CN107386038A - 一种泡沫沥青冷再生结构层混合料及其施工方法 - Google Patents

一种泡沫沥青冷再生结构层混合料及其施工方法 Download PDF

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丁珣昊
胡鹏森
张垚
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Abstract

本发明公开了一种泡沫沥青冷再生结构层混合料由以下物料制备而成：矿料、水泥、抗剥落剂、拌合水、泡沫沥青、纤维；矿料由以下质量份的物料组合而成：粒径为10‑30mm的铣刨旧料30‑40份、粒径小于10mm的铣刨旧料35‑45份、粒径为10‑30mm的新石料2‑8份、粒径小于10mm的新石料10‑20份、粉煤灰4‑6份；水泥的用量为矿料总用量的1.5‑2.5％；抗剥落剂惨量为矿料总用量的0.4‑0.6％；拌合水用量为矿料总用量的4‑5％；泡沫沥青用量为矿料总用量的2.5‑3.5％；纤维总掺量为矿料总用量的0.35‑0.45％，本发明还公开了该混合料的施工方法，本发明的泡沫沥青冷再生结构层混合料施工后，道路具有良好的水稳定性以及抗车辙性能；减少了道路维修或改造成本，缩短施工工期,降低了交通中断的时间。

Description

一种泡沫沥青冷再生结构层混合料及其施工方法
技术领域
本发明涉及道路工程技术领域，尤其涉及一种泡沫沥青冷再生结构层混合料及其施工方法。
背景技术
随着国民经济高速发展,交通量迅猛增长,渠化交通明显,大型化车辆、重载、超载车辆比例逐年增加，使传统的沥青混凝土路面受到严重挑战。经过国内外几十年特别是国内十几年高速公路的建设实践,沥青路面普遍存在耐久性不足和早期破坏严重这两大难题。路面的损坏具有各种类型和各种形态。一般而言,高等级公路的路面损坏包括车辙、开裂疲劳开裂、低温开裂和反射裂缝、沉陷、坑槽、卿浆等损坏类型。近年来，随着中国高速公路建设的不断深入发展,早期建设的许多高等级公路开始进入维修养护和改造阶段，每年约有的路面要大修，而沥青路面废弃量将高达万吨。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的是提供一种用于道路维修的泡沫沥青冷再生结构层混合料，第二目的是提供该混合料的实际施工方法。
技术方案：一种泡沫沥青冷再生结构层混合料，由以下物料制备而成：矿料、水泥、抗剥落剂、拌合水、泡沫沥青、纤维；
其中，矿料由以下质量份的物料组合而成：粒径为10-30mm的铣刨旧料30-40份、粒径小于10mm的铣刨旧料35-45份、粒径为10-30mm的新石料2-8份、粒径小于10mm的新石料10-20份、粉煤灰4-6份；
所述水泥的用量为矿料总用量的1.5-2.5％；
所述抗剥落剂惨量为矿料总用量的0.4-0.6％；
所述拌合水用量为矿料总用量的4-5％；
所述泡沫沥青用量为矿料总用量的2.5-3.5％；
所述纤维总掺量为矿料总用量的0.35-0.45％；
上述百分比均为质量百分比。
进一步的，所述抗剥落剂为AST-3抗剥落剂。
进一步的，所述纤维为BMF玄武岩纤维和聚酯纤维按照质量比1：0.8-1.2的比例混合。
其中，该施工方法为就地冷再生或者厂拌冷再生。
该泡沫沥青冷再生结构层混合料的就地冷再生施工方法主要包括如下步骤：
