Transcript 沥青路面再生技术2
沥青路面冷再生技术 孙立军 同济大学交通运输工程学院 主要内容 再生技术 路面评价 路面结构设计 施工温度场分析 再生混合料设计 结束语 2015/4/8 教育部重点试验室[email protected] 2 再生技术 冷再生技术 热再生技术 现场 工厂 2015/4/8 教育部重点试验室[email protected] 3 路面评价 纵 缝 横 缝 龟 裂 面层 块 裂 车 辙 波 浪 沉 陷 麻 面 补 丁 L H L H L M H L H L H L H L H L H L H DL DT DA DC DB DR DW DS DD 泛 坑 油 槽 L H DD DP DF DH DS DH DP PCI=100-DP 2015/4/8 分层加权法 教育部重点试验室[email protected] 4 路面评价 贯穿和非贯穿裂缝 2015/4/8 面层甄别 贯穿裂缝将损坏基层 非贯穿只需要更新或再生面层 教育部重点试验室[email protected] 55 路面评价 2015/4/8 面层甄别 教育部重点试验室[email protected] 6 路面评价 面层甄别 反射裂缝 2015/4/8 唧浆，脱空 教育部重点试验室[email protected] 7 路面评价 2015/4/8 面层甄别 变形的原因 教育部重点试验室[email protected] 8 路面评价 面层甄别 变形产生在哪一层 变形率 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 剪应力比沿深度变化 0 倍率 100 0 0 1 0.98Mpa,4129 kg 20 30 深度 300 200 沥青层深度（mm) 10 0.5 40 50 1.5 2 1.53MPa， 2.5 4191kg 1.25Mpa， 5421kg cx1-2-16 cx1-1-6 cx1-2-19 400 60 70 500 2015/4/8 80 教育部重点试验室[email protected] 9 路面评价 2015/4/8 面层甄别 变形产生在哪一层 教育部重点试验室[email protected] 10 路面评价 2015/4/8 面层甄别 变形产生在哪一层 教育部重点试验室[email protected] 11 路面评价 面层甄别 老化程度 2015/4/8 决定了就沥青材料的可用性 教育部重点试验室[email protected] 12 路面评价 均匀性 2015/4/8 面层甄别 决定了旧料使用的可行性、方便性和具体细节 教育部重点试验室[email protected] 13 路面评价 路基 土质类型 含水量 密实度 钻芯或开挖 垫层 2015/4/8 基础状况 材料类型 级配 含水量 从含水量判断道路的排水状 况、路面结构的渗水状况 决定今后新路面结构的湿度 土质、密实度和湿度决定了 路基的模量 确定垫层的适用性和模量 教育部重点试验室[email protected] 14 路面评价 弯沉测定 2015/4/8 基层评价 基层状况的判别是十分关键的步骤 决定基层的模量 判断基层的完好性 教育部重点试验室[email protected] 15 路面评价 2015/4/8 基层评价 杠杆式弯沉仪 FWD 教育部重点试验室[email protected] 16 路面评价 2015/4/8 基层评价 厚沥青层 教育部重点试验室[email protected] 17 路面评价 基层评价 基本原理 E1,h1 E2,h2 E0 2015/4/8 Min: ∑(Dci-Dmi)^2*wi 教育部重点试验室[email protected] 18 路面评价 基层评价 过程复杂，结果误差大 e （E1,E01) 2015/4/8 （E2,E02) 教育部重点试验室[email protected] 19 路面评价 基层评价 弯沉盆上的惰性点 RI R 惰性点 DI 上层模量Ei-Ej D 2015/4/8 土基模量E0 教育部重点试验室[email protected] 20 路面评价 基层评价 RI 采用迭代法即可求 出反演解 E DI 实测弯沉盆 DI 2015/4/8 教育部重点试验室[email protected] 21 路面评价 基层评价 基层完好性判别 7000 6000 半刚性基层模量/MPa 5000 4000 3000 2000 1000 0 Ⅰ(无损坏) Ⅱ(＞300) Ⅲ(300) Ⅳ(200) Ⅴ(130) Ⅵ(60) Ⅶ(30) 半刚性基层损坏类型（裂缝间距/cm） 2015/4/8 教育部重点试验室[email protected] 22 路面评价 E>4000MPa 2015/4/8 基层评价 基层基本完好，裂缝间距5米以上 可观察表面裂缝间距 教育部重点试验室[email protected] 23 路面评价 E=2500~4000MPa 2015/4/8 基层评价 轻度块裂 裂块尺寸100*100~500*500cm 教育部重点试验室[email protected] 30 24 路面评价 基层评价 E=800~2500MPa 重度块裂 裂块尺寸50*50~100*100cm 2015/4/8 教育部重点试验室[email protected] 25 路面评价 基层评价 E=450~800MPa 