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龙旋风™乳化沥青冷再生在连霍高速(G30)西安~宝鸡改扩建工程项目的应用
日期:2011-09-14来源:作者:公路养护
龙旋风™乳化沥青冷再生在连霍高速(G30)西安~宝鸡改扩建工程项目的应用 目 录
一、项目背景 .............................................................................................. 1
二、“龙旋风TM 乳化沥青冷再生成套技术介绍 ............................................. 1
1、“龙旋风TM 乳化沥青冷再生成套技术在国内的应用情况 .............................. 1
2、“龙旋风TM 乳化沥青冷再生成套技术质量控制体系 ....................................... 3
2.1、原材料活性控制 .................................................................................................. 3
2.2、精细化乳化沥青配方设计和混合料配合比设计 ....................................... 4
2.3、专业的乳化沥青冷再生设备 ........................................................................... 5
2.4、系统的施工工艺控制 ......................................................................................... 6
三、“龙旋风TM 乳化沥青冷再生成套技术在西宝高速的应用情况 .................. 6
1、施工结构层方案介绍 ................................................................................................... 6
2、乳化沥青配方及混合料配合比设计 ........................................................................ 7
3、施工质量控制 ................................................................................................................. 9
3.1 筛分系统和拌和系统 ........................................................................................... 9
3.2 再生料拌和、运输、摊铺、碾压、取芯检测 .......................................... 11
四、“龙旋风TM 乳化沥青冷再生与其他柔性过渡层对比 .............................. 12
1、乳化沥青冷再生与泡沫沥青冷再生技术对比 ................................................... 12
1.1 配合比设计 ......................................................................................................... 12
1.2 混合料性能 .......................................................................................................... 14
1.3 施工质量控制体系 ............................................................................................ 15
1.4 乳化沥青冷再生与泡沫沥青冷再生对比结论 .......................................... 18
2、乳化沥青冷再生与ATB-30 技术对比 .................................................................. 19
2.1 室内试验性能比较 ............................................................................................ 19
2.2 施工后路面比较 ................................................................................................. 19
3、柔性过渡层比较结论 ................................................................................................ 21
五、乳化沥青冷再生带来的价值................................................................. 22
1、节约直接费用 .............................................................................................................. 22
2、节约间接费用 .............................................................................................................. 22
3、环境效益 ....................................................................................................................... 23
一、项目背景
西安至宝鸡高速公路改扩建是连云港至霍尔果斯高速公路(G30)在陕西省境内的重要组成部分,也是陕西省交通运输的主要动脉和关中区域的“黄金大通道”。路线东起西安绕城高速公路阿房宫立交,止于宝鸡市千河以西南坡村,途径4 市9 县(区)。其中阿房宫立交至兴平段设计为新建整体式双向8 车道高速公路,兴平至陈仓段原路单侧加宽为8 车道高速公路,陈仓至宝鸡市千河段为整体双向6 车道高速公路,路线全长143.1 公里。
西宝高速改扩建南半幅已于2010年9月1日顺利通车,为了确保工程质量,提高安全可靠系数,修筑精品工程,项目业主经考察对北半幅在设计上进行了较大变更,将原有大约80%旧路面结构层挖除,从而大量减少纵向拼接缝。这样一来仅仅北半幅就要产生约20万吨沥青铣刨料,加上原南半幅已铣刨出的10万余吨旧沥青料,整个项目面临约30万吨旧沥青铣刨料的处理问题。如何更充分发挥这些旧料的价值,为日后解决其他项目类似问题打下良好基础和技术积累,成为陕
西乃至全国公路建设的一个技术难点同时也是技术创新点。所以本着充分发挥旧料价值并结合西宝高速改建项目实际的情况,西宝高速公路改扩建项目管理处在BM-04标采用乳化沥青冷再生技术对旧料的再利用。
自2011年4月30日,乳化沥青冷再生试验段在杨凌西收费站A匝道下面层顺利施工以来,乳化沥青冷再生混合料表现出早期强度、裹覆效果更近传统热拌料,受到前来项目参观的公路建设领域内专家、领导的一致好评。
二、“龙旋风TM 乳化沥青冷再生成套技术介绍
1、“龙旋风TM 乳化沥青冷再生成套技术在国内的应用情况
“龙旋风TM 乳化沥青冷再生体系”是上海龙孚材料技术有限公司和美国
MeadWestvaco 的技术团队共同开发的道路解决方案。该技术团队是一支由全国
最早从事乳化剂和乳化沥青研究的知名专家马云容、黄文元博士后领衔的拥有
20 余人的队伍,其中超过50%具有化学、道路材料、道路和铁道工程等专业硕
士以上学历。他们经过大量的室内研究和工程经验,通过化学、材料学、力学相
结合的方式建立了乳化沥青的种类与铣刨料特性在乳化沥青冷再生混合料的早
期强度(扫刷、粘聚力、车辙板取芯)、裹附效果、最终性能(强度、水稳定性、
高温、疲劳寿命等)之间的相关关系,并提出了相关试验方法及指标。因此,能
够针对铣刨料的特性,快速设计出项目级的乳化沥青配方,保证乳化沥青冷再生
混合料能够快速形成强度,2~3d 能够取出完整芯样,且混合料的最终性能能够
达到或接近热拌沥青混合料的技术指标。
目前,该技术在江苏和江西等省份冷再生项目中得到了大规模的应用,在四
川、上海、河南等省份也做了不同规模的试验路。

