道路再生技术属于路面维修保养的范畴,从再生方式不同的角度,可以把再生技术为分成再生和冷再生两种。目前,在我国应用较多的路面冷再生工艺主要有现场冷再生、厂拌冷再生两种。现场冷再生技术与热再生工艺相比较更环保,冷再生技术所需要的再生设备不需要加热系统,这样就节省了大量的燃料,降低了环境污染,减少了施工过程当中的烟气,为一线施工工人带来了切实的利益。另外,相比于厂拌冷再生技术,现场冷再生技术施工工艺大大简化,缩短了施工工期,产生了巨大的社会效益以及经济效益。
1沥青混凝土路面现场冷再生路面设计理论和方法
1.1再生路面设计理论
主要以均布荷载作用下多层弹性连续体系理论为参考,并进行了各层底拉应力演算和层顶弯沉值计算。
1.2再生路面结构设计方法
1.2.1旧路调查在工程进行前,首先要确定旧路面是否有利用可能,试验和实践经验都认为:旧路可以作为再生基层的条件是,旧料中5mm以上的粒料的含量要在30%以上[1]。1.2.2组成材料设计1)当旧料的级配不满足规范时,可按推荐级配要求在旧料中掺入新料。如,当旧料中5mm以上的粒料含量很高(一般认为>80%)时,可按级配要求加入部分细料,增强混合料的结构强度。当旧料中5mm以上的粒料含量较低(一般认为<30%)时,则需增加粗骨料成分,以保证混合料结构强度。2)对旧料中的土质进行分析,以测得的塑性指数为指标确定添加剂种类,具体见表1。3)根据击实实验确定再生料的最佳含水率及最大干重。4)按试验规范制作试验试件,养生完毕后确定无侧限抗压强度指标,根据规范要求的路面再生结构层强度要求指标(见表2),选择添加剂的最佳剂量以完成现场路面铺筑试验。1.2.3再生路面结构设计1)首先进行交通量调查,根据分析结果提出路面各结构层厚度、强度指标,拟定出新的路面结构。施工条件下再生层做基层或底基层时,一般厚度要大于15cm。2)计算再生路面底层弯沉值的方法为,首先根据旧路结构层减去15~20cm的冷再生结构层厚度,然后用剩余结构层可以计算出底面弯沉值。3)把冷再生的路面结构层看成一个单独的结构层,根据路面补强设计思路,以路面设计弯沉值为依据可以计算出新路面结构层各层厚度。4)用路面结构计算软件,将已经算出的厚度以及各层的回弹模量带入软件当中,可得到路面结构层的层底拉应力、结构层顶层的弯沉值。5)将各层顶弯沉值作为施工质量控制标准。1.2.4现场冷再生混合料级配范围通过大量的室内试验可知,对于冷再生混合料的路用性能影响最大的一个因素是骨料的级配情况,混合料级配是混合料强度的保证[2],只有合理的级配组成才能保证混合料的骨架密实结构。我们可以通过对铣刨旧料的强度分析反算出要求的混合料级配,在经过实践经验和理论验证的情况下,现推荐一组适合冷再生混合料的基层级配(见表3)。对于现场冷再生的沥青混合料,当其作为基层时可以将级配的要求放宽,只要控制关键筛孔就可以,比如说0.075mm的粒料通过率为5%~20%,0.6mm的粒料通过率为不小于10%,4.75mm的粒料通过率不小于40%等。
2现场冷再生技术特点和施工工艺
2.1现场冷再生的技术特点
现场冷再生技术不仅可以完成高等级公路的改造以及维修。也适用于一般道路的改造与维修。其主要优点如下:1)生态环保现场冷再生技术的一个突出优点为环保。目前,我国早些年修筑的公路逐步进入大修期,现场冷再生技术一方面是在常温下拌合,并且大大减少了沥青、石、砂子的使用,起到节约自然资源的作用;另一方面,不用将废旧的沥青混合料丢弃到自然界中,造成对环境的污染。这这种情形下,现场冷再生技术可以帮助改善环境,从而带来良好的社会效益。2)对原路基的损坏小,施工周期短因为再生机对路面深度有着精确的管控,所以可以避免对再生层下部的扰动和破坏,从而路基的破坏就可以有效避免;因为再生机一般是一次性作业,碾过路面一次就可,这不仅简化了施工工艺,还有效缩短了施工周期。3)交通干扰小沥青路面现场冷再生时只需要关闭一个行车道对其维修,其余车道均可以开放交通,这样就减少了因为路面维护队交通的影响,特别是对交通量较大的地方,效果更为显著。4)节约资金根据国外研究经验,冷再生费用仅仅是传统维修费用的三分之二左右[3],所以,对于业主和国家来说,可以使工程资金高效利用,减少了国家以及业主的投资风险。
