用户名:  密码:   刊号:ISSN1001-554X/CN11-1956/TU  
 
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维特根WR2500S: 乳化沥青和水泥现场冷再生——建筑机械杂志社
案例 作者:user 加入时间:2006/9/29 12:12:55 点击:5075 
 
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案 例 CASE
  维特根WR2500S: 乳化沥青和水泥现场冷再生
 虞勇智
 (维特根机械(廊坊)有限公司,河北 廊坊 065001)
道路冷再生技术和应用设备1998年开始进入中国,辽宁省是最早开始关注道路冷再生技术的省份之一。2004年沈阳三鑫公路工程有限公司和营口公路管理处首先引入了维特根2200CR和WR2500S就地冷再生设备,投入了大量资金和技术力量进行试验路段的试验工作。在过去的2年内,营口公路管理处先后组织进行了乳化沥青结合水泥、泡沫沥青结合水泥和水泥就地冷再生的试验和施工,积累了大量的应用经验,大大丰富了道路维修方法和道路冷再生技术的应用范围。

案例一: 乳化沥青结合水泥就地冷再生
营大路连接辽宁省营口市和大石桥市,长18.77km,宽23m。该路建于1975年,在过去的30年里先后进行了5次大修,现有日交通量15000车次,其中50%是重载。随着沈大高速公路拓宽改造结束,营大线交通量有持续增长的趋势。
营大路冷再生项目是中国最早而且也是最大的应用乳化沥青结合水泥进行就地冷再生的工程。营大路属于一级公路,交通流量大,重载比例高,所以将会对冷再生技术在高等级公路的应用产生重大影响。 承担此次施工任务的沈阳三鑫公路工程有限公司和营口公路管理处,使用维特根WR2500S冷再生机进行施工。
采用乳化沥青进行现场冷再生维修主要因为中国北方地区冬季寒冷的气候。应用乳化沥青冷再生可以形成一个新的柔性基层,提高道路抗疲劳性能,大大减少了将来由于裂缝导致的路面损坏。
营大路就地冷再生项目施工开始于2004年5月,于2004年9月竣工通车。截止目前已经经历了2年的交通作用,近期维特根公司和营口公路管理处共同对营大路进行了路况调查,路面状况令人满意,路面没有出现裂缝和变形,路面使用性能良好。
(1) 原路面结构。
原路面结构是4cm沥青磨耗层, 3cm沥青连接层,4cm沥青碎石,3cm沥青碎石灌入式。路面状况见图1。
(2) 路面病害。
营大路由于修建时间早,路面结构变化非常大,慢车道属于后期加宽,所以路面结构薄,承载力不足,路面表面病害主要表现为网裂、坑洞、泛油,维修前路面平均弯沉为1.50mm。钻芯取样见图2。
(3) 配合比设计。
在施工开始前进行了不同配合比和施工工艺的试验路段施工。根据试验路段情况,最终确定了以下的配合比进行全段施工: 0~5mm石屑10%; 10~30mm碎石15%; 4.2%乳化沥青(55%沥青固含量); 1.0%~1.5%水泥; 1.0%~2.0%拌和水。
(4) 筛分级配。
采用75%RAP + 25%新添料(见表1)。
(5) 施工过程。
该项目冷再生施工工程总量大约有43万m2,采用2台维特根WR2500S冷再生机完成。每个冷再生施工组配备以下设备: 1台维特根WR2500S冷再生机(见图3),2个乳化沥青罐车,1台悍马18t单钢轮振动压路机,1台悍马双钢轮振动压路机,1台悍马胶轮压路机,1台平地机。工作速度为6~8m/min,再生深度15cm。
维特根WR2500S就地冷再生机生产效率高,破碎后材料均匀,深度和横坡精确控制,添加材料计量准确。国内目前有约40台维特根WR2500S就地冷再生设备活跃在各个冷再生工地。
冷再生施工是一项系统工程,再生机工作效率非常高,但是必须有完整的配套设备相配合,而且要有高素质的施工队伍,才能真正发挥设备的高效率。营口公路段经过一段时间的实践磨合,现场施工组织管理井然有序,平均日工程量超过7000m2。竣工后的路面见图5和图6。
(6) 罩面和最终效果。
乳化沥青结合水泥就地冷再生层施工结束后,上部摊铺6cm AC20沥青中面层和4cm SMA13沥青磨耗层。

案例二: 水泥就地冷再生
2005-2006年,营口公路管理处用维特根WR2500S设备在GD202黑大线、沈营线、庄林线、营口外环线等二级公路应用水泥就地冷再生技术,完成道路维修超过60万m2。
水泥是全世界范围内广泛应用、最容易获取的工程材料。利用水泥作为粘结剂,破碎后重新稳定原有的沥青层和半刚性基层,是经济有效的公路维修方式。国内二级公路的道路结构大部分比较类似,沥青面层通常较薄,约为5~7cm; 半刚性基层通常为水泥稳定或二灰稳定类材料,约为15~20cm, 粒料根据地区不同有较大差异,典型的有碎石、砂砾和矿渣等材料。经过多年的交通作用后,大量的二级公路半刚性基层出现破损,但是从材料本身强度来看,碎石等级料并没有遭到破坏,完全可以再次利用。
营口公路管理处在二级公路维修中应用维特根WR2500S就地冷再生机,破碎原有沥青面层和半刚性基层20~25cm,添加水泥进行再生稳定,从而形成新的半刚性基层。现场破碎的材料经过试验室原材料分析和配合比试验,参照水泥稳定基层的设计标准,确定现场最佳的水泥添加量和材料体积性能。新的半刚性基层的强度指标完全能够满足新基层的国家规范要求。