公路养护

2011/9/14 18:20:35

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龙旋风乳化沥青冷再生在西宝改扩建项目上的应用0615

公路养护

2011/9/14 18:19:11

图 1 “龙旋风TM 乳化沥青冷再生”混合料设计流程
2.3、专业的乳化沥青冷再生设备
“龙旋风TM 乳化沥青冷再生”混合料的生产采用专业的乳化沥青冷再生拌和
设备,主要由筛分系统和拌和系统组成。
(1)筛分系统
筛分系统震动筛设置了10mm 和32mm 两道筛网,将铣刨料分成9.5mm 以
下细集料部分、9.5mm~31.5mm 粗集料部分和31.5mm 以上超粒径部分。对超粒
径颗粒配备了专门的破碎装置进行破碎,破碎后通过闭合回路再送至震动筛进行
二次筛分。
(2) 拌和系统
“龙旋风TM 乳化沥青冷再生”混合料拌和系统采用连续式稳定土设备的基本
架构,但增加1 个拌和锅,实现无机类原材料与有机类原材料拌和的分离。与此
同时,其配料控制达到和超过热拌和楼水平。所有冷仓和外加剂添加单元均单独
控制,实时质量流量控制,集料的控制精度为±2%,水泥/矿粉的控制精度为
±0.3%,乳化沥青和水的控制精度为±0.2%;系统能够自动运行、协同控制、超
限报警并动作、极限停机,最大限度减少人为干预;方便标定和过程控制;乳化
沥青拌和锅具有足够的有效拌和长度,且能够根据情况调整拌和长度,保证乳化
沥青冷再生混合料的均匀裹覆。
2.4、系统的施工工艺控制
乳化沥青冷再生的施工工艺与热拌沥青混合料(HMA)存在较大的差异性,
从后场的拌和至现场的摊铺、碾压均存在较多的不同之处。HMA 工艺的控制因
素是沥青与集料的加热温度,而拌制乳化沥青再生混合料的重要控制因素是沥青
乳液的类型、集料的含水量以及拌和时间等。
“龙旋风TM 乳化沥青冷再生体系”是在总结大量工程经验的基础上,结合化
学和材料学的特点,从施工过程中能量守恒的角度出发,重点从原材料的破碎、
筛分、拌和到乳化沥青再生混合料的运输、摊铺与碾压等环节进行分析、归纳总
结,最终提出厂拌冷再生沥青混合料系统的施工工艺,总结施工各环节的质量控
制要点,以确保修筑出高质量冷再生沥青路面。
三、“龙旋风TM 乳化沥青冷再生成套技术在西宝高速的应用情况
1、施工结构层方案介绍
按照交通量西宝高速属特重交通,为适应重载车辆比例较大的特点,新建沥
青面层与半刚性基层之间增加柔性过渡层,改善行车荷载在路面结构内部的应力
分布,减少半刚性基层裂缝对上部沥青路面的影响。乳化沥青冷再生柔性层主要
集中在BM-04 合同段,全段18.97 公里及管段内所有立交匝道的结构层方案如
下:
表2 西宝高速改扩建BM-04 合同段路面主要结构方案
层位 主线 硬路肩 匝道
上面层 4cm SMA-13 4cm SMA-13 4cm SMA-13
中面层 6cm AC-20C 18cm 乳化沥青
冷再生
6cm AC-20C
下面层 12cm ATB-30 15cm 乳化沥青冷再生
