沥青路面冷再生技术和施工实践

1. 沥青路面冷再生技术和施工实践 吴剑 技术经理 上海龙孚材料技术有限公司 2011/3/16 北京

2. 主要内容

3. 冷再生的历史与发展 • 沥青路面冷再生在上世纪七十年代石油危机中得到应用，充分体现冷再生技术的经济和环保价值 • 冷再生技术在法国、德国等欧洲国家应用广泛 • 美国正在积极推广冷再生技术，可以节约30-40%的维修费用 • 我国冷再生技术已经进入快速发展通道，交通部2008年4月发布了我国的《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41-2008）。

5. 沥青路面冷再生技术的原理 将原沥青路面材料破碎，或与新集料等按一定比例重新拌和,并在常温下与再生剂（稳定剂）拌和后形成新的均匀混合料，成为路面结构的一个层次，满足一定的路用性能。

6. 沥青路面冷再生的分类（根据交通部再生技术规范）沥青路面冷再生的分类（根据交通部再生技术规范） • 按照胶结材料分： • 水泥冷再生：低成本，沥青再生料作为半刚性基层集料，常与半刚性基层旧料掺混使用； • 乳化沥青冷再生：沥青再生料再造柔性层，裹覆和粘聚好、新旧胶结料渗透优； • 泡沫沥青冷再生：成本低，裹覆和粘聚效果较差。 • 按照施工流程分： • 就地冷再生：一次性完成，质量控制难，无机会进行基层修复。 • 厂拌冷再生：原材料受控，拌和与成型工艺均受控，再生层施工前有充足的基层修复时间。

7. 再生技术规范对于沥青路面冷再生适用范围的表述再生技术规范对于沥青路面冷再生适用范围的表述 厂拌冷再生 （再生技术规范Pg22 8.1.1） • 厂拌冷再生，适用于各等级公路的回收沥青路面材料（RAP）进行冷拌再生利用，再生后的沥青混合料根据其性能和工程情况，可用于高速公路和一、二级公路沥青路面的下面层及基层、底基层，三、四级公路沥青路面的面层。当用于三、四级公路的上面层时，应采用稀浆封层、碎石封层、微表处等做上封层。 • 厂拌冷再生可使用乳化沥青或泡沫沥青作为再生结合料。

8. 再生技术规范对于沥青路面冷再生适用范围的表述再生技术规范对于沥青路面冷再生适用范围的表述 就地冷再生（Pg26 9.1.1） • 沥青路面就地冷再生，适用于一、二、三级公路沥青路面的就地再生利用，用于高速公路时应进行论证。沥青路面就地冷再生分为沥青层就地冷再生和全深式就地冷再生两种方式。对于一、二级公路再生层可作为下面层、基层；对于三级公路，再生层可作为面层、基层，用作上面层时，应采用稀浆封层、碎石封层、微表处等做上封层。 • 沥青层就地冷再生应使用乳化沥青、泡沫沥青作为再生结合料；全深式就地冷再生既可使用乳化沥青、泡沫沥青等沥青类的再生结合料，也可使用水泥、石灰等无极结合料作为再生结合料。当使用水泥、石灰等作为再生结合料时，再生层只可作为基层。

9. 目前国内工程实践乳化沥青冷再生应用范围 乳化沥青厂拌冷再生目前国内工程实践实际应用范围 • 高速公路大修改造或改扩建工程，半刚性基层破坏比例较大需将原沥青面层和半刚性基层完全铣刨移除，替换为乳化沥青冷再生柔性基层或半刚半柔基层。 • 如：江西昌九高速大修改造工程 • 作为高速公路大修改造或改扩建工程沥青路面下面层使用。 • 如：江西九景高速大修改造工程 • 与乳化沥青就地冷再生应用互补用于一、二、三级公路大修工程沥青路面中、下面层。