(1)铺筑试验路段，将原路面进行合理的区段划分，分别取代表性样品进行试验设计，施工中根据设计结果对不同区段相应调整相关参数。
(2)清除原路面上的杂物，根据再生厚度、宽度、干密度等计算每平方米再生结构层的用量。在施工起点处将各所需施工机具顺次首尾连接，连接相应管路。检查沥青管路及水的管路，泡沫沥青再生混合料中的水泥和剥落剂可采用人工撒布的方法，也可采用专用的水泥浆喷洒机进行作业。启动施工设备，按照设定再生深度对路面进行铣刨、将矿料、水泥、抗剥落剂、拌合水、泡沫沥青和纤维拌和得再生混合料，再生施工速度为4-10m/min。单幅再生至一个作业段终点后，将再生机和罐车等倒至施工起点，进行第二幅施工，直至完成全幅作业面的再生。
(3)将再生混合料摊铺与压实，形成泡沫沥青再生结构层。
(4)泡沫沥青再生结构层施工结束后，需要自然晾置一段时间(7天左右)，让其中的水一定程度挥发损失，使得结构层形成一定的强度，之后再铺筑上覆沥青层完成再生层表面处治。
(5)测定弯沉与钻芯。
该泡沫沥青冷再生结构层混合料的厂拌冷再生施工方法主要包括如下步骤：
(1)准备施工场地，铣刨旧路面，破碎铣刨料，将铣刨料运输到拌合厂。
(2)在室温20-25℃下，用再生机制备泡沫沥青，并加入纤维，拌合均匀，拌和机必须配备纤维投放装置，要求在拌和过程中充分分散，且与沥青混合料拌和均匀。纤维采用专用的纤维添加设备自动加入拌和锅中，每次添加纤维与拌和机的拌和周期同步进行，添加纤维在冷态条件下进行。松散的BMF玄武岩纤维和聚酯纤维采用风送设备自动打散上料，并在喷入沥青开始后1s一次性喷入拌和锅内。
(3)将铣刨料和新石料与泡沫沥青混合料混合干拌5-8s，再将水泥、抗剥落剂、粉煤灰、拌合水加入混合搅拌10-18s，保证纤维能充分均匀的分散在泡沫沥青混合料中；
(4)进行成品检验，将合格的混合料用自卸车运输至试验路。
(5)摊铺与压实，形成泡沫沥青再生结构层。
(6)泡沫沥青再生结构层施工后自然晾置一段时间，让其中的水一定程度挥发损失,使得结构层形成一定的强度，之后再铺筑上覆沥青层完成再生层表面处治。
(7)测定弯沉与钻芯。
制备机理：
1、粉煤灰替代矿粉
粉煤灰与石灰岩矿粉有相似的物理特性，用粉煤灰代替石灰岩矿粉，将有利于粉煤灰的变废为宝，减少其环境污染，降低工程造价。另外,粉煤灰替代矿粉后，沥青混合料的各项性能都有所改善。粉煤灰与沥青拌和均匀后，减小了针入度和延度，提高了软化点，表现出良好的高温性能。粉煤灰能有效改善沥青与集料的黏结性能；掺粉煤灰的比掺矿粉的密度大，空隙率小，混合料更加密实；用粉煤灰作填料的泡沫沥青冷再生混合料同样具有良好的水稳定性，并且能改善抗车辙性能。
2、抗剥落剂改善水稳定机理
沥青是弱极性有机物,酸性石料具有极性表面,抗剥落剂是由极性基和非极性基组成的不对称结构,非极性基端与沥青具有较强的亲和力,而极性基端与石料表面有很强的吸附力,抗剥落剂的加入增加了沥青的极性,使酸性石料表面形成一层致密的表面吸附层,从而增强了沥青与酸性石料的粘附力。因此,液体抗剥落剂的加入改变了沥青的极性,增大了沥青的表面张力,利用酸性石料与沥青的电化学性质来形成抗剥落,抗水损害的能力。
3、复合改性机理
水泥和抗剥落剂联合作用下,水泥提高矿料表面碱性,抗剥落剂增加沥青本身极性,通过双重改性作用改善沥青-矿料界面的粘附能力。
4、纤维改善水稳定机理
由于纤维吸附作用和比表面积很大，纤维形成的三维空间网状增加了结构沥青的比例，增强沥青的粘结力，从而使沥青与矿料的粘结性得到改善，提高矿料之间的粘结力，从力学性能上看，表现为泡沫沥青混合料的马歇尔稳定度和水稳定性的提高。