轻度龟裂 裂块尺寸20*20~50*50cm 2015/4/8 教育部重点试验室[email protected] 26 路面评价 基层评价 E<450MPa 重度龟裂 裂块尺寸<20*20cm 2015/4/8 教育部重点试验室[email protected] 27 再生结构设计 2015/4/8 面层的使用 基层的利用 结构厚度设计 结构组合设计 旧路面材料的使用 调整和最终结果的确定 教育部重点试验室[email protected] 28 再生结构设计 面层可用性以及如何使用 2015/4/8 面层使用 面层可直接使用 表面层问题 中面层问题 三层都有问题 教育部重点试验室[email protected] 29 再生结构设计 基层使用 基本完好 基层可直接使用 上面可直接作沥 青面层 1~5米 0.5~1米 2015/4/8 教育部重点试验室[email protected] 30 再生结构设计 基层使用 0.5~1米 可作沥青 基层 0.2~0.5米 需要处理 <0.2米 2015/4/8 教育部重点试验室[email protected] 31 再生结构设计 结构设计 阶段I 阶段II 阶段III 阶段IV 剪力场分析 模量组合 初期损坏 材料选择 行为方程 厚度组合 经济参数 经济优化 剪切试验 传统试验 材料强度控制 材料质量控制 弯拉疲劳设计 阶段V 2015/4/8 教育部重点试验室[email protected] 32 再生结构设计 A 结构设计 B PCI 最低可接受水平 分析期或寿命 周期 分析期 2015/4/8 教育部重点试验室[email protected] 33 再生结构设计 结构设计 28 26 34 24 32 22 20 18 16 面层厚度 面层厚度(cm) 36 30 28 26 24 22 20 18 16 14 14 12 600 800 12 1000 600 1200 800 1400 1000 1200 1600 1400 1800 1600 2000 1800 2200 2000 2400 2200 2600 2400 2800 2600 3000 2800 3000 ESAL/日 ESAL/日 2015/4/8 教育部重点试验室[email protected] 34 再生结构设计 如果直接加铺 2015/4/8 结构设计 h=H-旧沥青层等效厚度 旧沥青层等效厚度=λ *PCI^μ*h0^(γ+1) λ=0.000034 μ=2.3564 γ=-0.4207 h0=旧沥青层厚度 教育部重点试验室[email protected] 35 再生结构设计 结构设计 热拌沥青层：对重交通、高温 地区，厚度应大于10cm 沥青再生层，厚度 h>=8cm 原路面基层 h=（H-沥青面层厚度）/F 2015/4/8 教育部重点试验室[email protected] 36 再生结构设计 标高的限制可能被迫改变结构设计 有时需要增加基层的厚度 有时需要压低标高，此时可能需要用热拌料代替 再生料 有时需要铣刨基层以降低标高 排水的考虑 2015/4/8 结构设计 内部排水 排水系统 教育部重点试验室[email protected] 37 施工中路面温度场及压实 HMA的摊铺导致温度场的变化 HMA 冷 再 生 底 基 层 2015/4/8 教育部重点试验室[email protected] 38 施工中路面温度场及压实 2015/4/8 教育部重点试验室[email protected] 39 施工中路面温度场及压实 不同于HMA的过程 冷压实过程 热压实过程 HMA 冷 再 生 底 基 层 2015/4/8 教育部重点试验室[email protected] 40 施工中路面温度场及压实 冷再生沥青混合料的压 实过程 2015/4/8 教育部重点试验室[email protected] 41 施工中路面温度场及压实 基本性质： 冷拌冷铺的热再生混合料 是否充分利用这个性质是区别再生与再利 用的关键，是保证耐久性和经济性的关键 冷再生层摊铺HMA前的钻芯样 2015/4/8 冷再生层摊铺HMA后的钻芯样 教育部重点试验室[email protected] 42 施工中路面温度场及压实 HMA摊铺前后冷再生层芯样的空隙率 2015/4/8 HMA摊铺前冷再生芯样的空隙率 HMA摊铺后冷再生芯样的空隙率 空隙率减小 % % % 11.9 9.5 2.4 13.3 9.6 3.7 12.7 9.4 3.3 13.7 10.9 2.8 12.5 9.4 3.1 13.2 10.5 2.7 12.0 8.8 3.2 11.4 9.1 2.3 12.3 8.9 3.4 12.6（均值） 9.6（均值） 3.0（均值） 教育部重点试验室[email protected] 43 冷再生混合料设计 目前各国的再生材料设计 通过土工击实方法确定最佳含水量OWC。 保持OWC不变，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。将拌合均匀的混合料装入试模内，在马歇尔击实仪 上双面各击实50次。将试样连同试模一同放入60℃鼓风烘箱中养生40 小时以上，之后从烘箱中取出，立即放置到马歇尔击实仪上双面各击 实25次。 测试试件的毛体积密度、15℃的劈裂强度、浸水24小时的湿劈裂强度 （或者40℃的马歇尔稳定度及浸水马歇尔稳定度），结合工程经验综 合确定最佳乳化沥青用量OEC。 