2.2冷再生技术施工工艺
目前,还没有规范对冷再生施工工艺进行控制和管理的要求。现行的冷再生的基本工作流程主要是:(1)准备再生材料;(2)加水和添加剂拌和;(3)成型碾压;(4)加铺路面磨耗层。
3施工注意事项
3.1施工前准备工作
1)对旧路进行弯沉检测,了解旧路现有的承载力状况,计算旧路E0值;2)进行交通量、交通轴载调查,然后根据调查结果计算“累计标准当量轴载次数”,提出对新路面的强度及厚度要求;3)对旧路进行钻芯取样,确定基层材料性质、旧路面层厚度、等参数,为现场冷再生路面结构层提供设计依据;4)确定再生路面的冷再生沥青混合料级配和外掺剂剂量;根据再生路面结构层强度要求,确定最佳的外掺剂及剂量,根据最佳掺量进行试验路铺筑。
3.2现场冷再生技术施工工艺过程
1)对路面进行清洁处理,保持铣刨范围内路表洁净。2)旧路铣刨,铣刨后粒径大于40mm的废旧沥青混合料要进行拣除,或人工破碎。3)加水,在对旧路铣刨的同时加水,使旧沥青混合料含水量达到最佳含水量(X0)。4)摊铺添加剂,按需要的压实厚度、外掺剂的剂量、最大干容量(Q0)要求,计算单位平方米内冷再生料的外掺剂需求量。5)再生拌和,再生机拌和时要同步洒水,为了达到拌合均匀要求,可以适当增加拌合次数。6)路面初平,当拌和完成后,根据路拱横坡要求操控路面再生机快速进行路面初平。7)找平,按再生路面设计高程及横坡,用再生机对路面进行初平、中平、细平,直至横坡、高程满足新路面设计要求。8)路面碾压成型,从加水至压实完毕,不能超过水泥的终凝时间。在碾压过程中不准间歇。9)养生,冷再生路面结构层强度形成与养生质量有密切联系,冷再生路面强度的降低在一定程度上是由于养生质量不达标引起的。
4现场冷再生施工质量控制
4.1级配控制
当进行沥青路面现场冷再生施工时,要根据旧路面情况的不同,对路段级配做出合理划分,一旦发现级配和设计级配出现偏差,应当立马分析原因,调整沥青路面再生机的再生速率。
4.2含水量控制
沥青路面现场冷再生技术的技术要点是对强度和压实度的控制,因此,在实际的施工操作过程中一定要根据实际测得的数据进行含水量设计。一般工程做法为:最佳含水量为设定值减去原路面砂砾含水量的测试值再加上1%~1.5%[4]。这样在施工过程中,消耗的水量就能及时补给,从而保证规范中要求的含水量。
4.3再生深度控制
当进行沥青路面现场冷再生作业时,对于再生路面的再生深度一定要严格按照设计要求厚度施工。当路面再生厚度比较大时,外掺剂的剂量就会较少,难以达到设计所要求的压实厚度;同时,如果厚度不足,没有达到规范的最低要求,相应的外掺剂的剂量会增加,基层的施工质量也难以控制。如果厚度设定的不准确,在再生机的底部拌合时,就容易留下夹层,夹层的存在一是会减少水稳层厚度,二是会降低路基路面强度,减少承担荷载的能力[5]。除了要对以上指标进行质量控制以外,还有对高程的控制、接缝的控制、碾压的控制、时间的控制等等。施工时,要注意全面把握,不能忽视任何细微方面,只有本着全面把握,重点控制才能铺筑出质量好,功能优的道路。
5结语
本文介绍了关于道路现场冷再生技术的设计方法,施工工艺,质量控制,可以得出以下结论:1)相对于其他道路再生技术来说,现场冷再生技术有很多优势,环保节能,对交通干扰小,工期短,节约投资,还能延缓道路老化,降低道路空隙率,非常适合我国以后路面维护的发展趋势,有广阔的发展前景。2)道路现场冷再生的施工方案在拟定时,要充分考虑当地情况,进行详细的实地调查,然后调出最佳级配,通过室内试验测定外掺剂的剂量,最后确定掺加剂量,得到符合要求的新料。道路现场冷再生技术不但能带来巨大的经济效益,还能保护环境,给我国的环保工作添砖加瓦,有着良好的社会效益,给国民生活带来了切实的利益。
作者:王静轩 单位:河北省高速公路衡大管理处