有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点为：1、本发明的泡沫沥青冷再生结构层混合料施工后，道路具有良好的水稳定性以及抗车辙性能；2、道路就地冷再生由于利用了旧的路面铺层材料,从而减少了道路维修或改造时旧铺层材料的运输、废置,从而导致成本大幅度下降，缩短施工工期,大大降低了交通中断的时间；3、就地冷再生受天气条件影响小,除了在降雨量较大时,一般的小雨天气均可施工，工序简单,大型机械密集施工,施工设施少,对交通干扰反映不敏感；4、无需加热矿料,节省能源消耗,从而可以节省大量投资,更有利于环境保护；5、BMF玄武岩纤维和聚酯纤维泡沫沥青混合料具有良好的抗水损害的能力，由于聚酯纤维的成本低于玄武岩纤维，以及双纤维泡沫沥青混合料的油石比较单一纤维的略低，所以项目中应用的双纤维泡沫沥青混合料有一定的经济优势。
具体实施方式
实施例1
一种泡沫沥青冷再生结构层混合料由以下物料制备而成：矿料、水泥、抗剥落剂、拌合水、泡沫沥青、纤维；
其中，矿料由以下质量份的物料组合而成：粒径为10mm的铣刨旧料30份、粒径为9mm的铣刨旧料35份、粒径为10mm的新石料2份、粒径为9mm的新石料10份、粉煤灰4份；
所述水泥的用量为矿料总用量的1.5％；
所述抗剥落剂惨量为矿料总用量的0.4％；
所述拌合水用量为矿料总用量的4％；
所述泡沫沥青用量为矿料总用量的2.5％；
所述纤维总掺量为矿料总用量的0.35％；
上述百分比均为质量百分比。
所述抗剥落剂为AST-3抗剥落剂。
所述纤维为BMF玄武岩纤维和聚酯纤维按照质量比1：0.8的比例混合。
该泡沫沥青冷再生结构层混合料采用就地冷再生的施工方法，主要包括如下步骤：
(1)铺筑试验路段，将原路面进行合理的区段划分；
(2)清除路面上的杂物，根据再生厚度、宽度、干密度等计算再生结构层的用量。对路面进行铣刨，将矿料、水泥、抗剥落剂、拌合水、泡沫沥青和纤维在铣刨处拌合得到再生混合料；
(3)将再生混合料摊铺与压实，形成泡沫沥青再生结构层，用轻型钢轮压路机紧跟再生机组初压2遍，完成一个段的初压后，用平地机整平，再次用轻型钢轮压路机在初平的路段碾压1遍，对发现的局部轮迹、凹陷等进行人工修补，在用平地机整形，压路机碾压；
(4)泡沫沥青再生结构层施工结束后，需要自然晾置7天后,铺筑上覆沥青层完成再生层表面处治；
(5)测定弯沉与钻芯。
其中，步骤(2)中的施工速度为4m/min。
实施例2
一种泡沫沥青冷再生结构层混合料，由以下物料制备而成：矿料、水泥、抗剥落剂、拌合水、泡沫沥青、纤维；
其中，矿料由以下质量份的物料组合而成：粒径为30mm的铣刨旧料40份、粒径为8mm的铣刨旧料45份、粒径为30mm的新石料8份、粒径为8mm的新石料20份、粉煤灰6份；
所述水泥的用量为矿料总用量的2.5％；
所述抗剥落剂惨量为矿料总用量的0.6％；
所述拌合水用量为矿料总用量的5％；
所述泡沫沥青用量为矿料总用量的3.5％；
所述纤维总掺量为矿料总用量的0.45％；
上述百分比均为质量百分比。
所述抗剥落剂为AST-3抗剥落剂。
所述纤维为BMF玄武岩纤维和聚酯纤维按照质量比1：1.2的比例混合。
该泡沫沥青冷再生结构层混合料采用就地冷再生的施工方法主要包括如下步骤：
(1)铺筑试验路段，将原路面进行合理的区段划分；