2015/4/8 教育部重点试验室[email protected] 44 空隙率(%) 冷再生混合料设计 14.0 13.0 12.0 11.0 10.0 9.0 8.0 0.8 0.6 0.4 0.2 2015/4/8 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 乳化沥青油石比（%） 15℃湿劈裂强度(Mpa) 15℃干劈裂强度(Mpa) 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 乳化沥青油石比(%) 0.8 0.6 0.4 0.2 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 乳化沥青油石比（%） 教育部重点试验室[email protected] 45 冷再生混合料设计 设计结果分析：OEC=4.0-5.0% 多数采用4.0% 2015/4/8 教育部重点试验室[email protected] 46 冷再生混合料设计 考虑热压实过程的试件成型是混合料设计关键 冷压实过程的模拟（第一次击实）：国际通用方法 热压实过程的模拟（第二次击实） 2015/4/8 与施工季节有关，不同季节的最佳剂量不同，不同 RAP的最佳剂量不同 60 ℃击实40次 70 ℃击实40次 考虑热压实过程使乳化沥青含量减小 教育部重点试验室[email protected] 47 冷再生混合料设计 施工车辙检验 出现的车辙是冷再生沥青混合料在高温条件下嵌挤 力和内摩阻力不足，因剪切流动而发生的破坏。 无侧限抗压强度试验 2015/4/8 教育部重点试验室[email protected] 48 冷再生混合料设计 无侧限抗压强度试验温度确定（ 60℃ ） 20 100 120 0 0 0 2 2 冷再生深度（cm） 冷再生深度（cm） 0 温度（℃） 40 60 80 4 6 8 10 12 100 120 4 6 8 10 12 T60=61.1℃ T55=61.0℃ 2015/4/8 20 温度（℃） 40 60 80 教育部重点试验室[email protected] 49 冷再生混合料设计 再生混合料的设计还需要深入研究，进行优化 施工压实过程应该进行研究和优化，这使 HMA的压实与常规不同 这是确保耐久性和经济性的关键 对于大量的使用而言，深入研究是十分必要的 2015/4/8 教育部重点试验室[email protected] 50 HMA的设计 HMA的厚度需要仔细设计 上中（下）面层的混合料的设计与交通量的大 小有关 在满足常规指标的基础上，应该确保其抗剪切 强度，以避免车辙和开裂 2015/4/8 教育部重点试验室[email protected] 51 按性能设计结构 车 辙 深 度 按力学设计材料 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 作 arcsin( G 1 用次数 G3 u G1 G 3 u ) 28 剪应力 车辙和 开裂控 制 面层厚度(cm) 26 24 22 20 18 16 14 12 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 ESAL/日 基层厚度(cm) 40 38 36 34 32 30 28 26 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 压应变 弯拉应 变，疲 劳开裂 控制 ESAL/日 疲劳寿命比与材料系数的关系 2.5 42 垫层厚度(cm) 38 36 34 32 30 2 f1 土基模量 25MPa 30MPa 40MPa 80MPa 40 1.5 1 y = 0.9865Ln(x) + 0.5713 R2 = 0.9973 0.5 28 0 26 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 ESAL/日 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 K 4.5 HMA的设计 材料的疲劳 N f 现场 f9 N f F9 = 80~150, 与结构组成、所在地区有关 2015/4/8 教育部重点试验室[email protected] 53 结束语 路面再生是一种路面维修的重要方式，不仅可 以恢复路面性能，而且可以节约资源 旧路面的评价是非常关键的环节，已诊断个结 构层的使用方式，是比较困难的环节 再生结构需要科学的设计，是确保效果和节约 成本的关键因素 冷再生混合料可以起到一种冷拌热再生的效 果，科学的设计和粗放的使用是区分“再生、 再用”的关键，也是确保耐久性和节约成本的 关键因素 2015/4/8 教育部重点试验室[email protected] 54 结束语 路面最好在夏天施工，以改善冷再生混合料的 热压密效果和路面的耐久性；底层HMA混合 料的压实过程需要进一步研究 这是一项复杂的技术，不要寄望于简单的处理 就能获得好的效果。各技术环节都有大幅优化 的余地，在大量使用的情况下，进行深入研究 的经济效益将是十分显著的。 2015/4/8 教育部重点试验室[email protected] 55 谢谢！