乳化沥青冷再生技术应用研究

VIP免费
3.0 高德中 2025-01-09 6 4 4.33MB 96 页 15积分
侵权投诉
摘要
随着我国等级公路建设高峰期的过去，大量早期建设的等级公路逐渐进入大、
中修期，可以预想若都采用新材料，抛弃旧废料，将是对资源的浪费及环境的污
染。同时，社会经济可持续发展，提倡“减少资源消耗，回收资源再利用”。乳化
沥青冷再生技术具有节能、环保、经济等优点，在道路养护与维修中应推广应用。
本文在国内外资料研究、分析基础上，依托嘉兴市 320 国道世贸花园段专项
治理工程，通过乳化沥青冷再生混合料现场铺筑、观测、现场及室内试验，对此
项冷再生技术中关键材料、设计方法、性能检测、施工工艺等方面进行了系统的
研究。主要研究内容和成果为：
用于冷再生的乳化沥青配制技术研究。首先,分析了沥青乳化、破乳机理及影
响因素；分析乳化沥青微观结构与性能关系；提出冷再生用乳化沥青固含量不应
小于 62%；提出基于项目级乳化沥青配方的设计方法。
乳化沥青冷再生混合料设计方法研究。以国内外常见设计方法为基础，结合
工程实践，对混合料设计时外用水量及成型方法进行优化，得出结合裹覆及性能
指标试验确定外用水量，击实方式应根据不同工程试验路性能检测结果确定，不
应套用规范；提出本文试验路采用的乳化沥青冷再生混合料配合设计方法。
乳化沥青冷再生混合料物理力学性能研究。分析了乳化沥青再生混合料抗拉
性能、水稳定性能、高温稳定性能以及抗剪性能。对影响性能的几种关键因素进
行了分析。
乳化沥青冷再生施工工艺及经济与社会效益分析。对乳化沥青冷再生的施工
方案确定过程、施工工艺、施工组织管理及施工监测和质量控制进行分析阐述，
指导乳化沥青冷再生技术的工程应用；对试验路的再生费用进行计算，并结合结
果进行经济及社会效益分析，给予综合评价。
本文对乳化沥青冷再生技术做了较为全面的研究，得出一些室内研究和工程
实践中的优化方法，将有利于进一步完善乳化沥青冷再生技术，增加其推广和应
用的基础条件。
关键词：乳化沥青 冷再生 路用性能 效益分析
ABSTRACT
With the peak of the road construction has gone, a lot of the early roads gradually
get into the repair period. We can think about that if useing new materials, discarding
the old,it well be a waste of resources and environmental pollution. At the same time,
socio-economic sustainable development, promote "reduce resource consumption,
recycling and reusing." Cold recycling technology of emulsified asphalt has the energy,
environmental, economic, etc., should be widely applied in road maintenance and
repair.
The paper based on the analysis of the date at home and abroad, relying on State
Road 320, City of Jiaxing, the special treatment project, through paving site,
observation, field and laboratory tests, study systematically for the critical materials,
design, performance testing, construction techniques and other aspects of the cold
recycling technology. Main contents and results:
The preparation of emulsified asphalt for cold recycling. First, analysis the
mechanism of emulsion and emulsion-breaking and influencing factors; analysis the
relationship between microstructure and properties of emulsified asphalt; propose
solids content of emulsified asphalt for cold recycled is not less than 62%; propose the
formula approach of emulsified asphalt based on project-level design.
Design method of emulsified asphalt mixture for Cold recycled. Based on the
common design approach of domestic and foreign, combined with engineering practice,
optimizing the outside mix water design and molding method, cover the outside mix
water determine by wrapped and performance of mixture, and the compaction method
should be based on performance testing of different test of the project , should not
completely apply the standards; propose the design methods of cold recycling of
asphalt emulsion mixture in this road.
Physical and mechanical properties of cold recycled asphalt emulsion mixture.
Analysis the tensile properties, water stability, high temperature and shear stability
performance of the emulsified asphalt mixture. Analysis several key factors which
affect the performance.
Road test and benefit analysis. Emulsifying process plan of project, construction
technology, construction management and construction monitoring and the quality
control, guiding engineering application of cool recycling using emulsified asphalt; To
calculate charges of the test road, and connecting with the results analysis economic
and social benefit, give comprehensive evaluation.
By nearly comprehensive researching of cool recycling using emulsified asphalt,
this project achieve a series of innovative research production consequently in favor of
increasable application for technology, and increasing the fundamental conditions of
its promotion and application.
KeyWord: emulsified asphalt, Cold Recycling, Pavement Performance,
benifi analysis
目录
中文摘要
Abstract