(2)清除路面上的杂物，根据再生厚度、宽度、干密度等计算再生结构层的用量。对路面进行铣刨，将矿料、水泥、抗剥落剂、拌合水、泡沫沥青和纤维在铣刨处拌合得到再生混合料；
(3)将再生混合料摊铺与压实，形成泡沫沥青再生结构层；
(4)泡沫沥青再生结构层施工结束后，需要自然晾置7天,铺筑上覆沥青层完成再生层表面处治；
(5)测定弯沉与钻芯。
步骤(2)中的施工速度为10m/min。
实施例3
一种泡沫沥青冷再生结构层混合料，由以下物料制备而成：矿料、水泥、抗剥落剂、拌合水、泡沫沥青、纤维；
其中，矿料由以下质量份的物料组合而成：粒径为20mm的铣刨旧料35份、粒径为5mm的铣刨旧料40份、粒径为20mm的新石料5份、粒径为5mm的新石料15份、粉煤灰5份；
所述水泥的用量为矿料总用量的2％；
所述抗剥落剂惨量为矿料总用量的0.5％；
所述拌合水用量为矿料总用量的4.5％；
所述泡沫沥青用量为矿料总用量的3％；
所述纤维总掺量为矿料总用量的0.4％；
上述百分比均为质量百分比。
所述抗剥落剂为AST-3抗剥落剂。
所述纤维为BMF玄武岩纤维和聚酯纤维按照质量比1：1的比例混合。
该泡沫沥青冷再生结构层混合料的就地冷再生施工方法主要包括如下步骤：
(1)铺筑试验路段，将原路面进行合理的区段划分；
(2)清除路面上的杂物，根据再生厚度、宽度、干密度等计算再生结构层的用量。对路面进行铣刨，将矿料、水泥、抗剥落剂、拌合水、泡沫沥青和纤维在铣刨处拌合得到再生混合料；
(3)将再生混合料摊铺与压实，形成泡沫沥青再生结构层；
(4)泡沫沥青再生结构层施工结束后，需要自然晾置7天,铺筑上覆沥青层完成再生层表面处治；
(5)测定弯沉与钻芯。
步骤(2)中的施工速度为7m/min。
实施例4
一种泡沫沥青冷再生结构层混合料，由以下物料制备而成：矿料、水泥、抗剥落剂、拌合水、泡沫沥青、纤维；
其中，矿料由以下质量份的物料组合而成：粒径为30mm的铣刨旧料40份、粒径为8mm的铣刨旧料45份、粒径为30mm的新石料8份、粒径为8mm的新石料20份、粉煤灰6份；
所述水泥的用量为矿料总用量的2.5％；
所述抗剥落剂惨量为矿料总用量的0.6％；
所述拌合水用量为矿料总用量的5％；
所述泡沫沥青用量为矿料总用量的3.5％；
所述纤维总掺量为矿料总用量的0.45％；
上述百分比均为质量百分比。
所述抗剥落剂为AST-3抗剥落剂。
所述纤维为BMF玄武岩纤维和聚酯纤维按照质量比1：1.2的比例混合。
该泡沫沥青冷再生结构层混合料采用厂拌冷再生的施工方法主要包括如下步骤：
(1)准备施工场地，铣刨旧路面，破碎铣刨料，将铣刨料运输到拌合厂；
(2)在室温25℃下，用再生机制备泡沫沥青，并加入纤维，拌合均匀得到泡沫沥青混合料；
(3)将铣刨料和新石料与泡沫沥青混合料混合干拌8s，再将水泥、抗剥落剂、粉煤灰、拌合水加入混合搅拌18s；
(4)进行成品检验，将合格的混合料用自卸车运输至试验路；
(5)摊铺与压实，形成泡沫沥青再生结构层，用轻型钢轮压路机紧跟再生机组初压2遍，完成一个段的初压后，用平地机整平，再次用轻型钢轮压路机在初平的路段碾压1遍，对发现的局部轮迹、凹陷等进行人工修补，在用平地机整形，压路机碾压；
(6)泡沫沥青再生结构层施工后自然晾置7天后，再铺筑上覆沥青层完成再生层表面处治；
(7)测定弯沉与钻芯。
实施例5
一种泡沫沥青冷再生结构层混合料，由以下物料制备而成：矿料、水泥、抗剥落剂、拌合水、泡沫沥青、纤维；