基层 约60cm 水稳碎石 40cm水稳碎石40~54cm 水稳碎石
2、乳化沥青配方及混合料配合比设计
在西宝冷再生项目开始之前的一个月的时间内,上海龙孚和MWV 的技术团
队综合考虑旧料、新料(如果需要)、活性填料性质、气候及施工条件,采用了
4 种乳化沥青配方,对每个配方,按照0.5%的变化量确定5 个乳化沥青用量,在
各乳化沥青用量下与合成级配的矿料分别进行试拌,观察混合料的工作性、拌和
均匀性、与集料裹覆状态及混合料的浆态。最终初选出两种配方,与集料拌和后
集料表面颜色均接近乳化沥青本身颜色,且裹附均匀全面,基本无花白料,和易
性好,有少量浆体,但浆体不流淌、不聚集,粗细料不分离,则混合料达到理想
拌和状态。
根据初步选定的2 种乳化沥青配方,在其推荐液体组合下,成型试件,在
25℃条件下进行养生,养生结束后立即进行混合料早期强度试验(粘结力试验、
磨耗试验和钻芯试验)。粘结力试验(配合钻芯)和磨耗试验分别测试混合料表
面和内部的粘聚力早期形成状况。表面的粘聚力形成状况,表征最早交通开放时
间。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。
最终确定了一种拌和状态和早期强度均较好的乳化沥青配方。
在混合料配合比设计阶段,选取 5 乳化沥青用量,间隔0.5%,在每个乳化
沥青用量对应的液体组合下,拌制乳化沥青冷再生混合料,按照《公路沥青路面
再生技术规范》JTG F41-2008 中规定的方法,确定最佳乳化沥青用量为3.5%,
其最佳含水量和最佳乳化沥青用量组合下混合料的性能见表3。
表3 乳化沥青冷再生混合料技术要求
试验项目 技术要求 实测值
早期强度
粘结力(g/cm2) 不小于 185 214.2
磨耗损失率(%) 不大于2.0 1.2
芯样完整度(%) 不小于80 95.3
劈裂试验(15℃)
劈裂强度(MPa) 不小于0.55 0.85
干湿劈裂强度比(%) 不小于 85 88.9
马歇尔稳定度试验
40℃马歇尔稳定度(kN) 不小于6.5 9.97
浸水马歇尔残留稳定度(%) 不小于 80 90.0
冻融劈裂强度比TSR(%) 不小于 70 88.7
60℃车辙动稳定度(次/mm) 不小于 2000 4125
备注:以上技术要求均为上海龙孚材料技术有限公司企业标准,其中早期强度为上海龙孚和
MWV 的技术团队自主研发的试验方法。
3、施工质量控制
乳化沥青冷再生混合料的施工质量主要从原材料的破碎、筛分、拌和到乳化
沥青再生混合料的运输、摊铺与碾压等环节进行控制,以确保修筑出高质量冷再
生沥青路面。
3.1 筛分系统和拌和系统
图 2 龙旋风TM 乳化沥青冷再生设备筛分系统
图 3

公路养护

2011/9/14 18:18:01

表1 乳化沥青冷再生应用情况
应用工程 里程 实施时间 路面结构
江西省昌九
高速改建
97 公里 2006.11-2007.9
4cm+6cm+6cm 新铺沥青面层
+12cm 冷再生层(上基层)
+原水稳基层、级配碎石底基层
江西省九景
高速技改
134 公