第一章 概述.....................................................................................................................1
§1.1 研究背景……......................................................................................................1
§1.2 乳化沥青冷再生技术国内外研究概况..............................................................2
§1.2.1 国外乳化沥青冷再生技术研究概况..........................................................2
§1.2.2 国内乳化沥青冷再生技术研究概况..........................................................4
§1.3 研究意义..............................................................................................................5
§1.4 研究内容和技术路线..........................................................................................6
§1.4.1 主要内容......................................................................................................6
§1.4.2 研究内容和技术路线..................................................................................6
第二章 冷再生用乳化沥青配制技术研究.....................................................................8
§2.1 乳化沥青机理分析...............................................................................................9
§2.1.1 乳化机理.....................................................................................................9
§2.1.2 破乳机理.....................................................................................................9
§2.2 乳化沥青类型....................................................................................................12
§2.2.1 阳离子乳化沥青裹附原理.......................................................................12
§2.2.2 阴离子乳化沥青裹附原理.......................................................................12
§2.2.3 非离子乳化沥青裹附原理.......................................................................12
§2.2.4 阳离子乳化沥青优势分析.......................................................................13
§2.3 冷再生用乳化沥青结构与特性........................................................................13
§2.3.1 乳化沥青微观结构与性能关系...............................................................13
§2.3.2 冷再生用乳化沥青的选择与技术特性...................................................16
§2.4 冷再生用乳化沥青室内配方设计....................................................................19
§2.4.1 配方设计目的...........................................................................................19
§2.4.2 配方设计意义...........................................................................................19
§2.4.3 配方设计过程...........................................................................................19
§2.4.3.1 材料选择............................................................................................19
§2.4.3.2 乳化技术参数....................................................................................20
§2.4.3.3 试验室乳化沥青制作........................................................................21
§2.4.3.4 冷再生用乳化沥青试验检测............................................................21
§2.5 冷再生用乳化沥青的生产工艺........................................................................22
§2.5.1 乳化设备...................................................................................................22
§2.5.2 乳化沥青生产流程...................................................................................24
§2.6 本章小结............................................................................................................25
第三章 乳化沥青冷再生混合料设计方法...................................................................27
§3.1 冷再生混合料设计方法研究概况....................................................................27
§3.1.1 ARRA 设计方法.......................................................................................27
§3.1.4 Chevron 设计方法.....................................................................................28
§3.1.5 宾夕法尼亚设计方法...............................................................................28