案例三: 泡沫沥青结合水泥就地冷再生
经过2年的乳化沥青和水泥进行就地冷再生技术成功应用后,2006年8月营口公路管理处组织在上白线进行泡沫沥青结合水泥就地冷再生技术试验,进一步丰富冷再生技术应用内容。
在专门的发泡室中将热沥青(160~180℃)与少量的水(典型的为2%)拌和,沥青就会产生泡沫。在发泡状态(暂时的低粘度状态),沥青可以与环境温度和一定含水量的集料拌和。沥青的发泡过程依赖于水从液态变化至气态的过程,该过程中水从正常空气压力下的液态膨胀至原体积的1500倍左右。当小水滴与热沥青接触,沥青将热量传给水。当水的温度达到沸点,水便变成气态,从而形成充满水蒸气的薄膜状沥青泡沫。
上白线虽然公路等级不高,但是砂石料运输车辆的必经之路,而且砂石料车辆往往超载现象非常严重(见图8)。从现场路况调查情况看,路面结构包括5cm沥青面层和30cm二灰稳定基层,然后向下就是最早的老路面。路面病害主要表现为网裂、坑洞。钻芯取样发现二灰稳定基层开裂破损主要集中在上部5~10cm,应用圆锥贯入仪对底基层承载力进行分析,模量数据良好(见图9)。
应用维特根WR2500S就地冷再生机进行现场取样,进行室内配合比试验。泡沫沥青稳定材料对级配有特定的要求,尤其是对细集料数量。泡沫沥青与冷集料进行拌和过程中,沥青只对细集料进行裹附,所以足够的细集料能够保证泡沫沥青均匀分散。实际现场材料级配比较理想,数据见表2。
进行标准重型击实试验,确定材料最佳含水量为11.1%,最大干密度为2.015g/cm3。
泡沫沥青采用普通重交沥青进行发泡,不同沥青在不同温度下添加不同水量时发泡性能不同。利用专用维特根WLB10泡沫沥青试验机(见图10)进行发泡性能试验确定最佳发泡效果。试验段施工采用辽河90#重交沥青,确定沥青最佳发泡温度160℃,发泡水2%。沥青发泡膨胀率为18倍,半衰期为25s,沥青发泡效果非常好(见图11)。
进行泡沫沥青混合料强度试验,确定最佳沥青用量(见表3)。泡沫沥青混合料国际上通常采用马歇尔25℃劈裂试验进行评价,通过浸水后残留强度评价材料抗水损坏的能力。
综合考虑劈裂强度和残留比,确定最佳配合比: 旧料100%; 泡沫沥青2.5%; 水泥1.5%; 再生厚度20cm。
现场施工机械配置与乳化沥青结合水泥就地冷再生完全相同。维特根公司20多年前开始泡沫沥青技术和应用设备的研发,WR2500S就地冷再生机配备了先进的泡沫沥青系统,确保试验室设计能够在施工现场顺利实施。
泡沫沥青结合水泥就地冷再生施工结束,24h后进行乳化沥青雾封层处理,即可开发交通。72h后即可摊铺上部沥青面层。大大缩短了道路维修对交通的影响,这是应用泡沫沥青冷再生技术特有的优势。上白线在冷再生施工后摊铺了3cm热沥青混凝土作为磨耗层(见图14)。

总结
不同粘结材料在冷再生施工中的应用,拓宽了冷再生技术的应用范围。通过工程实践,我们对不同粘结材料冷再生应用的优势和缺点有了进一步的认识:
(1) 水泥是广泛应用的道路建筑材料,价格低廉,供应方便,可以采用现有的试验、设计和验收规范;但是应用中收缩裂缝不可避免,需要最短7天的养生期,过早开放交通会导致结构性破坏。
(2) 乳化沥青在道路建筑中的应用日益增多,乳化沥青稳定材料具有很好的粘弹性和抗疲劳性能,现场常温下应用简单安全; 但是乳化沥青需要在专业厂内进行加工,生产成本高,质量控制要求严; 由于乳化沥青中含有40%左右的水,在和原路面材料拌和过程中有可能出现水量超过最佳含水量的现象,导致无法进行碾压成型; 需要养护时间长,而且随乳化沥青类型而变化。
(3) 泡沫沥青应用时间相对较短,但是发展速度非常快,泡沫沥青稳定材料具有很好的粘弹性和抗疲劳性能,施工使用标准的重交沥青,简单易得,工程造价远低于乳化沥青,在摊铺压实后可以立即开发交通。不足之处在于现场需要160℃的高温沥青,同时对0.075mm以下粉料数量有最低要求。
道路冷再生技术在中国大部分省市已经得到认可和大规模的应用,应用类型也从最初的单纯水泥冷再生,逐步丰富形成泡沫沥青、乳化沥青冷再生。应用的道路等级也从最初的低等级公路,广泛推广到高等级、重交通公路。进入21世纪以来,随着越来越多公路进入维修养护和改造阶段,每年约有12%的路面要大修,如何对这些物料采用再生技术进行再利用,用于路面新建或路面维修工程,既有利于环保,又可节约大量投资。大量的旧路面材料再生利用,对于减少污染,保持水土,以较少的投资修筑更多的公路,符合国家对建设节约型社会的精神要求,具有重要的社会和经济意义。
建筑机械杂志社
2018年1月24日
 
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