知含水量和含土量雙雙偏大。

        4.2.1含土量偏大的原因

        原來,依次銑刨面層11 cm和基層17 cm后,直接進(jìn)行20 cm水泥穩(wěn)定砂礫就地冷再生,忽略了由于原路面結(jié)構(gòu)層厚度不均勻而經(jīng)統(tǒng)一銑刨28 cm后,局部出現(xiàn)預(yù)留水穩(wěn)與砂礫結(jié)構(gòu)層厚度出現(xiàn)不足20 cm的現(xiàn)象,當(dāng)按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)20 cm進(jìn)行就地冷再生時(shí),就不可避免會(huì)將部分土路基銑刨并拌合在就地冷再生層中,從而造成冷再生混合料中含土量過大。

        4.2.2含水量偏大的原因

        我們?cè)谠囼?yàn)段其余未再生范圍內(nèi)均勻取樣10組,作烘干試驗(yàn),測得原地面結(jié)構(gòu)層含水率為9.2%,水泥稀漿車WM1000噴灑5%水泥漿中水與水泥的比例為1.5∶1,因此通過噴灑5%的水泥漿又加入了7.5%的水,兩項(xiàng)合計(jì)水泥就地冷再生施工過程中含水量為16.7%,考慮到就地再生施工中,從再生至碾壓完畢至少要經(jīng)過2~3 h,期間必將存在水份蒸發(fā),我們?cè)O(shè)定此部分水份流失率為2%,另外水泥水化反應(yīng)消耗一部分水份,我們?cè)O(shè)定為1.5%,因此翻漿土樣的含水量16.7%-1.5%-2%= 13.2%,已大大超過了最佳含水率7.6%。

        4.3解決方案

        經(jīng)過一段時(shí)間晾曬后,重新測定翻漿處再生層含水量降低為5%,據(jù)此調(diào)整補(bǔ)水量為7.6%+ 1.5%+2%-5%=4.1%,按水與水泥的比例4.1∶5重新調(diào)制水泥漿(水泥參數(shù)仍設(shè)定為5%)再次進(jìn)行冷再生時(shí),又由于此比例低于維特根水泥稀漿車要求的水與水泥底限比例1∶1,而致使水泥稀漿車因水泥漿過稠堵塞管路而不能噴灑。

        據(jù)此采用人工撒布5%的水泥代替水泥稀漿車,水泥稀漿車只調(diào)節(jié)補(bǔ)水量噴灑4.1%的水。就地再生完成后,碾壓完成實(shí)測現(xiàn)場含水量為7.3%,壓實(shí)度97.5%,養(yǎng)生7d后取出完整芯樣,滿足了設(shè)計(jì)要求。

        5 結(jié)語

        通過本年度冷再生技術(shù)在市政道路改造中的應(yīng)用表明,冷再生技術(shù)是成熟的,其在市政道路應(yīng)用也是成功的,結(jié)合工程建設(shè)實(shí)踐,提出一些思考和建議:

        (1)在成功應(yīng)用冷再生技術(shù)對(duì)既有道路改造的實(shí)踐基礎(chǔ)上,今后更主要的是大力推廣到新建道路的建設(shè)中,將所有道路材料統(tǒng)一回收利用,作為廠拌冷再生的骨料,更廣闊地發(fā)揮冷再生技術(shù)的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益,這才是冷再生技術(shù)的主流應(yīng)用方向。

        (2)更多出于安全性考慮,該次道路改造我們統(tǒng)一把泡沫瀝青再生層作為道路結(jié)構(gòu)的基層代替?zhèn)鹘y(tǒng)的水穩(wěn)基層,致使它的經(jīng)濟(jì)性沒有得到良好表現(xiàn),主要由于泡沫瀝青再生混合料中摻入3%左右的瀝青,因而其成本沒有因骨料的回收利用而降低。按照《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41-2008),泡沫瀝青再生混合料可以作為道路下面層進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用,這應(yīng)是泡沫瀝青冷再生的推廣方向。

        [1]徐劍.黃頌昌.鄒桂蓮.高等級(jí)公路瀝青路面再生技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2011.

        U416.26

        B

        1009-7716(2016)01-0149-04

        10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.01.043

        2015-09-23

        盧?。?972-),男,江蘇常州人,碩士,高級(jí)工程師,從事市政工程建設(shè)管理工作。

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