§3.1.6 AI 设计方法..............................................................................................28
§3.1.7 我国乳化沥青冷再生混合料设计方法...................................................29
§3.2 外加水量的确定................................................................................................30
§3.2.1 研究意义...................................................................................................30
§3.2.2 常用外加水量确定方法...........................................................................30
§3.2.3 外加水量的确定.......................................................................................31
§3.2.3.1 试验材料............................................................................................31
§3.2.3.2 试验条件........................................................................................... 33
§3.2.3.3 试验方案............................................................................................34
§3.2.3.4 试验结果分析....................................................................................35
§3.3 成型方法的确定................................................................................................36
§3.3.1 二次击实必要性分析...............................................................................36
§3.3.1.1 二次压实理论....................................................................................36
§3.3.1.2 面层铺筑前后乳化沥青再生层性能比较........................................37
§3.3.2 二次击实方法确定...................................................................................38
§3.3.2.1 试验材料............................................................................................38
§3.3.2.2 试验条件............................................................................................38
§3.3.2.3 试验方案及结果分析........................................................................38
§3.4 乳化沥青冷再生混合料设计方法....................................................................41
§3.5 本章小结............................................................................................................42
第四章 乳化沥青冷再生混合料物理力学性能研究...................................................43
§4.1 试验准备............................................................................................................43
§4.1.1 集料...........................................................................................................43
§4.1.2 乳化沥青...................................................................................................44
§4.1.3 水...............................................................................................................44
§4.1.4 试验条件...................................................................................................44
§4.2 乳化沥青冷再生混合料抗拉性能.....................................................................46
§4.2.1 级配对混合料抗拉性能影响...................................................................46
§4.2.2 乳化沥青用量对混合料抗拉性能影响...................................................48
§4.2.3 延时成型对混合料抗拉性能影响...........................................................49
§4.2.4 成型温度对混合料抗拉性能影响...........................................................50
§4.3 乳化沥青冷再生混合料的水稳定性能............................................................52
§4.3.1 级配对水稳定性能影响...........................................................................53
§4.3.2 乳化沥青用量对水稳定性能影响...........................................................54
§4.3.3 水泥对水稳定性能影响...........................................................................55
§4.4 乳化沥青冷再生混合料高温稳定性能............................................................55
§4.5 乳化沥青冷再生混合料的抗剪性能................................................................56
§4.5.1 单轴贯入试验...........................................................................................57
§4.5.2 试验材料...................................................................................................58
