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浅析沥青路面就地冷再生技术在晋阳高速大修中的应用论文
摘要：结合晋阳高速公路沥青路面就地冷再生技术处治，分析了沥青路面材料及旧集料的性质，结合无机结合料稳定冷再生沥青混合料设计，简述了沥青路面就地冷再生施工方法。
关键词：晋阳高速；路面；沥青；就地冷再生
晋阳高速公路东西走向横跨于晋城与阳城之间，它于1996年5月1日破土动工，1997年12月25日全线胜利建成通车。该路东起晋城市西南牛匠村，经泽州、阳城两县，以及周村、北留、润城三镇，西止于阳济公路叉口处，南接晋焦高速公路，全长36.029cm。作为晋城市境内的首条高速公路，晋阳高速公路的建成极大地缓解了该市交通运输压力，促进了晋城地区经济的发展。但随着近年来车流量明显增大，路面损毁较严重，为此，山西省高速公路管理部门决定对其进行全线大修。
晋阳高速公路大修工程于2009年4月8日开始实施，采取半幅限制通行、半幅封闭施工交通管制措施。晋阳高速公路全长36.029cm，设计为4车道，全封闭全立交。其中，全幅高速公路28cm,路基宽度为21.5m、行车道宽为2×7m，半幅高速公路8cm，路基宽度为12m，行车道宽为2×4.5m，设计时速为80km/h，沥青路面27.6cm，水泥路面8.5cm。通过对原路面状况的调查、原路面材料的取样和试验、路面病害成因的分析，确定沥青路面有55％的路段适合沥青路面就地冷再生处治，并在此基础上加铺8cm～15cm沥青稳定碎石基层和10cm沥青混凝土面层。
沥青路面就地冷再生，是采用专用的就地冷再生设备，对将需要翻修或旧沥青路面进行现场冷铣刨、破碎和筛分(必要时)，掺入一定数量的新集料、再生结合料、活性填料(水泥、石灰等)、水，经过常温拌和、摊铺、碾压等工序，一次性实现旧沥青路面再生的技术，它包括沥青层就地冷再生和全深式就地冷再生两种方式。仅对沥青材料层进行的就地冷再生称为沥青层就地冷再生；再生层既包括沥青材料层又包括非沥青材料层的，称为全深式就地冷再生。
1 旧沥青路面材料的性能
沥青混凝土路面使用黏结力较强的沥青材料作为结合料，大大增强了矿料间的黏结力，提高了混合料的强度和稳定性。使路面的使用质量和耐久性得到提高。但沥青路面在车轮荷载作用下，承受着压应力、剪应力和拉应力等，同时沥青路面长期暴露于大自然，会受到各种自然因素如氧、阳光、温度、水、风等的作用，致使混合料中的沥青、骨料阶性能发生物理、化学变化，并最终表现为沥青混合料使用品质下降。沥青路面老化主要是沥青的老化和骨料的细化。沥青混凝土路面的损坏总体可分为两大类，一类为结构性损坏，包括路面结构整体或其中某一部分的破坏，使路面不能支承预定的荷载；另一类为功能性损坏，它可能不伴随结构性损坏而发生，但由于平整度和抗滑性能等的下降，使其不再具有预定的功能，从而影响了行车质量。
1.1 旧沥青的性能
沥青是由多种化学结构极其复杂的化合物组成的一种混合物，其老化主要表现为针入度降低、黏度增大、延度减少、软化点提高等。表1列出回收旧沥青的几项常规指标。
1.2 旧集料的性质
沥青路面在车辆动、静荷载作用下承受着拉应力、压应力和剪应力，因此嵌挤在混合料中的集料颗粒是三维受力，在某一瞬时其受到的力会大于颗粒的极限强度而发生破裂，其破裂可分为3种形式：①对针片状颗粒，由于受其几何尺寸的限制，其抗弯拉能力差，很易折断破坏；②有时颗粒承受的瞬时剪应力超过其极限剪应力，出现剪切破坏；③在荷载作用下相邻颗粒间会发生相对位移，产生摩擦力，从而相邻颗粒表面相互磨损而使细颗粒增加。
由于粗骨料主要承受着外部应力的作用，细骨料则起填充作用，因此骨料破坏也以粗骨料为主，也就是说，集料细化主要表现为粗骨料向细骨料的转化，而细骨料进一步细化成粉料则表现的不明显。集料的细化改变了沥青混凝土的级配，使骨架的嵌挤作用减弱，从而使整个结构的抗剪强度减小。同时，骨料的每次破坏都会形成两个破坏面，此两个破坏面上没有沥青的裹覆，这样骨料很易散失、剥落，造成路用性能下降。
2 无机结合料稳定冷再生沥青混合料设计
冷再生沥青混合料因其中掺加了一定比例的旧料和再生剂(水泥、石灰)，故其配比设计与普通的新拌沥青混合料有所不同，但其基本的设计思路仍与普通的沥青混合料设计相一致。