10. 目前国内工程实践乳化沥青冷再生应用范围 乳化沥青就地冷再生目前国内工程实践实际应用范围 • 半刚性基层完整或基层局部破坏比例很小且可以修复的沥青路面； • 旧路状况评价指标与标准为弯沉平均值≤0.30mm；当弯沉平均值>0.30mm时，通过取芯进一步评价基层状况； • 一般应用于一、二、三级公路路面中、下面层。 • 如：江苏省G324国道常州段、江苏省S229省道无锡段、江苏省S239省道常州段、江苏省S336省道南通段以及上海奉贤区新林路大修改造工程等

11. 目前国内工程实践泡沫沥青冷再生应用范围 泡沫沥青厂拌和就地冷再生目前国内工程实践实际应用范围 • 高速公路大修改造或改扩建工程沥青路面基层。 • 如：陕西省西阎高速公路、广东省惠河高速公路 • 一、二、三级公路沥青路面下面层。 • 如：湖北省318国道、辽宁省102国道锦州段

12. 再生规范中乳化沥青和泡沫沥青冷再生混合料设计技术要求再生规范中乳化沥青和泡沫沥青冷再生混合料设计技术要求 乳化沥青冷再生混合料设计技术要求 泡沫沥青冷再生混合料设计技术要求

13. 乳化沥青和泡沫沥青冷再生材料差异比较 • 胶结料 • 乳化沥青：以70号或90号基质沥青或改性沥青为基料，在一定的设备和工艺条件下，通过乳化剂及助剂的作用，使沥青（改性剂）与水混溶而成的乳液。通常情况下，就地冷再生宜采用中裂或慢裂型阳离子乳化沥青厂拌冷再生宜采用慢裂型阳离子乳化沥青。 • 泡沫沥青：选择70号或90号基质沥青，一般发泡温度在160℃~180℃，发泡用水量1%~3%之间，不能使用改性沥青。 • 铣刨料 • 乳化再生铣刨料需选择沥青面层的铣刨料，以确保再生料的高性能。 • 泡沫再生铣刨料可以是沥青面层铣刨料，也可以是沥青面层和水稳层或二灰层铣刨料的混合料。

14. 高性能乳化 沥青成品 高速阻流分散 基质沥青+皂液 乳化沥青生产原理

17. 乳化剂的作用 • 沥青乳液的形成和稳定，使得沥青在常温或较低温度下具有工作性 • 增进沥青与石料的粘附，增进沥青对石料的裹覆 • 决定现场工作性能，多元化的乳化剂配方适应材料和工作环境的变异性 • 平衡混合料工作性和强度生成的要求 • 影响最终产品的使用性能：TSR等

18. 泡沫沥青生产原理 当冷水（室温）掺入高温液态沥青（150℃以上）就会产生微细的泡沫而膨胀，膨胀的体积可达10倍以上，并持续数秒的时间后恢复原来的体积。

19. 乳化沥青和泡沫沥青再生裹附和破坏状态比较 泡沫沥青 点状粘附，颜色棕褐 更接近刚性破坏 乳化沥青 完全裹附，颜色黑亮 完全柔性破坏

20. 乳化沥青和泡沫沥青再生劈裂模量比较

21. 乳化沥青和泡沫沥青再生混合料疲劳寿命比较 乳化沥青再生混合料 泡沫沥青再生混合料

22. 乳化沥青和泡沫沥青再生混合料拌合状态比较 乳化沥青再生混合料 泡沫沥青再生混合料

23. 乳化沥青和泡沫沥青再生路面状态比较 泡沫沥青冷再生路面 乳化沥青冷再生路面

24. 乳化沥青和泡沫沥青再生路面表面纹理比较 泡沫沥青冷再生路面 乳化沥青冷再生路面

25. 典型乳化沥青冷再生技术体系 • 旧路的检测与评价 • 基层的检测和处置 • 旧料的获取方法与技术要求 • 旧料的评价与级配 • 符合施工工作性和强度要求的乳化沥青配方 • 再生混合料的配比设计 • 再生拌和楼或现场再生列车的技术要求 • 再生层的施工方法和质量控制 • 罩面层的设计建议