§4.5.3 试验条件...................................................................................................58
§4.5.4 试验结果分析...........................................................................................59
§4.5.4.1 级配及乳化沥青用量的影响............................................................59
§4.5.4.2 水泥用量的影响................................................................................59
§4.5.4.3 试验温度的影响................................................................................50
§4.6 本章小结............................................................................................................61
第五章 乳化沥青冷再生技术施工工艺.......................................................................63
§5.1 改造方案的确定................................................................................................63
§5.1.1 工程概况...................................................................................................63
§5.1.2 路况调查...................................................................................................63
§5.1.3 路面结构补强方案...................................................................................64
§5.2 乳化沥青冷再生混合料施工工艺....................................................................65
§5.2.1 施工设备...................................................................................................65
§5.2.2 施工工艺...................................................................................................66
§5.3 施工质量检测....................................................................................................71
§5.3.1 现场取料试验检测结果.......................................................................... 71
§5.3.2 再生路面渗水指标分析.......................................................................... 72
§5.3.3 试验路弯沉检测结果.............................................................................. 73
§5.4 本章小结............................................................................................................73
第六章 试验路段经济与社会效益分析.......................................................................75
§6.1 经济效益分析....................................................................................................75
§6.1.1 工程条件约定...........................................................................................75
§6.1.2 路面结构说明...........................................................................................76
§6.1.3 铣刨重建费用...........................................................................................76
§6.1.4 改造维修费用...........................................................................................78
§6.1.5 经济效益比较结果...................................................................................79
§6.2 社会效益分析....................................................................................................81
§6.2.1 冷再生技术社会效益表现形式...............................................................81
§6.2.2 工程条件约定...........................................................................................82
§6.2.3 热拌沥青混凝土耗能分析.......................................................................82
§6.2.4 乳化沥青厂拌冷再生混合料耗能分析...................................................83
§6.2.5 社会效益比较结果...................................................................................84
§6.3 本章小结............................................................................................................84
第七章 结论与展望.......................................................................................................86
§7.1 研究的主要结论................................................................................................86
§7.2 有待进一步解决的问题....................................................................................87