其中，矿料由以下质量份的物料组合而成：粒径为20mm的铣刨旧料35份、粒径为6mm的铣刨旧料40份、粒径为20mm的新石料5份、粒径为6mm的新石料15份、粉煤灰5份；
所述水泥的用量为矿料总用量的2％；
所述抗剥落剂惨量为矿料总用量的0.5％；
所述拌合水用量为矿料总用量的4.5％；
所述泡沫沥青用量为矿料总用量的3％；
所述纤维总掺量为矿料总用量的0.4％；
上述百分比均为质量百分比。
所述抗剥落剂为AST-3抗剥落剂。
所述纤维为BMF玄武岩纤维和聚酯纤维按照质量比1：1的比例混合。
该泡沫沥青冷再生结构层混合料采用厂拌冷再生的施工方法主要包括如下步骤：
(1)准备施工场地，铣刨旧路面，破碎铣刨料，将铣刨料运输到拌合厂；
(2)在室温22℃下，用再生机制备泡沫沥青，并加入纤维，拌合均匀得到泡沫沥青混合料；
(3)将铣刨料和新石料与泡沫沥青混合料混合干拌7s，再将水泥、抗剥落剂、粉煤灰、拌合水加入混合搅拌15s；
(4)进行成品检验，将合格的混合料用自卸车运输至试验路；
(5)摊铺与压实，形成泡沫沥青再生结构层，用轻型钢轮压路机紧跟再生机组初压2遍，完成一个段的初压后，用平地机整平，再次用轻型钢轮压路机在初平的路段碾压1遍，对发现的局部轮迹、凹陷等进行人工修补，在用平地机整形，压路机碾压；
(6)泡沫沥青再生结构层施工后自然晾置7天后，再铺筑上覆沥青层完成再生层表面处治；
(7)测定弯沉与钻芯。
实施例6
一种泡沫沥青冷再生结构层混合料，由以下物料制备而成：矿料、水泥、抗剥落剂、拌合水、泡沫沥青、纤维；
其中，矿料由以下质量份的物料组合而成：粒径为10mm的铣刨旧料30份、粒径为5mm的铣刨旧料35份、粒径为10mm的新石料2份、粒径为5mm的新石料10份、粉煤灰4份；
所述水泥的用量为矿料总用量的1.5％；
所述抗剥落剂惨量为矿料总用量的0.4％；
所述拌合水用量为矿料总用量的4％；
所述泡沫沥青用量为矿料总用量的2.5％；
所述纤维总掺量为矿料总用量的0.35％；
上述百分比均为质量百分比。
所述抗剥落剂为AST-3抗剥落剂。
所述纤维为BMF玄武岩纤维和聚酯纤维按照质量比1：0.8的比例混合。
该泡沫沥青冷再生结构层混合料采用厂拌冷再生施工方法主要包括如下步骤：
(1)准备施工场地，铣刨旧路面，破碎铣刨料，将铣刨料运输到拌合厂；
(2)在室温20℃下，用再生机制备泡沫沥青，并加入纤维，拌合均匀得到泡沫沥青混合料；
(3)将铣刨料和新石料与泡沫沥青混合料混合干拌5s，再将水泥、抗剥落剂、粉煤灰、拌合水加入混合搅拌10s；
(4)进行成品检验，将合格的混合料用自卸车运输至试验路；
(5)摊铺与压实，形成泡沫沥青再生结构层，用轻型钢轮压路机紧跟再生机组初压2遍，完成一个段的初压后，用平地机整平，再次用轻型钢轮压路机在初平的路段碾压1遍，对发现的局部轮迹、凹陷等进行人工修补，在用平地机整形，压路机碾压；
(6)泡沫沥青再生结构层施工后自然晾置7天后，再铺筑上覆沥青层完成再生层表面处治；
(7)测定弯沉与钻芯。
对比例1
选取实施例1中的物料配比和施工方法，不同的是：不含抗剥落剂和纤维，并用矿粉代替粉煤灰。
对实施例1和对比例1施工后的路面进行劈裂强度试验，分别计算干、湿劈裂强度以及干、湿劈裂强度比得表1和表2，《公路沥青路面再生技术规范JTG F41-2008》中泡沫沥青冷再生混合料设计技术要求如表3所示。
表1：实施例1中泡沫沥青冷再生混合料劈裂强度与劈裂强度比
干劈裂强度(MPa) 湿劈裂强度(MPa) 干、湿劈裂强度比