26. “龙旋风”乳化沥青冷再生成套技术 “龙旋风”乳化沥青冷再生成套技术核心内容包括：乳化沥青配方调试、配合比设计、专业拌合站生产或现场再生列车施工以及再生层性能检测成套体系，最终为客户提供高性能乳化沥青冷再生结构层。

27. “龙旋风”乳化沥青冷再生混合料具有比规范更高的技术要求“龙旋风”乳化沥青冷再生混合料具有比规范更高的技术要求 注：1、表面的粘聚力形成状况，表征最早交通开放时间。 2、内部粘聚力状况，表征混合料整体性的初步形成和化学凝聚作用的基本完成。

28. “龙旋风”乳化沥青冷再生成套技术的核心内容“龙旋风”乳化沥青冷再生成套技术的核心内容 “龙旋风”乳化沥青冷再生成套技术的核心包括： • 项目级的乳化沥青 • 乳化沥青的配方 • 乳化沥青生产和质量 • 工程级的再生设备（专业拌合站或专业现场再生列车） • 控制级配和计量精度：准确实现生产混合料配合比的计量要求；使再生能用于更高的层级（高等级公路下面层）。 • 满足乳化沥青的特殊工艺要求：良好裹附，最佳液体量等要求； • 过程控制 • 对再生料的质量负责 • 再生层施工现场支持

29. 为什么需要项目级的乳化沥青配方？ • 再生料的种类不同、清洁程度差异大，导致石料表面电荷特点和化学活性差异很大； • 乳化沥青破乳、凝结的化学进程受到温度、湿度、风力、日照条件的显著影响； • 路面应用方案众多，每一种方案对材料的工作性和最终性能要求差别很大； • 所应用道路技术等级和交通条件差别很大。

30. 项目级的乳化沥青配方技术 • 1、决定再生料的工作性能 • 化学控制破乳 • 碾压帮助破乳 • 2、决定再生路面的使用性能 • 决定初期和最终强度 • 决定再生混合料抗水损害性能

31. 什么才是项目级的乳化沥青配方？ 1、乳化剂的选择 • 乳化剂对再生料工作性能的影响： • 可工作时间 慢（＞7天） 快（1h） • 乳化剂类型 W5-----PC55-----SBT-----MQK-1M------MQ3 2、沥青的选择 • 不同沥青的乳化效果差别很大： • 不同品牌（SK、中石化、壳牌、克拉玛依、中海油） • 是否改性（SBS、SBR）？ 3、成品乳化沥青的质量 • 粒径分布 • 储存稳定性

32. 良好的乳化沥青粒径分布状态—泊松分布

33. 不良的乳化沥青粒径分布状态—双峰分布

34. 决定乳化沥青冷再生混合料设计的核心因素 • 石料（铣刨料和新集料）的活性 • 乳化剂类型和用量（乳化沥青配方） • 乳化沥青对石料的裹覆状态 • 水泥的影响 • 水的影响 • 气候（料温、气温、阳光直射、湿度、风力）的影响

35. 规范规定的乳化沥青冷再生混合料配合比设计方法规范规定的乳化沥青冷再生混合料配合比设计方法 • 我国再生技术规范采用修正的马歇尔设计方法 • 确定工程设计级配范围 • 材料选择和准备 • 矿料级配设计 • 确定最佳含水率 • 确定最佳乳化沥青用量OEC

36. 规范规定的乳化沥青冷再生混合料配合比设计方法规范规定的乳化沥青冷再生混合料配合比设计方法 • 确定工程设计级配范围

37. 规范规定的乳化沥青冷再生混合料配合比设计方法规范规定的乳化沥青冷再生混合料配合比设计方法 • 材料选择和准备 • RAP料 • 新集料 • 矿粉 • 水泥 • 水 • 乳化沥青

38. 原材料 • RAP获取 • 铣刨或破碎 • 分档：二档或三档（视实际工程而定） • 二档：0~10mm、10~30mm • 三档： 0~10mm、10~20mm、20~30mm • 技术要求 • 级配—骨料级配、RAP级配 • 砂当量＞60% • 半刚性材料含量＜1% • 含水量＜2% 施工厚度与RAP最大公称粒径的关系