参考文献.........................................................................................................................88
第一章 概述
1
第一章 概述
§1.1 研究背景
自改革开放以来，随着国民经济的繁荣发展，交通需求总量日益增大，促进
了交通事业的发展，我国高等级公路建设日新月异，“十一五”期间，每年投资规
模高达 2000 亿元。截止 2010 年，等级公路通车总里程增加 58 万公里，较去年增
长21%，其中我国新建高速公路达到 2.4 万公里以上，增长 44%，总里程将达到
6.5 万公里。2004 年，我国制定的《国家高速公路网规划》中预计我国将建成规模
为8.5 万公里的国家高速公路网；2005 年，国务院又审议通过了《农村公路建设
规划》，其中对农村公路建设目标是至 2020 年全国农村公路里程达到 370 万公里。
按照这些规划目标，还将有大量各等级公路的建设，并且随着轴载不断增加，道
路负荷加重，对公路的扩建与改建必须同时进行。
我国现有等级公路中，以半刚性基层路面结构为主要结构形式，其中绝大部
分是沥青路面。沥青路面作为一种无接缝的连续式路面，具有噪音低、平整度好、
抗滑、防渗、维修方便等，其设计年限一般为 12~15 年。但是，我国的沥青资源
比较贫乏，特别是高质量道路沥青紧缺，据统计，高速公路每公里约需耗用沥青
350~400t（四车道）。多年来，大部分高速公路建设所使用沥青都是依赖于进口，
其高昂的费用让人瞠目结舌。20 世纪 90 年代建设的道路已经陆续进入大、中修阶
段，我国现有两种主要道路维修方案为直接加铺和翻挖重建，为了节省投资、避
免资源浪费、减少环境污染，旧路面材料回收利用的再生技术的研究与推广势在
必行。
沥青路面再生技术是将旧路面材料以不同方式加以再生或重复使用的一种路
面养护维修技术。据统计，我国每年大约有 12%的沥青路面需要翻修，随之产生
的旧路面材料将达到 220 万吨，预计这个数据将以每年 15%的速度增长，到 2015
年将突破 1000 万吨。再生技术的应用可节省大量的集料及沥青，并能作为路面不
同结构层次加以再应用。按照不同的工艺，可以分为热再生技术和冷再生技术。
冷再生技术主要是将旧路面材料加以重复利用，旧路面材料主要起骨料的作用，
因此冷再生混合料不仅可以做路面面层材料，还可以做为无机结合稳定基层材料。
与热拌再生相比，冷再生不仅可以节约能源和资源，较大程度的利用旧路面材料，
而且可以延长施工季节，改善施工人员的工作条件，减少环境污染。现有的冷再
生技术主要以泡沫沥青和乳化沥青作为结合料施工现场简化，不需要将沥青加热
乳化沥青冷再生技术应用研究
2
到170℃~180℃高温后再去使用，砂石等矿料可在常温下进行稳定，不需要烘干加
热，可以节省大量的燃料与热能。据美国相关调查资料显示，铺筑 1m2、5cm 厚热
沥青混凝土路面需要热能 70MJ，而铺同样数量的冷再生混合料只需要热能
39.38MJ。
浙江省在过去 2年里成功推广应用了泡沫沥青冷再生技术，并取得了良好的
使用效果，一些地区和民营企业购买了冷再生设备，而且许多施工企业累积了冷
再生施工的经验。但是，泡沫沥青冷再生技术与乳化沥青冷再生技术由于技术本
身的特点，决定了它们在应用场合与效果上仍存在重要的差别，因此在泡沫沥青
冷再生技术成功应用的基础上，更进一步研究与应用乳化沥青冷再生技术，对于
优化目前浙江省乃至全国再生技术应用的方法，丰富路面维修的内容都具有非常
重要的意义。
嘉兴市交通工程质量安全监督站联合同济大学、上海理工大学等研究单位，
承担了浙江省交通运输厅科技计划项目“乳化沥青冷再生技术的应用研究”的课
题。通过理论研究和工程实践，结合现有国内外研究成果，为道路改建和维修提
出合理的解决方案，规范了乳化沥青冷再生技术的应用，为乳化沥青冷再生技术
的推广奠定了坚实的基础。
§1.2 乳化沥青冷再生技术国内外研究概况
§1.2.1 国外乳化沥青冷再生技术研究概况
国外乳化沥青研究与应用可以追溯到 20 世纪初，已有近百年的发展历史，1905
年第一个沥青乳化剂产品问世，1906 年沙德.范.韦斯特鲁姆首次在专利中提到使用
沥青和水的均匀混合料来铺筑沥青路面，并随着在 1906~1914 年间开始将乳化沥
青应用在筑路中。1922 年英国化学家 Mac.Key 申请了第一个阴离子沥青乳化剂专
利[1]。但在乳化沥青使用初期，由于乳化剂种类及人们对乳化沥青认识匮乏，其发
展速度相对较慢，限制了这项技术的推广应用。在此期间，使用的乳化沥青主要
为阴离子乳化沥青。直到 1951 年，阳离子乳化沥青在法国研制成功，它克服了阴
离子乳化沥青与集料粘附性不足的缺点，在工程使用中逐步替代了阴离子乳化沥
青，使得乳化沥青的发展进入了新阶段。
20 世纪 60 年代，随着现代界面化学和胶体化学的发展，对乳化剂的研究日趋
深入，德国及其他欧美国家先后研制出聚合物改性沥青乳化剂和各种复合型乳化
剂。高性能乳化剂的诞生及其在工程中的优越表现，各国开始越来越多的应用乳
化沥青冷再生技术，欧洲在乳化沥青研究发展中占主要地位，法国是欧洲乳化沥
第一章 概述
3
青研究应用最多的国家，约占 50%。美国是世界上乳化沥青使用量最大的国家，
其用量占世界的 40%以上。1973 年石油危机爆发以后，美国对沥青路面再生利用
技术开始引起重视[2]，到 20 世纪 80 年代末美国再生沥青混合料的用量几乎为全部
路用沥青混合料的一半，每年可节约 16 亿美元的材料费用。西欧以及亚洲诸国对
这项技术也十分重视，早在 1978 年，原联邦德国已经将再生料应用于高速公路路
面养护。芬兰、法国、前苏联等国，也相继开始了乳化沥青冷再生技术的应用，
大多数用于次干道的维修和改建。日本从 1976 年开始进行再生沥青混合料应用技
术的研究，1980 年厂拌再生沥青混合料累计达 50 万吨。泰国也在大量应用乳化沥
青再生技术，到 1999 年其乳化沥青用量占世界总用量的 5.4%。
乳化沥青较早应用在防尘处理、石屑分层等方面，由于聚合物改性沥青的研
制成功，乳化沥青开始广泛地应用于高等级公路，并发展了稀浆封层、精细微表
处理和旧路冷再生等新技术。德国首先将传统的稀浆封层发展为精细表面处治，
1980 年，美国也引进了精细表面处治技术[3]。而乳化沥青混合料冷再生技术则发
展相对缓慢，没有形成一套完整的技术体系。
随着冷再生技术研究的不断深入，缺点逐渐暴露出来，人们发现阻碍乳化沥
青冷再生技术应用的关键在于其混合料中含有大量的水分，使得冷再生混合料早
期强度低，无法及时开放交通。加拿大、捷克和日本等国，通过在乳化沥青冷再
生混合料中掺加水泥来提高混合料早期强度，但如果用量过高，随之而来的是刚
度的提高和疲劳性能的下降。Terrel、James 等人的研究均证明了这一点。Schmidt
和Nakamory 等人在室内试验和试验路验证的基础上进行了研究，研究表明只有当
混合料中水泥用量低于 3%时，路面发生疲劳开裂的可能性才能减少。Bullen 等根
据南非的实践指出，水泥--乳化沥青混合料具有早期开裂的倾向，当水泥用量增至
6%时，即使采用乳化橡胶沥青，也不能解决路面的横向及疲劳裂缝。相比于乳化
沥青对混合料的粘结作用，少量水泥只能看做提高混合料强度的改性剂，过多的
水泥对混合料结构有较大影响。意大利 Parma 大学的 Giuliani．F，Montepara．A
和Rastelli．S，通过实验室试验从微观材料结构观察分析和宏观物理力学试验两方
面，对水泥在乳化沥青冷再生混合料中所起的作用进行了观察和研究，发表了多
篇论文[4][5][6]，对水泥与沥青的相互关系、混合料的微观物理结构模型、水泥对混
合料物理力学性质的影响作了详细的阐述。捷克共和国 Brno 大学的 Jiri Fiser 和
Michal Varaus 以文中选定几种水泥用量和乳化沥青用量的组合，根据试验结果阐
述了水泥、沥青用量对冷再生混合料不同龄期劈裂抗拉强度的影响[7]。乌克兰
Kharkiv车辆与公路国立大学的 Valeriy.Z等通过试验分析了水泥在乳化沥青中的用
量、击实功对冷再生混合料在若干温度下抗压强度、初期和终期抗水损坏能力等
乳化沥青冷再生技术应用研究.pdf

共96页,预览10页

还剩页未读， 继续阅读

相关推荐

更多
立即下载
作者：高德中 分类：高等教育资料 价格：15积分 属性：96 页 大小：4.33MB 格式：PDF 时间：2025-01-09

开通VIP享超值会员特权

  • 多端同步记录
  • 高速下载文档
  • 免费文档工具
  • 分享文档赚钱
  • 每日登录抽奖
  • 优质衍生服务

作者详情

相关内容

更多

推荐作者

热门标签

/ 96
评分 收藏
分享
立即下载 VIP免费下载
客服
关注