0.620 0.526 84.8％
表2：对比例1中泡沫沥青冷再生混合料劈裂强度与劈裂强度比
干劈裂强度(MPa) 湿劈裂强度(MPa) 干、湿劈裂强度比
0.510 0.410 80.4％
表3：泡沫沥青冷再生混合料设计技术要求
干劈裂强度(MPa，不小于) 湿劈裂强度(MPa，不小于) 干湿劈裂强度比(不小于)
0.400 0.400 75％
从表1、表2、表3的数据可以看出，实施例1施工后的路面泡沫沥青冷再生混合料的干、湿裂强度对比规范技术要求甚至本领域的其他技术制成的混合料(对比例1)都有显著的提高，说明本发明的泡沫沥青冷再生结构层混合料及其施工方法优化的道路具有更加优良的稳定性。

Claims (7)

1.一种泡沫沥青冷再生结构层混合料，其特征在于：由以下物料制备而成：矿料、水泥、抗剥落剂、拌合水、泡沫沥青、纤维；
其中，矿料由以下质量份的物料组合而成：粒径为10-30mm的铣刨旧料30-40份、粒径小于10mm的铣刨旧料35-45份、粒径为10-30mm的新石料2-8份、粒径小于10mm的新石料10-20份、粉煤灰4-6份；
所述水泥的用量为矿料总用量的1.5-2.5％；
所述抗剥落剂惨量为矿料总用量的0.4-0.6％；
所述拌合水用量为矿料总用量的4-5％；
所述泡沫沥青用量为矿料总用量的2.5-3.5％；
所述纤维总掺量为矿料总用量的0.35-0.45％；
上述百分比均为质量百分比。
2.根据权利要求1所述的泡沫沥青冷再生结构层混合料，其特征在于：所述抗剥落剂为AST-3抗剥落剂。
3.根据权利要求1所述的泡沫沥青冷再生结构层混合料，其特征在于：所述纤维为BMF玄武岩纤维和聚酯纤维按照质量比1：0.8-1.2的比例混合。
4.权利要求1所述的泡沫沥青冷再生结构层混合料的施工方法，其特征在于：该施工方法为就地冷再生或者厂拌冷再生。
5.根据权利要求4所述的泡沫沥青冷再生结构层混合料的就地冷再生施工方法，其特征在于：主要包括如下步骤：
(1)铺筑试验路段，将原路面进行合理的区段划分；
(2)清除路面上的杂物，根据再生厚度、宽度、干密度等计算再生结构层的用量，对路面进行铣刨，将矿料、水泥、抗剥落剂、拌合水、泡沫沥青和纤维在铣刨处拌合得到再生混合料；
(3)将再生混合料摊铺与压实，形成泡沫沥青再生结构层；
(4)泡沫沥青再生结构层施工结束后，需要自然晾置一段时间，铺筑上覆沥青层完成再生层表面处治；
(5)测定弯沉与钻芯。
6.根据权利要求5所述的泡沫沥青冷再生结构层混合料的就地冷再生施工方法，其特征在于：步骤(2)中的施工速度为4-10m/min。
7.根据权利要求4所述的泡沫沥青冷再生结构层混合料的厂拌冷再生施工方法，其特征在于：主要包括如下步骤：
(1)准备施工场地，铣刨旧路面，破碎铣刨料，将铣刨料运输到拌合厂；
(2)在室温20-25℃下，用再生机制备泡沫沥青，并加入纤维，拌合均匀得到泡沫沥青混合料；
(3)将铣刨料和新石料与泡沫沥青混合料混合干拌5-8s，再将水泥、抗剥落剂、粉煤灰、拌合水加入混合搅拌10-18s；
(4)进行成品检验，将合格的混合料用自卸车运输至试验路；
(5)摊铺与压实，形成泡沫沥青再生结构层；
(6)泡沫沥青再生结构层施工后自然晾置一段时间，再铺筑上覆沥青层完成再生层表面处治；
(7)测定弯沉与钻芯。
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