冷再生沥青混合料的配比设计首先要满足路用要求，要因地制宜、经济实用，同时要注意：①应具有抵抗施工过程中和自然因素引起老化的能力，具有较长的使用服务期；②应尽可能地利用旧料，提高旧料掺配率，从而有效地降低工程成本，产生显著的经济效益；③应考虑施工的方便性，易于生产、拌和以及摊铺压实。
设计时应根据交通量和道路等级、自然气候条件、旧沥青路面材料的现状、施工方法等要素确定混合料类型。冷再生沥青混合料配比设计步骤大致可表示成：
对旧沥青混合料的评价→冷再生沥青标号的选择→再生剂的选择与用量确定→确定旧料掺配率→新骨料的级配→冷再生混合料的最佳沥青用量的确定一目标配合比验证→生产配合比的调试。
无机结合料稳定再生混合料技术要求见表2。
3 沥青路面就地冷再生施工方法
在确定采用沥青路面就地冷再生处治后，首先铺筑试验路段，长度不宜小于200m，从施工工艺、工程质量、施工管理、施工安全等方面进行检验，确定工艺参数。综合考虑施工季节、气候条件、再生作业段宽度、施工机械、运输车辆的效率和数量、操作熟练程度、水泥终凝时间等因素，综合确定每个作业段的长度。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。冷再生施工设备一般包括：水罐车、水泥浆车(有条件时)、冷再生机、摊铺机、压路机。再生机为Wirtgen公司生产的WR2500型就地冷再生机，该机是中型轮胎式多用途再生机，可进行冷再生，也可进行稳定土拌和。该机可装备泡沫沥青发生及喷洒系统，乳化沥青喷洒系统及水泥稀浆喷洒系统。与传统的机械相比，维特根WR2500型路面再生机能为用户提供许多显著的优点和相当大的功率贮备。维特根WR2500型就地冷再生机是冷再生技术中广泛应用的设备，并且在多条采用沥青路面冷再生处治的高速公路及一级公路中应用。
启动施工设备。按照设定再生深度对路基进行铣刨、拌和。再生机组必须缓慢、均匀、连续地进行再生作业，不得随意变更速度或者中途停顿，再生施工速度宜为4m/min～10m/min。单个再生至一个作业终点后，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。纵向接缝的位置应避开快、慢车道上车辆行驶的轮迹，纵向接缝处相邻两幅作业面间的重叠量不宜小于100mm。
根据再生层厚度、压实度等的需要，配备足够数量、吨位的钢轮压路机、轮胎压路机，按照试验段确定的压实工艺进行碾压，保证压实后的再生层符合压实度和平整度的要求。沥青路面就地冷再生施工须采用流水作业法，使各工序紧密衔接，尽量缩短从拌和到完成碾压之间的延迟时间。初压时混合料的含水率应比最佳含水率大1％～2％，碾压过程中，再生层表面应始终保持湿润，如水分蒸发过快，应及时洒水。碾压过程中若出现弹簧、松散、起皮等现象时，应及时翻开重新拌和，使其达到质量要求。
使用无机结合料的全深式就地冷再生，养生和开发交通应满足以下要求：①碾压完成并经过压实度检查合格后的路段。应立即进行养生。养生可采用湿砂、覆盖、洒水等方法。②养生时间不宜少于7d，整个养生期内再生层表面应保持潮湿状态。养生期内禁止除洒水车辆以外的其他车辆通行。③后续施工前应将再生层清扫干净，并洒少量水湿润表面。
就地冷再生工程完工后，应将全线以1km～3km作为一个评定路段，按照表3的要求进行质量检查和验收。 从目前的工程实践来看，沥青路面就地冷再生技术在道路再生中具有明显的优势，具体表现为：①节省成本，包括材料和运输成本，与其他传统的施工方法相比，总投资可节省40％。50％②不损坏路基，提高旧路等级，且能够精确控制铺层厚度；③由于无需对旧料实施运输、破碎工艺，因此工期缩短；④可以充分利用旧路的沥青、石料等材料，减少了新材料的开采，具有重大的环保效益；⑤沥青冷再生技术采用的筑路机械具有封闭式自动控制添加系统，可以实现合理配比、防止粉尘飞扬，有利于文明施工。
4 结束语
综上所述，采用沥青路面就地冷再生技术，可以充分利用旧料，通过选择适当的配比及新旧料掺和比例，可以再生得到质量相当不错的再生混和料。实践表明，这种再生混合料可以使用于高等级公路的沥青基层。同时，利用沥青路面就地冷再生技术可以取得相当可观的经济效益和显著的社会效益。
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