2008.10-2009.10
4cm+8cm 新铺沥青面层
+12cm 冷再生层(下面层)
+原水稳基层、级配碎石底基层
江西省昌九
高速南端连
接线技改
16 公里 2009.08-2010.5
4cm+6cm 新铺沥青面层
+12cm 冷再生层(下面层)
+原水稳基层、级配碎石底基层
江苏省S229
省道无锡段
2007
4cm 新铺SMA
+9.5cm 乳化冷再生
+2.5cm 原铣刨剩余 AC-16cm+原20cm 二灰碎石
江苏省G104
国道
2008
3cm 新铺SMA
+10cm 乳化冷再生面层
+原3cm AC-20 面层+原20cm 二灰碎石基层
河南省郑漯
高速改建
10 公里 2010
10cmAC-20+12cmATB-30 新铺沥青面层
+14cm 乳化再生层
+原水稳基层、级配碎石底基层
上海市奉贤
区新林路
10 公里 2010
4cm 新铺沥青面层
+8cm 乳化再生下面层
+20cm 原水稳基层
其中2010 年9-10 月份,在与西宝高速改扩建项目类型相似的,京港澳高速郑
州至漯河段改扩建加宽项目中,通过成功应用了龙旋风乳化沥青冷再生体系,达到
了充分发挥旧料利用价值及为河南省日后高速公路乳化再生施工积累宝贵经验的
目的,受到了河南全省乃至全国公路建设者的高度关注。并在2011 年1 月经河南
省交通厅科研技术鉴定,与会众多国内道路专家一致认定,本次京港澳高速郑州至
漯河段改扩建项目采用的龙旋风乳化冷再生技术具备国际领先水平。
2、“龙旋风TM 乳化沥青冷再生成套技术质量控制体系
2.1 原材料活性控制
(1) 铣刨料。
除《沥青路面再生技术规范》(JTG F41-2008)中乳化沥青冷再生对铣刨料
的要求外,上海龙孚和MWV 的技术团队还特别注重对铣刨料本身活性的研究,
以便更快速的选择与铣刨料具有良好配伍性的乳化剂和乳化沥青,从而保证乳化
沥青冷再生混合料的施工和易性和裹覆均匀性,提高混合料的早期强度。
(2) 水泥
虽然“龙旋风TM 乳化沥青冷再生体系”中水泥的用量非常少(≤1.5%),但对
水泥的品种有严格的要求。通过室内大量的试验研究经验得出,水泥的品种和水
泥出厂日期的长短对乳化沥青混合料体系的活性影响很大。水泥的选择不当会造
成混合料中乳化沥青破乳过快,但混合料强度成型却很慢。一般来说,应尽可能
选择普通硅酸盐水泥(不可使用矿渣水泥),且出厂时间较短的,对乳化沥青冷
再生混合料体系才会有帮助。
(3)乳化沥青
“龙旋风TM 乳化沥青冷再生体系”中,乳化沥青是最为重要的原材料。乳化
沥青的配方关乎乳化沥青冷再生混合料的施工和易性、裹覆均匀性、早期强度和
最终性能,但乳化沥青的配方选择要综合考虑所在项目当地的气候条件、道路等
级、交通量、乳化沥青冷再生所在层位、铣刨料和水泥的活性等因素,因此乳化
沥青的配方选择对于乳化沥青冷再生项目的成功与否至关重要,在混合料配合比
设计之前必须通过配伍性试验来确定乳化沥青的配方。
(4)新集料、矿粉和水
新集料、矿粉和水质量应满足现行《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40)
的要求。
2.2、精细化乳化沥青配方设计和混合料配合比设计
跟《公路沥青路面再生技术规范》JTG F41-2008 中乳化沥青冷再生混合料
的设计方法有所不同,“龙旋风TM 乳化沥青冷再生”混合料配合比设计更注重前
期乳化沥青配方的选择过程,它的设计流程包括铣刨料分析、乳化沥青配方选择、
混合料配合比(新加集料、填料、水、乳化沥青用量)设计和混合料性能验证四
项内容。“龙旋风TM 乳化沥青冷再生”混合料设计流程如图1 所示。
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