39. 原材料 RAP料状况评价 • 旧料评测：旧料的筛分（RAP级配）、旧料抽提分析（骨料级配和沥青含量）、砂当量、半刚性基层材料含量、铣刨料的含水量 • 旧料抽提沥青的老化程度分析：针入度、软化点、延度、组分分析

40. 原材料 新集料 根据旧料评价结果和预计使用层次，同时结合工程实际情况，综合确定是否需要添加新集料以及集料的规格和用量。

41. 原材料 矿粉 • 目的 • 调整级配 • 减小孔隙率 • 吸收RAP中水份 • 一般选用石灰石矿粉 • 典型用量：0~1.5%

42. 原材料 水泥 • 目的 • 减小孔隙率 • 增加强度 • 调整级配 • 改善和易性 • 调整破乳和成型时间 • 吸收RAP中含水 • 增强抗水能力 • 一般选用普通硅酸盐32.5或42.5水泥 • 典型用量：0.5~1.5%

43. 原材料 拌和用水 • 目的 • 和易性 • 均匀性 • 避免过早破乳 • 加水量以所有料表面湿润为宜 • 典型用量：1~4%

44. 原材料 乳化沥青配方的目标 • 充分裹覆 • 在压实之前，遏制乳化沥青破乳进程 • 在现实温度、湿度、日照条件下，强度形成速度满足工程要求（确保尽早取出完整芯样）

45. 乳化沥青技术要求 原材料

46. 规范规定的乳化沥青冷再生混合料配合比设计方法规范规定的乳化沥青冷再生混合料配合比设计方法 • 矿料级配设计 • 测得RAP料和新集料等组成材料的级配 • 已RAP料为基础，掺加不同比例的新集料，使合成级配满足工程设计级配要求。合成级配曲线应平顺。

47. 规范规定的乳化沥青冷再生混合料配合比设计方法规范规定的乳化沥青冷再生混合料配合比设计方法 • 确定最佳含水率 • 参照现行《公路土工试验规程》（JTG E40）T0131的方法，对合成矿料进行击实试验，确定最佳含水率。 • 乳化沥青试验用量可定为4%，变化含水率进行击实试验，获得最大干密度时，其混合料的含水率即为最佳含水率OWC。

48. 规范规定的乳化沥青冷再生混合料配合比设计方法规范规定的乳化沥青冷再生混合料配合比设计方法 • 确定最佳乳化沥青用量OEC • 以预估的沥青用量为中值，按照一定间隔变化形成5个乳化沥青用量，保持最佳含水率OWC不变，制备马歇尔试件。 • 将拌和均匀的混合料采用马歇尔击实仪双面各击实50次。 • 将试件连同试模一起侧放在60℃的烘箱中养生至恒重，养生时间一般不少于40h。 • 将试模从烘箱中取出立即放置在马歇尔击实仪上双面各击实25次，然后在室温下冷却至少12h脱模。 • 测试试件毛体积相对密度和最大理论相对密度。 • 将各组油石比试件进行15℃劈裂试验、浸水24h的劈裂试验（或者马歇尔稳定度和浸水马歇尔稳定度试验）。浸水24劈裂试验方法为：将试件完全浸泡在25℃恒温水浴中23h，再在15℃恒温水浴中完全浸泡1h，然后取出试件进行15℃的劈裂试验。

49. 规范规定的乳化沥青冷再生混合料配合比设计方法规范规定的乳化沥青冷再生混合料配合比设计方法 • 确定最佳乳化沥青用量OEC • 根据劈裂强度试验和浸水劈裂强度试验结果（或者马歇尔稳定度和浸水马歇尔稳定度试验结果），结合工程经验确定最佳乳化沥青用量OEC。OEC处的混合料空隙率应满足规范要求。 • 按照现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052）T 0729冻融劈裂试验方法对混合料性能进行检验，检验结果应满足规范要求。

50. 修正马歇尔设计方法的不足 • 没有很准确地模拟现场实际施工压实状态 • 该设计方法没有建立在混合料性能的基础上